盾構施工技術

盾構施工技術城軌公司從2002年剛剛成立承擔廣州市軌道交通三號線客大盾構區(qū)間工程項目的施工，這也是集團公司成為全國第9個進入盾構施工的企業(yè)，筆者有幸參加了該工程的施工，到現(xiàn)在參加廣州市軌道交通五號線草淘盾構區(qū)間工程項目的施工，通過客大項目（已完工）和草淘項目（在建）4年的學習與鍛煉，下面就盾構法施工技術的一些經(jīng)驗和方法與各位共同探討。1、盾構機的原理1.1、盾構機組成部分盾構機主要由開挖系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、排土系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、油壓、電氣、控制系統(tǒng)、姿態(tài)控制裝置、導向系統(tǒng)、壁后注漿裝置、后方臺車、集中潤滑裝置、超前鉆機及預注漿、鉸接裝置、通風裝置、土碴改良裝置及其他一些重要裝置如盾殼、穩(wěn)定翼、人閘等組成。盾構機全長74.3米，全重500噸，從前往后依次為盾構本體（刀盤、前體、中體、盾尾三部分）、連接橋架、1?！?＃臺車。1.2、盾構機的原理盾殼支承著圍巖并保護著刀盤旋轉(zhuǎn)，在千斤頂推力的作用下，刀盤上被切割、破碎的碴土，經(jīng)過開口進入密閉室，當密閉室內(nèi)的泥土壓力與開挖面壓力取得平衡的同時，端部伸入密閉室下部的螺旋輸送機開機排土，控制螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速或者盾構機的推進速度，達到密閉室內(nèi)的泥土壓力與開挖面壓力的動態(tài)平衡。碴土通過配套的運輸設備運至洞外。圖1－12、盾構施工的關鍵技術和注意事項盾構法施工是在隧道某段的一端建造工作井以供盾構機安置就位，盾構機從工作井的墻壁開孔處出發(fā)，沿著設計軸線向另一端掘進，盾構總體施工流程為：始發(fā)井交付使用→盾構托架就位→盾構機下井、安裝、調(diào)試→初始掘進（L=80~100m）→負環(huán)拆除及其它調(diào)整→正常掘進→盾構機到達中間站→盾構機通過中間站→盾構機再次安裝、調(diào)試→盾構機再次初始掘進→正常掘進→盾構機到達終點站→盾構機解體外運→隧道清理準備驗收盾構機下井盾構機下井盾構機就位調(diào)試初始掘進正常掘進到達車站過站再次始發(fā)到達終點站盾構機解體外運設備調(diào)試始發(fā)端頭加固反力架安裝洞門密封圈安裝洞門圍護墻鑿除到達端頭加固洞門密封圈安裝盾構機托架再次就位調(diào)試始發(fā)站中間站到達站盾構隧道施工流程圖2.1、端頭加固技術和注意事項盾構機在進出洞時，工作面將處于開放狀態(tài)，這種開放狀態(tài)將持續(xù)較長時間。如果處理不當，地下水、流砂、涌泥等就會進入工作井，嚴重情況下會引起洞門塌方。加固的目的：提高端頭土體強度，堵塞顆粒的間隙和地層的水，確保盾構機始發(fā)和到達的安全。（1）、控制地表沉降，端頭不坍塌。（洞門破除期間，始發(fā)階段）（2）、盾構始發(fā)進入加固體，或盾構到達穿過加固體時水土不大量流失。（3）、重型機械作用時土體的承載力。（主要指盾構吊裝期間）加固的要求：（1）、洞門破除后能有效的抵擋洞門處的水土壓力；（2）、能有效的封堵洞門圍護結(jié)構側(cè)的滲水；（3）、盾構能較易破除加固體；2.1.1端頭加固的方法端頭加固可以單獨采用一種工法或多種工法相結(jié)合的加固手段，主要取決于地質(zhì)情況、地下水、覆蓋層厚度、盾構機直徑、盾構機型、施工環(huán)境等因素。