淺覆土河床地段盾構(gòu)施工工法

1、淺覆土河床地段盾構(gòu)施工工法中鐵四局集團(tuán)GZSJGF041030一、前言在盾構(gòu)法隧道施工中,由于隧道線路走向的限制,會遇到穿越河道或湖底,而隧道頂?shù)胶拥谆蚝?而隧道頂?shù)胶拥谆蚝椎木嚯x很近,大大小于盾構(gòu)機(jī)直徑,也就是淺覆土.盾構(gòu)機(jī)在淺覆土層掘進(jìn)時,一方面,造成極限最小與最大土壓力之間變化范圍較小,使得開挖面支護(hù)壓力不易限制；另一方面,由于襯砌受到周圍地下水和盾尾注漿漿液的浮力作用,當(dāng)管片上部土壓力與管片自重?zé)o法反抗管片浮力時,就會出現(xiàn)隧道管片上浮,同時會引發(fā)工程事故.天津地鐵 2 2 號線工程曹莊站延安西路站區(qū)間隧道工程, ,區(qū)間隧道工程需穿越外環(huán)河后進(jìn)入曹莊站盾構(gòu)井接收,最小覆土僅為 3 3

2、.818m818m 小于盾構(gòu)直徑 6.340m,6.340m,因此,我們對淺覆土過河段的土體進(jìn)行加固,有效預(yù)防處于飽和含水土層中發(fā)生涌水突沉引起上方沉陷產(chǎn)生涌水裂隙,預(yù)防了大量河水由盾尾或開挖面的缺陷處涌入而淹沒隧道等引發(fā)的工程事故,經(jīng)過工程實(shí)踐,形本錢工法.二、工法特點(diǎn)1 1 . .制定合理外環(huán)河土體加固方案,確定攪拌樁施工參數(shù),并增設(shè)導(dǎo)流管,保證河水暢通.2 2 . .通過監(jiān)測數(shù)據(jù)合理制定盾構(gòu)掘進(jìn)土壓、速度、注漿量等施工參數(shù),并保證管片拼裝與盾尾密封符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求.3 3 . .能有效的防治由于盾構(gòu)擠壓導(dǎo)致前方土體隆起過多,盾構(gòu)處于飽和含水層中發(fā)生涌水突沉引起上方沉陷,產(chǎn)生涌水裂隙,致使

3、大量河水由盾尾或開挖面的缺陷處涌入而淹沒隧道.三、適用范圍本工法適用于淺覆土河床的盾構(gòu)施工.四、工藝原理盾構(gòu)穿越淺覆土河流時,克服隧道管片上浮比擬困難,過程限制與調(diào)整尤為重要；增設(shè)抗浮板、導(dǎo)流管、河床回填、優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)等舉措,保證土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)淺覆土過河段時可以建立土壓平衡,并且不發(fā)生噴涌現(xiàn)象,在通過盾尾同步注漿系統(tǒng)向管片壁厚注漿從而保持地表穩(wěn)定.五、工藝流程及操作要點(diǎn)一工藝流程見圖 1 1二操作要點(diǎn)L L 設(shè)置圍堰、抽水在盾構(gòu)穿越淺覆土河床時,首先設(shè)置圍堰,圍堰大小根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間線間距有直接關(guān)系,設(shè)置圍堰區(qū)域?yàn)閰^(qū)間隧道邊緣向外延伸不低于 1 1 倍的隧道底部埋深的距離,圍堰沿河流橫斷

4、面布置,兩圍堰寬度為區(qū)間隧道邊緣需要分別向外延伸,約 3 3.5 54 4 倍的寬度,放坡 1:11:1截流.圍土 1 1 頂面寬 5m,5m,底面寬度為河底寬度、高度為高出河面約 1 1.5m,5m,圍堰用粘土直接堆填并碾壓.圍堰筑好后,進(jìn)行抽水,清淤.如圖 2 2 圍堰縱斷面、圖 3 3 圍堰橫斷面圖.圖 1 工藝流程圖圖 2 圍堰縱斷面圖圖 3 圍堰平面圖2. .土體加固詳細(xì)了解地質(zhì)勘查報告,了解土層結(jié)構(gòu),了解周圍環(huán)境,做好相關(guān)準(zhǔn)備工作,并制定相應(yīng)的施工方案,保證地基加固工作順利進(jìn)行,以免影響總工期.盾構(gòu)施工中,常用的土體加固方法為凍結(jié)法加固、高壓旋噴樁加固、靜態(tài)分層注漿加固、深沉攪拌樁

