小曲線半徑盾構(gòu)施工施工難點(diǎn)與技術(shù)措施

1、小曲線半徑盾構(gòu)施工難點(diǎn)及技術(shù)措施1 引言盾構(gòu)工法由于機(jī)械化程度高,施工速度快,對(duì)地層擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)被大量使用于城市地鐵和公路隧道的建設(shè)中。然而在小曲線段推進(jìn)時(shí),由于盾構(gòu)機(jī)本身具有一定長(zhǎng)度和剛度,在該種條件下盾構(gòu)施工的靈活性和有效性明顯降低。針對(duì)這一難題,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者和專家都做了相關(guān)方面的研究。為進(jìn)一步了解盾構(gòu)法在小曲線段的施工技術(shù)措施,開拓自己視野,在結(jié)合*老師的授課知識(shí)并參考一些相關(guān)方面文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文就小曲線半徑盾構(gòu)施工難點(diǎn)和施工技術(shù)措施等方面做了一個(gè)簡(jiǎn)要的闡述。2 施工難點(diǎn)2.1 隧道整體向弧線外側(cè)偏移,軸線難以控制小曲線隧道每掘進(jìn)一環(huán),管片端面與該處軸線的法線方向在平面上將產(chǎn)生一定的

2、角度,在千斤頂?shù)耐屏ο庐a(chǎn)生一個(gè)側(cè)向分力。管片出盾尾后,受到側(cè)向分力的影響,隧道向圓弧外側(cè)偏移。另外,由于盾構(gòu)機(jī)外殼與管片外壁存在建筑空隙,在施工過程中,掘進(jìn)產(chǎn)生的空隙與同步注漿的漿液填充量不可能做到完全同步、完全符合一致。如果存在空隙或同步注漿漿液早期強(qiáng)度不夠的現(xiàn)象,則管片在側(cè)向壓力作用下將向弧線外側(cè)發(fā)生偏移。由此增加了曲線段盾構(gòu)推進(jìn)軸線控制的難度。2.2 地層損失增加曲線段盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)掘進(jìn)軸線為一段段折線,且曲線外側(cè)出土量又大,這樣造成曲線外側(cè)土體的損失,并存在施工空隙。曲線仿形刀也處于開啟狀態(tài)進(jìn)行超挖,實(shí)際掘進(jìn)面為一橢圓形,實(shí)際挖掘量超出理論挖掘量。另外在采用適當(dāng)技術(shù)和良好操作的正常施工條件

3、下,小半徑曲線掘進(jìn)也會(huì)增加地層損失。不同曲線半徑線路情況下地層的最大可能損失與盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)度關(guān)系密切;與直線段相比,盾構(gòu)在曲線線路情況下的地層最大可能損失隨線路曲線半徑的減少在顯著增加。2.3 糾偏量工作量大,對(duì)土體擾動(dòng)的增加在小曲線段,由于盾構(gòu)機(jī)本身為直線形剛體,不能與曲線完全擬合。在小曲線段盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)形成的線形為一段段連續(xù)的折線,為了使得折線與小曲線接近吻合,掘進(jìn)施工時(shí)需連續(xù)糾偏。曲線半徑越小,盾構(gòu)機(jī)越長(zhǎng),則糾偏量越大,糾偏靈敏度越低。糾偏工作量增加的同時(shí)也增加了對(duì)隧道周圍土體的擾動(dòng),這樣容易造成較長(zhǎng)時(shí)間的后期沉降。在小曲線處掘進(jìn)時(shí)如果隧道的縱向剛度和地層的剛度過小,可能引起管片和其外地層的

4、過大位移,以及使土壓超過被動(dòng)土壓力而產(chǎn)生過大擾動(dòng)。2.4 容易造成管片破損盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)是依靠管片提供推進(jìn)反力,在一個(gè)循環(huán)過程中,特別在小半徑曲線段上掘進(jìn)時(shí),盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)變化較大,這就在推進(jìn)油缸靴板與管片之間產(chǎn)生一個(gè)微小的側(cè)向滑移量(至少是一種趨勢(shì),導(dǎo)致管片局部受力過大而產(chǎn)生裂紋或崩裂。管片向外側(cè)扭曲擠壓地層,使地層和管片結(jié)構(gòu)均受到復(fù)雜的影響,極易造成盾構(gòu)與管片之間的卡殼及管片碎裂現(xiàn)象發(fā)生。2.5 盾構(gòu)與管片之間容易卡殼小半徑曲線隧道時(shí)時(shí)處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài),管片左超或右超量較大,施工人員如不能很好的控制,將造成左超或右超滯后,從而產(chǎn)生盾構(gòu)與管片之間的卡殼,造成盾構(gòu)偏離隧道軸線。2.6 容易造成滲漏隱患