同時考慮安全性、施工性方便、經(jīng)濟性、進度等。攪拌樁工法：通過攪拌樁使端頭土體凝聚力和內(nèi)摩擦角改變，主要適用于淤泥、粘土層和砂層，但在砂層加固效果差，須與旋噴樁等工法配合使用。該方法受國產(chǎn)設備性能限制，一般在14m深度以下加固效果很差。它的優(yōu)點是工程造價低。易出問題：加固不連續(xù)，加固體強度偏低，吊鉆頭旋噴樁工法（單重管、雙重管、三重管）：對于砂層改良效果好，也適用于淤泥、粉土、粘土層，但砂礫地基和粘著力大的粘土有時不能形成滿意的改良樁，施工深度在40m以下時，效果較差。注漿工法：主要適用于深度較深的砂質(zhì)地層、砂礫層，地層較好的地段或與攪拌樁等工法相結(jié)合，對于水量不大的地段進行加固止水。可進行單液和雙液注漿，同時可進行跟蹤注漿；漿液種類較多，經(jīng)濟性和可施工性好，材料和施工方法多種多樣，需根據(jù)地下水、地質(zhì)、施工環(huán)境等來確定，同時要考慮因灌漿而引起地基隆起等的處理對策。2.1.2端頭加固的注意事項（1）、選擇合理的端頭加固的方法（決定加固是否成功的關鍵）（2）、做好加固前的準備工作（必須充分理解工作井洞口周圍地層的土質(zhì)情況，掌握各層土的主要物理力學性能指標、所影響區(qū)域的地面；地下建筑物、構筑物、公眾設施、地下管線等的調(diào)查；洞口處的地下障礙物的調(diào)查；）。（3）、樁身垂直度不夠，樁身偏斜，加固體不連續(xù)，樁間不咬合；（4）、砂層中施工參數(shù)選取不合理，達不到預想的加固效果?？赏ㄟ^試樁和調(diào)整施工工藝解決。如三重管旋噴、二重管旋噴和單管旋噴的控制；（5）、夾層的處理措施不當；（6）、端頭加固的實施時間、完成時間盡可能提前；（7）、抽芯后未回灌砂漿密實；（8）、加固的范圍一定要滿足要求；2.2、盾構機始發(fā)掘進技術和注意事項盾構始發(fā)是盾構施工的關鍵環(huán)節(jié)之一。其主要內(nèi)容包括：盾構機始發(fā)托架的定位安裝、盾構機及后續(xù)臺車的下井安裝及調(diào)試、安裝密封膠圈、安裝負環(huán)管片、盾構機試運轉(zhuǎn)、拆除洞門臨時墻、盾構機加壓和掘進等。2.2.1、盾構機始發(fā)掘進盾構始發(fā)采取小推力、低扭矩向前推進。刀盤進入洞門前，在刀頭和絞接密封裝置上涂抹油脂，避免刀盤上刀頭損害洞門密封裝置。推進過程中，跟蹤加固負環(huán)管片。在負環(huán)管片脫出盾尾后，及時用鋼絲拉結(jié)和木楔子等進行加固，以保證在傳遞推力過程中管片不會浮動、下沉變位。當盾尾完全進入洞體以后，停機調(diào)整洞門密封，采用壁后注漿的方式進行洞口注漿。2.2.2、盾構機始發(fā)掘進的注意事項（1）、破洞門時失穩(wěn)主要表現(xiàn)為土體坍塌和水土流失，其主要原因就是端頭加固不好所致。在小范圍的情況下，可邊破除洞門砼，邊噴素砼的辦法對土體臨空面進行封閉。對于坍塌失穩(wěn)情況嚴重，只有封閉洞門，重新加固。（2）、洞門密封的主要目的是減少土體流失，其主要原因也是端頭加固不好和洞門密封安裝精度不高所致。在始發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)洞門密封效果不好時，及時通過調(diào)整配合比，使注漿后及早封閉，也可以采用在洞門密封外側(cè)向洞門內(nèi)部注快凝的雙液漿的辦法來解決。（3）始發(fā)推進過程，在盾構刀盤到達掌子面及脫離加固區(qū)時，容易出現(xiàn)盾構機“磕頭”現(xiàn)象，根據(jù)地質(zhì)條件的不同，有可能出現(xiàn)超限的情況。