盾構(gòu)法施工在天津地鐵中的應用

1、盾構(gòu)法施工在天津地鐵中的應用摘要:通過介紹天津地鐵一號線盾構(gòu)施工中的重要參數(shù)和對環(huán)境保護,尤其重要構(gòu)(建)筑物的保護方案、措施,說明在天津地鐵區(qū)間施工引進盾構(gòu)施工工法的合理性及實用性。關(guān)鍵詞:天津地鐵;盾構(gòu)法;重要參數(shù);環(huán)境保護法施工屬于地下工程中的“非開挖”技術(shù),其選型和應用受到具體土體工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等相關(guān)因素的影響。地質(zhì)資料顯示天津地區(qū)地處沖積平原,土層主要為第陸相層、第海相層、第陸相層、第四系上更新統(tǒng)第陸相層、第海相層及第陸相層,主要是粉土和粉質(zhì)黏土軟土地層,從地質(zhì)條件上看,天津地鐵較適合盾構(gòu)法施工。因此,盾構(gòu)法的引入解決了天津地鐵區(qū)間施工對周圍環(huán)境的影響,同時工程造價又低于礦山

2、法。結(jié)合天津地區(qū)實際情況,針對盾構(gòu)法施工在天津地鐵工程中的應用進行介紹。1概述天津地鐵一號線新建段盾構(gòu)區(qū)間分別為小白樓站下瓦房站、下瓦房站南樓站、南樓站土城站3個區(qū)間,全長為3440m。結(jié)構(gòu)管片頂部埋深為612m,隧道洞身主要位于第海相層、第陸相層和第四系上更新統(tǒng)第陸相層。隧道內(nèi)徑為5500mm,管片厚度為350mm。3個區(qū)間均采用單向推進、不過站、不掉頭的施工工藝。根據(jù)天津的地質(zhì)條件,3個區(qū)間均使用土壓平衡盾構(gòu),本次施工采用了德國海瑞克和日本川崎兩公司盾構(gòu)機,通過工程實踐,取得了一定的技術(shù)參數(shù)。具體應用情況為:小白樓站下瓦房站、下瓦房站南樓站2個區(qū)間使用德國海瑞克盾構(gòu)機,南樓站土城站區(qū)間使用

3、日本川崎設(shè)備。本文結(jié)合小白樓站下瓦房站區(qū)間施工情況,從以下幾個方面介紹盾構(gòu)法在天津地鐵的應用。2盾構(gòu)機的選擇盾構(gòu)機的選擇主要根據(jù)工程所在區(qū)域的地層工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況、工程的線路情況(包括平面和豎向隧道線型、沿線的環(huán)境條件和地下障礙物情況等)、盾構(gòu)機的機械性能等方面。結(jié)合天津地區(qū)土層飽和軟弱地層較均勻的特性,采用適用地層范圍廣、技術(shù)先進合理,在其他地區(qū)運用較為成熟的土壓平衡式盾構(gòu)機。3盾構(gòu)推進施工參數(shù)設(shè)定(1)平衡壓力值的設(shè)定據(jù)計算,在盾構(gòu)穿越加固區(qū)時,取值約為0.17MPa;在正常段推進中取值約為0.200.24MPa。(2)盾構(gòu)機的推力設(shè)定實際施工時,在盾構(gòu)穿越加固區(qū)時,取值約為1000

4、0kN;在正常段推進中取值約為1000013000kN。(3)推進出土量設(shè)定每環(huán)理論出土量=(D2L)/4=32.05m3/環(huán)。盾構(gòu)推進實際出土量控制在98%100%,穿越加固區(qū)時,出土量約為32m3/環(huán);正常段推進時出土量約為3132m3/環(huán)。(4)推進速度設(shè)定加固區(qū)推進速度宜控制在10mm/min左右;正常推進時在保證地面變形滿足設(shè)計要求和規(guī)范的前提下,推進速度基本在3050mm/min。一般情況下每天可推進810環(huán),最快為20環(huán)/d,最慢為5環(huán)/d。(5)刀盤油壓設(shè)定加固區(qū)土質(zhì)較硬推進較慢,刀盤油壓值相對較高,一般為1618MPa;出加固區(qū)后,盾構(gòu)正常推進,油壓值基本在1416MPa。4

5、地面變形量控制影響地面變形的因素主要有2個:盾構(gòu)推進和同步注漿與壁后補壓漿。(1)盾構(gòu)推進引起的地面變形本區(qū)間所用盾構(gòu)機為土壓平衡盾構(gòu)。平衡壓力P0設(shè)置范圍為(水壓力+主動土壓力)P0(水壓力+被動土壓力)以平衡壓力與正面的土壓力相匹配為控制目標,通過實測土壓力值P1與P0值相比較,依此壓差進行相應的排土管理。其控制流程如下:當P0Pi時,盾構(gòu)機平衡壓力低于正面土壓,造成超挖,地面將產(chǎn)生沉降;當P0Pi時,盾構(gòu)機平衡壓力高于正面土壓,造成欠挖,地面將產(chǎn)生隆起;當P0=Pi時,盾構(gòu)機正常推進。因此,盾構(gòu)機的平衡壓力控制直接導致盾構(gòu)正面地面土體的變形量。(2)盾構(gòu)推進盾構(gòu)直徑為6.39m,管片直徑