5、,引起地表沉降在曲線段施工時(shí),由于管片四周的盾尾間隙分布并不均勻,盾尾刷密封裝置受管片偏心擠壓后易產(chǎn)生塑性變形而失去彈性,密封性能下降;同時(shí)在曲線段施工容易出現(xiàn)管片錯(cuò)臺(tái),在縱縫錯(cuò)臺(tái)產(chǎn)生后,盾尾刷無法緊密包裹整壞管片,極易形成滲流通道。這無疑增加了隧道滲漏水的風(fēng)險(xiǎn)。另外,若盾尾發(fā)生滲漏,將污染盾構(gòu)管片安裝的工作面,并出現(xiàn)較大的地表沉降。3 技術(shù)措施3.1 增加鉸接裝置為控制急曲線隧道施工軸線,需提高盾構(gòu)機(jī)的糾偏靈敏度。在盾構(gòu)機(jī)的中部增加鉸接裝置,即可減少盾構(gòu)機(jī)固定段的長(zhǎng)度,使盾構(gòu)切口環(huán)至支撐環(huán),支撐環(huán)至盾尾都形成活動(dòng)體。由此可以增加盾構(gòu)機(jī)的靈敏度,推進(jìn)時(shí)可以在減少超挖量的同時(shí)產(chǎn)生推進(jìn)分力,確保曲

6、線施工的推進(jìn)軸線控制,管片外弧碎裂和管片滲水等情況也可大大改善。施工時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)曲線半徑及盾構(gòu)直徑計(jì)算鉸接角度,開啟盾構(gòu)鉸接裝置,使得盾構(gòu)機(jī)的前筒與后筒張角與曲線吻合,預(yù)先推出弧形趨勢(shì),為管片提供良好的拼裝空間。隨著盾構(gòu)進(jìn)入緩和曲線,逐步減小水平張角,直至直線段處,張角完全閉合,進(jìn)入直線段掘進(jìn)。在采用單鉸接盾構(gòu)仍不能滿足小半徑曲線盾構(gòu)推進(jìn)要求時(shí),可以采用雙鉸接盾構(gòu)。此時(shí),盾構(gòu)施工的極限半徑還可進(jìn)一步降低。3.2 仿形刀的使用使用鉸接裝置后,盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中所穿越的孔洞將不再是理論上的圓形。其作為一種輔助手段,需要與仿形刀的超挖、錐形管片、曲線內(nèi)外側(cè)千斤頂?shù)牟煌屏Φ仁┕ご胧┡浜显谝黄鹗褂?。仿形?/p>

7、的使用效果將直接影響盾構(gòu)機(jī)鉸接裝置的作用,超挖量過大將嚴(yán)重地?cái)_動(dòng)土體,過小將不能充分發(fā)揮鉸接裝置的作用,以至達(dá)不到所要求設(shè)計(jì)軸線的半徑。仿形刀的使用主要須考慮兩個(gè)方面的因素,一是仿形刀的超挖范圍。仿形刀通過設(shè)置,可以在圓周任意區(qū)域位置進(jìn)行超挖。采用仿形刀在曲線內(nèi)側(cè)位置進(jìn)行超挖,以有利于糾偏。二是超挖量。在緩和曲線段,它是不斷變化的一個(gè)函數(shù)值。然而,在軟土地區(qū),即使不使用仿形刀,盾構(gòu)機(jī)在小曲線段推進(jìn)過程中對(duì)內(nèi)側(cè)土體的擠壓,亦能使盾構(gòu)沿軸線掘進(jìn)。故實(shí)際施工中,實(shí)際超挖量要小于理論超挖量。因此實(shí)際超挖時(shí),超挖量必須根據(jù)隧道的設(shè)計(jì)軸線、盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)、管片的拼裝狀態(tài)等因素綜合考慮后確定。為減少仿形刀的磨