5、加固等方法,選擇原那么主要是在保證平安情況下選擇經(jīng)濟(jì)而有效的加固方法,本工法選用深層攪拌樁作為加固方法,相比其他加固方法更加經(jīng)濟(jì)有效.攪拌樁加固原那么為盾構(gòu)法隧道外上下 3G3G 左右 3m,3m,以便增加土體的整體性,保證加固后的土體強(qiáng)度不得小于0 0.8MP8MPa a抗?jié)B系數(shù)小于1X101X108cm/s8cm/s.如圖4 4攪拌樁加固示意圖及圖5 5攪拌樁施工工藝流程.圖 4 攪拌樁加固示意圖3. .抗浮板、導(dǎo)流管、河床回填施工、抗浮板待攪拌樁加固完成后將原河底向下開挖 400400600mm600mm 根據(jù)具體情況而定,其標(biāo)高滿足在進(jìn)行墊層與混凝土澆筑后與原?RR床標(biāo)高齊平,而后澆筑

6、 100mmi100mmi 的墊層,墊層材料為素混凝土, ,標(biāo)號 C10oC10o 墊層寬度為河流寬度, ,墊層的長度為圍堰區(qū)域內(nèi)的長度, ,墊層上方施工鋼筋混凝土底板,鋼筋采用直徑 14mmi14mmi 紋鋼,單層,間距為 0 0.2mx0.2m2mx0.2m.混凝土標(biāo)號 C30S1QC30S1Q 厚度 200200300mm300mm 這樣保證了混凝土面與原河底面標(biāo)高齊平,從而保證河道恢復(fù)后河底標(biāo)高保持不變.、導(dǎo)流管混凝土抗?jié)B抗浮板強(qiáng)度到達(dá) 8080 斷,沿河流方向放置承插混凝土管,管涵長度為 2 2 倍的隧道中央間距,管涵下方使用碎石作墊層,混凝土管的大小與數(shù)量根據(jù)河水流量以及流速確定,

7、如河水上方或下方附近有橋梁,那么管道與橋孔須對齊.管涵斷面見圖 6:6:圖 5 攪拌樁加固示意圖、河床回填導(dǎo)流管設(shè)施完畢后.填筑過程中必須隨時進(jìn)行分層400mm400mm 填筑且碾壓,壓實(shí)度須達(dá)到 86%A86%A 上.粘土填充高度根據(jù)原覆土厚度與盾構(gòu)機(jī)直徑有關(guān),回填覆土的厚度與原覆土的厚度相加后必須大于 1 1 倍的盾構(gòu)直徑,才符合盾構(gòu)平安施工要求,最終效果如圖 7 7 所示：粘土充填圖 7 河床覆土最終斷面效果圖上述工作完成后,撤除既有圍堰,恢復(fù)河水流通.4 .盾構(gòu)掘進(jìn)施工、土倉壓力的設(shè)定與限制土壓平衡盾構(gòu)機(jī)工作原理即,將正面土體切削下來進(jìn)入刀盤后面的密封艙內(nèi),并使艙內(nèi)具有適當(dāng)壓力與開挖面