6、為6.2m,盾構(gòu)施工后的建筑空隙如果不填充,周圍土體就會向此空隙移動,造成地面沉降。盾構(gòu)推進中的同步注漿和襯砌壁后補壓漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑空隙、控制地層變形和減少后期變形的主要手段,也是盾構(gòu)推進施工中的一道重要工序。同步注漿每環(huán)理論建筑空隙:1.0(6.392-6.22)/4=1.87m3盾構(gòu)外徑:6.39m;管片外徑:6.2m每環(huán)壓漿量一般取建筑空隙的150%250%,即每環(huán)同步注漿量為2.814.68m3。泵送出口處的壓力應根據(jù)不同深度和土質(zhì)來控制,一般為0.3MPa左右。漿液配比見表1。壁后注漿當盾構(gòu)推進至特殊地段時,地面上有需保護的建筑物(王仲山故居)或管線時,可根據(jù)實際情況

7、和地層變形監(jiān)測信息及時調(diào)整進行壁后補壓漿。漿液可采用雙液漿,注漿的壓力值、壓入量和具體壓入位置根據(jù)實際情況而定,一般注漿壓力在0.30.4MPa。漿液配比見表2。5主要施工技術(shù)措施(1)嚴格控制盾構(gòu)施工參數(shù)為確保盾構(gòu)沿設(shè)計軸線推進,必須采取以下措施控制切口土壓力、推進速度、出土量,盡量減少平衡壓力的波動,同時在曲線推進過程中,考慮到刀盤正面所受壓力的差異,需同步調(diào)整控制左右區(qū)間油壓值和左右推進千斤頂行程,使之沿設(shè)計軸線推進。具體措施為:根據(jù)出土量和系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備,及時觀察、調(diào)整盾構(gòu)機平衡壓力;根據(jù)出土的土質(zhì)狀況和地質(zhì)報告中地層揭示情況,提前預測正面土體壓力,適時升高或降低盾構(gòu)機平衡壓力;嚴格控制

8、土倉壓力及出土量,防止超挖及欠挖;根據(jù)土體的力學性能結(jié)合盾構(gòu)機的機械性能,控制刀盤的前移距離;加快每環(huán)的拼裝速度,減少盾構(gòu)機在軟弱土層的停留時間;正常推進時速度宜控制在24cm/min。過建筑物時推進速度宜控制在1cm/min左右。(2)嚴格控制糾偏量盾構(gòu)的曲線推進實際上是處于曲線的切線上,因此,推進的關(guān)鍵是確保對盾構(gòu)頭部的控制。在曲線時,盾構(gòu)推進施工環(huán)環(huán)都在糾偏,必須做到勤測勤糾,而每次的糾偏量應盡量小,確保楔形塊的環(huán)面始終處于曲率半徑的徑向豎直面內(nèi)?？刂坪驼莆斩軜?gòu)單次糾偏的幅度,使糾偏盡量均勻穩(wěn)定,以減少糾偏對周圍土體造成的影響。同時,在確保盾構(gòu)正面變形控制在良好的情況下,使盾構(gòu)均衡勻速施

9、工,以減少盾構(gòu)施工對地面的影響。在曲線段施工管片拼裝位置應嚴格控制。若管片位置不理想,且曲線管片無法滿足糾偏時,應采用軟木楔子進行調(diào)整,使管片處于較理想位置狀態(tài),確保盾構(gòu)軸線。(3)控制襯砌背后注漿推進時應嚴格控制漿液的質(zhì)量、注漿量、注漿位置和注漿壓力,并根據(jù)施工中的變形監(jiān)測情況,隨時調(diào)整注漿參數(shù),必要時采用壁后補壓漿的方法進行控制。在施工過程中采用推進和注漿聯(lián)動的方式,注漿未達到要求時盾構(gòu)暫停推進,以防止土體變形。注漿工藝應注意以下幾點,以確保注漿效果:控制注漿時間,確保在最佳的時間采取注漿措施;根據(jù)土質(zhì)情況,確定采用同步注漿、半同步注漿或推進后注漿、后方注漿;根據(jù)土層條件(土的種類、土壓、

