大直徑鐵路盾構機始發(fā)施工技術

1、大直徑鐵路盾構機始發(fā)施工技術 一、工程概況 新建廣深港客運專線獅子洋隧道工程全長10.8km，從廣州 側由西向東下穿獅子洋后進行東莞。 根據(jù)工程水文地質(zhì)特點， 隧 道施工選用四臺直徑 11.182m氣墊式泥水平衡盾構，氣墊控制 精度為+0.2bar，裝機總功率為4150KVA是目前國內(nèi)同行業(yè)盾 構機直徑較大、 裝機功率較高的。 隧道襯砌采用單層裝配式鋼筋 混凝土管片，管片外徑10.8m，內(nèi)徑為9.8m，管片厚度為0.5m， 環(huán)寬2.0m，每環(huán)管片選用“ 5+2+1 ”形式，即5塊標準塊，2塊 鄰接塊， 1 塊封頂塊，管片接縫設定位榫和定位桿槽。 該工程主要由盾構隧道 +明挖暗埋隧道組成，明挖暗

2、埋段是 由地面進入盾構隧道的過渡段，其中盾構始發(fā)井深 21.69 m 寬 23m,盾構段隧道下穿獅子洋，最大水深約26.6m，最大水壓為 0.67MPa所以本標段工程具有工程規(guī)模大、設計標準高、涉及工 法多、工期緊、工程地質(zhì)復雜、水壓力大、盾構掘進距離長等特 點，是目前國內(nèi)鐵路隧道最長、標準最高的水底隧道，是廣深港 客運專線的控制性重點工程。 二、大直徑泥水盾構始發(fā)總體方案 盾構出洞施工為大直徑泥水平衡式盾構的關鍵重要工序， 施 工技術方案需根據(jù)不同的工程水文地質(zhì)條件和周圍施工環(huán)境來 確定。大直徑泥水盾構的出洞端頭土體是否穩(wěn)定相當重要，洞門 端頭土體一旦被擾動，可能造成地表塌陷和導致泥水昌溢，

3、 所以 首先須對始發(fā)洞端頭地層進行加固處理，常采用“高壓旋噴 法”、“凍結法”“固結灌漿”等。其次，要安設預埋洞口密封 止水裝置和盾構基座與反力架。 接著依次進行組裝盾構后配套拖 車、盾構主體、刀盤、連接橋及相關配套設施，并完成盾構整機 調(diào)試工作。最后在盾構機始發(fā)前，要完成洞門密封、洞門鑿除、 反力架支撐加固、負環(huán)管片拼裝定位和形成盾構始發(fā)定位狀態(tài)， 同時待相應的泥水處理系統(tǒng)、 垂直運輸系統(tǒng)和水平運輸系統(tǒng)、 制 漿系統(tǒng)等準備完善后才可以開始盾構始發(fā)掘進。 盾構始發(fā)時，從反力架端部里程點開始沿隧道設計中心線的 內(nèi)弦線 推進，直到盾尾脫離基座后逐步調(diào)整盾構姿態(tài)使盾構沿隧道 設計線路推進。整個盾構始

4、發(fā)過程中盾構始發(fā)流程見“圖1盾構 始發(fā)流程圖” 三、大直徑泥水盾構始發(fā)前施工措施 3.1 、洞門地層加固處理 洞門所處地層根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露自地面往下顯示： 上部為人 工填土層，0.6m8m為淤泥層與淤泥質(zhì)砂層，8m27n為粘土層、 粉細砂層、粘土 +粉細砂互層、中粗砂層，屬于軟塑可塑稍 密、飽和等穩(wěn)定性較差地層。27m以下為微風化泥質(zhì)粉砂巖。盾 構隧道頂部覆土厚度約為 7.5m，為了確保盾構始發(fā)洞門圍護結 構鑿除后土體穩(wěn)定和保證盾構始發(fā)階段姿態(tài)的準確， 依據(jù)需 加固土體的強度要求進行了力學計算， 采用咬合三重管旋噴樁加 固方案。最后，經(jīng)過現(xiàn)場試驗室檢測在隧道頂、底部和左、右邊 線各3米范圍內(nèi)的