為此，通常采用抬高盾構機的始發(fā)姿態(tài)、合理安裝始發(fā)導軌以及快速通過的辦法盡量避免“磕頭”或減小“磕頭”的影響。2.3、盾構機測量導向技術及注意事項采用德國VMT公司生產(chǎn)的SLS-T自動導向系統(tǒng)進行控制，該系統(tǒng)是目前世界上在地鐵盾構法施工領域最為先進的隧道掘進機自動導向系統(tǒng)。加強了施工過程中的管理水平和提高工程自動化控制程度，減輕了人工測量的勞動強度，提高盾構施工的速度，其主要目的就是為了確定各相關點的坐標，通過系統(tǒng)在盾構機操作室的電腦上顯示前后參考點的水平和垂直偏離值、里程。使用該系統(tǒng)可以滿足盾構法施工測量的需要。SLS-T導向系統(tǒng)主要由激光全站儀、ELS激光系統(tǒng)、個人電腦、調(diào)制解調(diào)器、電源、PLC、測斜儀、軟件等部分組成。整個系統(tǒng)的組成情況及各個部件之間的相互關聯(lián)如下圖所示：為了控制盾構機自動導向系統(tǒng)的精度，確保隧道的準確貫通，需定期利用洞內(nèi)的控制導線，來校核和調(diào)整激光全站儀的坐標及人工測定盾構機的位置與SLS-T自動導向系統(tǒng)顯示的盾構機的位置是否一致，而對盾構機自動導向系統(tǒng)進行調(diào)試。調(diào)試工作主要是確保測量控制點穩(wěn)定、可靠，避免因吊籃控制點位移或?qū)蛳到y(tǒng)本身的誤差引起偏差。2.4、管片選型及安裝技術及注意事項管片作為隧道施工的支護結(jié)構，是主要的受力結(jié)構，也直接關系到防水效果的好壞。因此管片安裝質(zhì)量的好壞不僅直接關系到成洞的質(zhì)量，而且對盾構機能否繼續(xù)順利推進有著直接的影響。2.4.1、管片選型及安裝技術管片選型要適合隧道設計線路：根據(jù)隧道的埋深和地質(zhì)狀況，管片的選型嚴格依據(jù)設計圖紙的要求。管片選型要適應盾構機的姿態(tài)：管片三種型號，標準環(huán)、左轉(zhuǎn)環(huán)、右轉(zhuǎn)環(huán)。管片是在盾尾內(nèi)拼裝，所以不可避免的受到盾構機姿態(tài)的約制。管片平面盡量垂直于盾構機軸線，讓盾構機的推進油缸能垂直地推在管片上，這樣使管片受力均勻，掘進時不會產(chǎn)生管片破損。同時也要兼顧管片與盾尾之間的間隙，避免盾構機與管片發(fā)生碰撞而破損管片。當因地質(zhì)不均、推力不均等原因，使盾構機偏離線路設計軸線時，管片的選型要適宜盾構機的姿態(tài)。2.4.2、管片選型及安裝注意事項管片在安裝前要進行一次檢查，再確認管片種類正確、質(zhì)量完好無缺和密封墊粘結(jié)無脫落，管片的吊裝孔預埋位置正確，逆止閥、封堵蓋完好無損，以及其它主要預埋件和混凝土的握裹牢固，管片接頭使用的螺栓、螺母、墊圈、螺栓防水用密封墊等附件準備齊全后，才允許安裝。每環(huán)管片安裝結(jié)束后要及時擰緊各個方向的螺栓，且在該環(huán)脫出盾尾后再次擰緊。防止因管片螺栓未緊固而發(fā)生錯臺。2.5、管片背后回填注漿技術管片背后回填注漿（同步注漿）是防止地層下降并使作用于隧道的土壓力得以均布，注漿回填到管片背面，形成一定厚度的充填層，防止隧道承受偏壓及接縫張開。充填層本身起防水層作用。回填注漿的方式漿液的種類回填注漿的參數(shù)選擇(壓力,數(shù)量,強度)在地鐵的設計中，線路較長的區(qū)間中間一般均設計有通風豎井，豎井與一擴大段礦山法隧道相連。因此區(qū)間隧道采用盾構法施工時，存在盾構機必須經(jīng)過豎井下礦山法隧道的問題，如何順利地使盾構機在有效時間內(nèi)通過礦山法隧道是每一個施工單位需要考慮