10、承壓、水壓等)和掘削條件的不同確定同步注漿壓力和注漿量;采取措施防止背后注入漿液從盾尾、工作面管片接頭等處泄露;根據(jù)填充效果和目的(是否考慮抗?jié)B等問題),適當采取二次注漿;確保注漿材料質(zhì)量和注漿工藝的恰當性。雖然設(shè)計軸線為圓滑曲線,但在實際推進過程中,掘進軸線必然為一段段折線,且曲線外側(cè)出土量又大。這樣,必然造成曲線外側(cè)土體的損失,并存在開挖施工建筑空隙增大。因此,在曲線段推進過程中在進行同步注漿的工程中必須加強對曲線段外側(cè)的壓漿量,以填補施工空隙,同時加固外側(cè)土體,使外側(cè)土體給予管片足夠的支撐力,減小已成隧道的水平位移,確保盾構(gòu)順利沿設(shè)計軸線推進。(4)對于出現(xiàn)超沉建筑物的補救措施及加強地面

11、跟蹤注漿盾構(gòu)穿越重要地段時,加強對地面變形情況的監(jiān)測分析,及時調(diào)整推進參數(shù)。若地面建筑物變形量超過警戒范圍時,則需在隧道內(nèi)通過管片注漿孔進行壁后雙液注漿,并進行地面跟蹤注漿來保護建筑物。6施工中的難點(1)盾構(gòu)穿越“王仲山舊居”施工在浦口道和南京路之間,盾構(gòu)軸線上方有百年歷史的“王仲山舊居”(磚木結(jié)構(gòu)),坐落于天然地基上,基礎(chǔ)為1.0m的磚墻基礎(chǔ)。為保護此建筑物,對盾構(gòu)推進的軸線和地面變形控制要求嚴格,為控制重點,在施工中采取了前述幾點技術(shù)措施加以控制,同時還采取以下措施。加強地面跟蹤注漿由于“王仲山舊居”對變形非常敏感,盾構(gòu)穿越建筑物前200m時,沿建筑物周邊提前埋設(shè)可以反復注漿的注漿花管,

12、并布置一定數(shù)量的監(jiān)測控制點。盾構(gòu)穿越建筑物時,若地面建筑物變形量超過警戒范圍時,除需在隧道內(nèi)通過管片注漿孔進行壁后雙液注漿,更要及時進行地面跟蹤注漿來調(diào)整和控制建筑物的沉降量,只有地面的注漿措施對于保護建筑物更為有效、直接。根據(jù)建筑物與線路的關(guān)系,沿周邊按照1.5m間距布置可以反復注漿花管,埋入地下810m。漿液主要材料配比見表3。采用靜力水準方法監(jiān)測針對建筑物的平面布局和基礎(chǔ)形式,結(jié)合結(jié)構(gòu)與線路的平面關(guān)系,在結(jié)構(gòu)的每個角部和每條邊的中部埋設(shè)監(jiān)測連通管。由于采取了得當?shù)氖┕ご胧┖褪┕ば畔⒒姆答伖ぷ鞯轿?最終沉降量為-10.4mm,完全控制在其允許沉降范圍內(nèi)(據(jù)推斷分析,“王仲山舊居”最大沉降

13、量約為25mm),確保了名人故居的安全。(2)穿越磚砌污水方涵磚砌方涵斷面尺寸為2.35m2.35m,位于天津市河西區(qū)大沽南路、圍堤道和尖山路交會的五岔路口,總體走向為圍堤道方向,與大沽南路斜交。據(jù)調(diào)查,方涵建于1958年,目前仍在使用。方涵與南樓站土城站區(qū)間的左右線隧道相交處隧道埋深分別為13.224m和13.596m。方涵位于地下3m以下,距隧道凈距約為8.246m。根據(jù)理論計算和分析,方涵沉降量應控制在20mm以內(nèi)。施工時通過該地下結(jié)構(gòu)時,通過采取以下措施,盾構(gòu)推進引起的地面沉降變形基本控制在520mm:根據(jù)盾構(gòu)推進自動監(jiān)測設(shè)備和地面監(jiān)測的數(shù)據(jù),及時調(diào)整盾構(gòu)正面壓力,合理控制推進速度;嚴

14、格控制土艙壓力及出土量,防止超挖、欠挖;控制盾構(gòu)推進姿態(tài)的變化,保持均衡勻速的施工,減少對地層的擾動,方涵處盾構(gòu)隧道洞體位于300m半徑曲線上,控制好盾構(gòu)姿態(tài)和單次糾偏幅度,使糾偏量均勻、穩(wěn)定,以減少因糾偏對周圍土體造成的影響;控制同步注漿的漿液質(zhì)量和注漿壓力、注漿量,減少盾構(gòu)推進過后土體的變形。7結(jié)論(1)盾構(gòu)選型考慮了小半徑的施工,因此,選擇了具有糾偏千斤頂裝置的鉸接盾構(gòu)。調(diào)整盾尾的位置,使盾尾與管片的相關(guān)位置得到改善,從而便于管片的拼裝,更好地控制隧道的推進軸線。(2)調(diào)整好刀盤的開孔率和壓力對控制地面沉降極為重要,再加以輔助措施,實踐證明沉降還是可以很好地控制在設(shè)計范圍內(nèi)的。(3)對于施工中的重點部位,加強監(jiān)測和確保實現(xiàn)