8、水土平衡,以減少盾構(gòu)推進(jìn)對地層土體的擾動,從而掘進(jìn)施工中維持地表的穩(wěn)定.在盾構(gòu)穿越加固區(qū)中,嚴(yán)格限制土倉壓力,對限制地表沉降是至關(guān)重要的.土倉壓力理論值計算步驟如下：由于在淺埋段中掘進(jìn)施工,計算該類土層水土壓力時采用水土分算的原那么計算.通常按照郎金主動壓力和被動土壓力計算.主動土壓力2PaiZtan45；式中：Z Z地層厚度；丫 i i計算土層的重度；加一計算土層的內(nèi)摩擦角.aPaKo式中：K0K0 一側(cè)向壓力系數(shù)被動土壓力管涵圖 6 導(dǎo)流管布置斷面圖Pp.45寸pPpKoqH式中：q-q-根據(jù)土的滲透系數(shù)確定的一個經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,H H 一隧道埋深；丫 s s 一水的重度.土倉壓力理論取值范圍即

9、為：Pas1.2p為了便于提升施工速度,一般土倉壓力理論取值 1.21.2 倍主動土壓力即可.在施工前根據(jù)地層變化一般每 5 5環(huán)計算一個理論土倉壓力值作為備用. .、同步注漿及二次注漿由于管片外徑小于開挖直徑,當(dāng)管片拖出盾殼后,必須及時在管片壁厚填充砂漿,以限制地表沉降及管片變形、沉降.同步注漿壓力及注入量理論計算步驟如下.根據(jù)管片外徑與刀盤開挖直徑的間隙 V V 計算出理論注漿量 Q Q 淤泥層一般理論注漿量為理論間隙的180%240%180%240%倍.V(D2d2)L4QV式中：D D 一刀盤最大開挖直徑；V V 一盾構(gòu)施工引起的間隙丫-注漿率天津地層一般取 1 1.5 52.02.0

10、以 6 6.340340 盾構(gòu)機(jī)、管片外徑 6.2m6.2m、長度為 1 1.2m2m 勺管片為例,通過計算2 2c 八2、V-634一6.21.2=1.65m,那么實(shí)際施工過程中,同步注漿量為 3 33.43.4m3,并4根據(jù)實(shí)際情況與地面的構(gòu)筑物布置情況進(jìn)行改正.針對管片滲漏水、隧道沉降、地面沉降,對其進(jìn)行二次補(bǔ)漿；注入位置滿足距盾尾大于 10m10m 以預(yù)防地層中的泥水和襯砌外圍的漿液從盾尾間隙擠入盾尾,損壞盾尾鋼絲刷,尤其是穿越淺覆土河床地段,二次注漿尤為重要.注雙液漿時,先注入純水泥漿液 1min1min 后,翻開水玻璃閥進(jìn)行混合注入,終孔時應(yīng)加大水玻璃的濃度.在一個孔注漿完結(jié)后等待

11、 5 51010 分鐘將該注漿頭翻開疏通查看注入效果,如果水壓力砂土中 q=0.81q=0.81.0,0,q=q=黏性土中 0.30.50.30.5s)1.2d-d-管片外徑L-L-每環(huán)管片長度水很大,應(yīng)再次注入直至有較少水流出時即可終止雙液漿注漿壓力限制在 0 0.3 30 0.5MPa5MPa刀盤轉(zhuǎn)速限制刀盤轉(zhuǎn)速需要與地層地質(zhì)相配合, ,在淺覆土粉質(zhì)粘土土層中,一般選取 1 1.0 01.5rpm.1.5rpm.3 3. .勞動力組織安排表 1 勞動力組織安排每班序號工種人數(shù)責(zé)任備注1技術(shù)、測量人員1技術(shù)限制、沉降、導(dǎo)線監(jiān)測所有施工2班長1負(fù)責(zé)工班的人工組織與協(xié)調(diào)盾構(gòu)施工3盾構(gòu)司機(jī)2盾構(gòu)的