5、土體均能滿足加固土體強度iMPa滿足加固 土體滲透性W1立方/d不得漏泥砂的標準，且加固土體均勻，此 加固方案能滿足盾構始發(fā)地層要求。 3.2 、洞門密封裝置設計 盾構隧道洞門在圍護樁內(nèi)預埋鋼環(huán)， 鋼環(huán)的參數(shù)為：外經(jīng)為 11.82m （內(nèi)經(jīng)為 11.50m）、厚度為0.5 m、環(huán)框面板寬1.0 m鋼環(huán)共重約為20噸。為了確保預埋的鋼環(huán)整體精度和圓度， 對鋼環(huán)進行分塊預埋安裝， 鋼環(huán)之間用型鋼網(wǎng)格支架連接； 在圍 護施工期間，為了防止砼澆筑造成洞門鋼環(huán)上浮、錯位變形，所 以將鋼環(huán)面板背側的錨固筋與圍護樁體主筋及洞門環(huán)形鋼筋焊 接牢固。在盾構始發(fā)階段，為了防止盾構刀盤進洞門后低頭，在 安裝鋼環(huán)時均

6、應抬高50伽。 根據(jù)洞門防水設計，本工程中洞門密封采用雙道折葉式翻 板。即：采用折葉式密封壓板 +簾布橡膠板。由兩道相同的密封 組成，兩道密封間隔480mm其中每道密封由簾布橡膠板、折葉 壓板、墊片和螺栓等組成。見圖“圖2.洞門密封裝置結構圖” 3.3 、盾構基座 盾構始發(fā)基座的主要作用是用于穩(wěn)妥、準確地放置盾構機， 承受盾構機自身重力和推進時的摩擦力， 且保證盾構機能夠安全 地組裝、調(diào)試與始發(fā)，因此始發(fā)基座的設計必須有足夠的強度、 剛度和安裝精度。 在進行盾構井底板及填充層施工時， 提前要按 基座相關尺寸調(diào)整好標高、 坡度，預埋好基座的連接、 加固鋼板， 并預留好盾殼焊接和反力架立柱預留槽等

7、。 本次由于盾構機重達 900 多噸，所以盾構基座采用全部鋼結構形式，根據(jù)盾構機長度 （盾殼（含刀盤）總長度 L= 11.42m）及反力架與洞門距離，故 取始發(fā)基座總長為 15.971m。 3.4、反力架及支撐系統(tǒng)設計與安裝加固 盾構機始發(fā)時， 支撐在主體框架梁處的反力架為盾構機提供 反向推動力，因此，不僅要求反力架須具有足夠的剛度和強度， 而且應保證反力架安裝精確度，采取的主要施工技術措施如下： a）、反力架結構 由于本次約需向盾構機提供 3330 噸的反力，所以反力架采 用便于組裝與拆卸的組合鋼結構件， 其結構尺寸要根據(jù)支撐面的 具體尺寸而定，反力架結構尺寸厚為 1.2m,高12.37m,

8、寬為 11.47m，支撐面寬12m b）、反力架端部里程的確定 按如下公式計算： 式中： Ds 設計第一環(huán)管片起始里程,如本次左線取 DIK42+999. 2 ； N負環(huán)管片數(shù)量，如本次取N= 8環(huán)； Ws 負環(huán)管片寬度,取 2m； COS a 與基座所設計坡度有關； DR 反力架端部里程， 考慮基座坡度為 1%和盾構基座與洞門間導軌長度后， 經(jīng)反 復計算復核后確定反力架安裝起點中線里程為DR= DIK43+17.266 。 C) 、支撐系統(tǒng)設計確定 本次反力架的支撐結構采用12根 609 ( 5 =16mm鋼管直 接撐到主體結構墻面上， 兩側采用 H 型鋼加固。 根據(jù)盾構機始發(fā) 時需要提供3

9、3300 kN的反力，每根 609鋼管受力F0= 33300/12 kN,按荷載不均勻系數(shù)1.2計，反力架的每根 609鋼管所受壓 力F= F0X 1.2/cos300=3845(kN)，下列分別對 609鋼管強度 與穩(wěn)定性進行驗算 4 ： 609 鋼管強度驗算 =3845 / 刀 X( 0.6092 - 0.5772 ) /4 =129MPs (T = (T s = 235MPa 故 609 鋼管強度滿足設計要求。 609 鋼管穩(wěn)定性驗算 臨界力 Pc= 2X El/ L2 式中：E = 210X 103 MPa , I = X (D4 一 d4 ) /64, 鋼管長 L= 4.7 m ，厚 5 =16mm 故 Pc =刀 2X 210X 103X 刀 X (D4 一 d4 ) /64 /4.72 =1.23 X 104kN 臨界應力 （T c = Pc /A = 413 M Pa p= 200 MPa 根據(jù)經(jīng)驗公式 （T c = （T s a 入 2= 235 0.00668 X L2 X A/ I =232 MPa N =（T cX A = 6916 kN F = 3845 kN 所以 6O9 鋼管支撐穩(wěn)定滿足要求。 d） 、反力架安裝精度