12、操作與工作狀態(tài)記錄盾構(gòu)施工4地面工人7漿液配置、吊機(jī)司機(jī)、管片吊裝盾構(gòu)施工5井下工人7同步注漿、管片拼裝、機(jī)車司機(jī)、調(diào)車員盾構(gòu)施工6電工1洞內(nèi)照明、電路、電器維護(hù)盾構(gòu)施工7維修工1設(shè)備故障與排查盾構(gòu)施工8機(jī)長1負(fù)責(zé)攪拌樁施工與工作狀態(tài)記錄土體加固9拌漿3負(fù)責(zé)漿液拌制、零工土體加固10班長1負(fù)責(zé)全面協(xié)調(diào)圍堰、 抗浮板、 導(dǎo)流管、回填11普通15司機(jī)、鋼筋工、普工合計40六、材料設(shè)備本工法無需特別書說明的材料,主要機(jī)具設(shè)備表見表 2 2表 2 主要機(jī)具設(shè)備表序號機(jī)械設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1挖掘機(jī)EX200臺1土方開挖2土方車20m3輛5泥土運(yùn)輸3水泵40m/h臺4排水74深層攪拌機(jī)SJB-口

13、臺2攪拌樁5汽車吊25t輛1進(jìn)行吊裝6全站儀萊卡臺1測量7水準(zhǔn)儀DS3臺1測量8盾構(gòu)機(jī)小松 6340臺2盾構(gòu)施工9盾構(gòu)施工配套設(shè)備套2盾構(gòu)施工10龍門吊32t臺2垂直運(yùn)輸七、質(zhì)量限制(一)質(zhì)量限制標(biāo)準(zhǔn)?地下工程防水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50108GB50108-2001)-2001)、?盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)?( (GB50446-2022)GB50446-2022)及其他有關(guān)規(guī)定.(二)質(zhì)量保證舉措1 1 . .攪拌樁施工中,保證施工嚴(yán)格根據(jù)交底進(jìn)行,施工后取芯滿足地層加固要求.2 2 . .盾構(gòu)推進(jìn)過程中,增強(qiáng)對軸線的限制,推進(jìn)時做到勤測勤糾,而每次的糾偏量應(yīng)盡量小,保證管片環(huán)面始終處于曲線半

14、徑的徑向豎直面內(nèi).3 3 . .盾構(gòu)在河床段推進(jìn),管片拼裝時增強(qiáng)螺栓的復(fù)緊,增強(qiáng)管片間的相互約束,可以有效限制隧道上浮.4 4 . .在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中須不定時的進(jìn)行集中潤滑油脂的壓注, ,預(yù)防造成的軸承和其他設(shè)備的損壞,影響盾構(gòu)推進(jìn)施工.同時做好盾尾油脂的壓注工作,保證施工中盾尾與管片的間隙內(nèi)充滿盾尾油脂.5 5 . .按制定的監(jiān)控量測方案進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測,并根據(jù)地面沉降及隧道變形,及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)和注漿量,如還不能滿足,那么采用二次注雙液漿.注漿過程中嚴(yán)格限制漿液質(zhì)量及注漿量和注漿壓力.6 6 . .每環(huán)推進(jìn)過程中,嚴(yán)格限制平衡土壓力,使切口正面土體保持穩(wěn)定狀態(tài),以減少對土體的擾動.采取信息反應(yīng)

15、的施工方法在盾構(gòu)推進(jìn)工程中進(jìn)行跟蹤沉降觀測,并及時反應(yīng)沉降數(shù)據(jù),為調(diào)整下階段的施工參數(shù)提供依據(jù).八、平安舉措1 1 . .施工前組織有關(guān)施工人員熟悉方案以及進(jìn)行技術(shù)交底、平安交底.2 2 . .在推進(jìn)過程中,優(yōu)化施工參數(shù),嚴(yán)格限制隧道軸線,增強(qiáng)監(jiān)控量測的密度和強(qiáng)度,以減少地表隆沉和隧道的變形,保證盾構(gòu)施工平安3 3 . .實(shí)行三級教育,增強(qiáng)崗前、工序、轉(zhuǎn)崗等培訓(xùn)與教育；組織盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工、管片拼裝、同步注漿等學(xué)習(xí)；實(shí)行班前教育制度.84,4,定期對拼裝機(jī)進(jìn)行檢查,管片工作面和拼裝位置做好警示標(biāo)志,管片舉重臂旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)嚴(yán)禁站人.5.5.電瓶車司機(jī)嚴(yán)格執(zhí)行平安行車規(guī)程,增強(qiáng)對車連接部位進(jìn)行檢查.配

16、置行車閃光警示燈,運(yùn)行中嚴(yán)禁搭乘車,嚴(yán)格限制行車速度.九、節(jié)能、環(huán)保舉措1 1 . .容易產(chǎn)生噪音的機(jī)械設(shè)備采取合理布局,增強(qiáng)設(shè)備潤滑和維護(hù)保養(yǎng)工作, ,嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)指導(dǎo)書和設(shè)備檢點(diǎn)規(guī)程,減輕噪音對周圍居民生活環(huán)境的影響,增強(qiáng)對司機(jī)的環(huán)保意識,減少噪音污染.2 2 . .固體廢棄物按不同性質(zhì)、類別分開存放,主要分為危險、不可回收利用固體廢棄物、可回收利用固體廢棄物、生活和辦公垃圾等.3 3 . .抗浮板施工過程中,使用泵車泵送混凝土,應(yīng)及時清理撒漏的混凝土,預(yù)防對環(huán)境造成破壞.4 4 .土方施工過程中,最大限度地保護(hù)河床河堤以及綠化帶,不對其產(chǎn)生破壞5 5 . .土方車運(yùn)土過程中應(yīng)全程覆蓋

17、,嚴(yán)禁將士拋灑在外環(huán)線及其他市政道路上.6 6 . .水泥攪拌樁施工時現(xiàn)場經(jīng)常保持整潔衛(wèi)生,合理設(shè)置排水溝,將廢棄泥漿由排水溝排至指定位置,預(yù)防污染周邊環(huán)境. .十、經(jīng)濟(jì)效益分析1 1 . .技術(shù)效益：本工法施工中,成型管片上浮情況在允許范圍內(nèi),保證了隧道、附近橋梁、河堤的平安,未造成環(huán)境危害,為城市地鐵在下穿淺覆土河流時提供了具體的指導(dǎo)和借鑒,為以后城市地下工程在類似情況下的規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的決策依據(jù),并更進(jìn)一步的促進(jìn)盾構(gòu)工程施工技術(shù)的開展.2 2 . .經(jīng)濟(jì)效益：因盾構(gòu)下穿淺覆土河流斷,施工難度大,危險性高,采取此方法后,可以有效的預(yù)防了發(fā)生涌沙、 涌水等險情,不僅預(yù)防了工程事故的發(fā)生,

18、而且經(jīng)過改進(jìn)后的土體可以保證盾構(gòu)正常掘進(jìn)和成形隧道在淺覆土河底下的穩(wěn)定性,其中攪拌樁相比以往的旋噴樁加固,加固本錢差距大,保證了工期,節(jié)省了人工、機(jī)械,經(jīng)濟(jì)效益顯著.3 3. .社會效益：曹莊站盾構(gòu)井延安西路站區(qū)間隧道的貫穿,為天津地鐵 2#2#線高效快速開展做出了奉獻(xiàn),得到了業(yè)主的好評,更有利社會經(jīng)濟(jì)開展.十一、應(yīng)用實(shí)例天津地鐵 2 2 號線曹莊立盾構(gòu)井延安西路站區(qū)間采用兩臺單圓盾構(gòu)分別與 20222022 年 3 3 月 2323日、20222022 年 4 4 月 1010 日先后從延安路站始開掘進(jìn),并穿越陳塘莊鐵路、外環(huán)西路、外環(huán)河,最后到達(dá)曹莊站盾構(gòu)井.區(qū)間起訖點(diǎn)里程為 DK3+028DK3+0282222DK2+15&DK2+15&7,7,其中右線含短鏈 00872m,00872m,線長 876876.648m648m；左線含短鏈 0 0.111m,111m,線長 877877.409m.409m.本區(qū)間設(shè)聯(lián)絡(luò)通道及泵站一座, ,對應(yīng)右線里程為 DK2+508.5DK2+508.5.外環(huán)河位于曹莊盾