8、損量,在掘進(jìn)過程中盡量不用仿形刀,盡可能采取使盾構(gòu)中折和合理選取千斤頂?shù)却胧┻M(jìn)行急轉(zhuǎn)彎。在小曲線施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工控制和管理,盡量減少施工超挖。3.3 隧道管片選擇曲線段施工時(shí)應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)和盾尾間隙進(jìn)行管片選型,且須超前10環(huán)左右預(yù)選,確保管片姿態(tài)和盾構(gòu)姿態(tài)保持同心。管片作為影響最小曲線半徑取值的一個(gè)關(guān)鍵因素,在實(shí)際工程中,可以通過調(diào)整管片楔形量、寬度等來滿足小曲線半徑盾構(gòu)施工要求。盾構(gòu)機(jī)是在曲線段掘進(jìn)時(shí),需要利用安裝相應(yīng)的楔形管片來逐步消除推進(jìn)油缸的行程差,以使盾構(gòu)機(jī)每環(huán)開始掘進(jìn)時(shí)每組推進(jìn)油缸行程差盡可能趨于最小,保證盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向的準(zhǔn)確性。大楔形量管片排版方式能很好地?cái)M合小半徑曲線。但如果

9、楔形量設(shè)計(jì)的過大,施工中很容易造成管片錯(cuò)臺(tái),管片成圓度差,不但對(duì)管片拼裝帶來很大困難,更影響隧道的防水和美觀。故楔形量應(yīng)根據(jù)管片種類、管片寬度、外徑、曲線半徑、曲線區(qū)間楔形環(huán)使用比例、管片制作方便性及尾隙大小而決定,由于受管片配筋的制約,大多混凝土類管片的楔形量在75mm以內(nèi)。對(duì)于小半徑曲線地段,根據(jù)上海地鐵類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),采用寬1. 0m的管片比1. 2m的更有利于線路曲線的擬合,管片拼裝更容易,也有利于減少管片的碎裂和隧道的整體防水。3.4 增加管片縱向剛度從盾構(gòu)機(jī)對(duì)土體的反力來看,小曲線外側(cè)不需要用反力壁進(jìn)行彎曲。但盾構(gòu)推進(jìn)反力期待著管片或反力壁的剛度,為了確保合理的推進(jìn)反力,有必要

10、增大管片的縱向剛度,或者采取地層加固措施以及兩者的組合措施。考慮到結(jié)構(gòu)縱向剛度和地層參數(shù)的不確定性,管片縱向剛度的加強(qiáng)是必要的,最為經(jīng)濟(jì)的就是對(duì)螺栓進(jìn)行緊固?？煽紤]采用緊固螺栓(加強(qiáng)螺栓或臨時(shí)的加強(qiáng)肋的方法,加強(qiáng)肋采用2根槽鋼用鋼板焊接成型,然后用螺栓將其與管片的預(yù)留注漿孔進(jìn)行連接,從而將隧道縱向連接起來,以加強(qiáng)隧道縱向剛度。每環(huán)推進(jìn)結(jié)束后,須擰緊當(dāng)前環(huán)管片的連接螺栓,并在下環(huán)推進(jìn)時(shí)進(jìn)行復(fù)緊,克服作用于管片上的推力所產(chǎn)生的垂直分力,減少成環(huán)隧道浮動(dòng)。每掘進(jìn)完成3環(huán),對(duì)10環(huán)以內(nèi)的管片連接螺栓復(fù)擰一次。3.5控制糾偏量盾構(gòu)掘進(jìn)過程中,管片在承受側(cè)向壓力后將向弧線外側(cè)偏移。為了使隧道軸線最終偏差控

11、制在規(guī)范要求的范圍內(nèi),盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)考慮給隧道預(yù)留一定的偏移量。將盾構(gòu)沿曲線的割線方向掘進(jìn),管片拼裝時(shí)軸線位于弧線的內(nèi)側(cè),以使管片脫出盾尾時(shí),受側(cè)向分力向弧線外側(cè)偏移時(shí)留有預(yù)偏量;而預(yù)偏量的確定往往須依據(jù)理論計(jì)算和施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合分析得出,同時(shí)需考慮掘進(jìn)區(qū)域所處的地層情況。在施工過程中,可通過對(duì)小半徑段隧道偏移監(jiān)測(cè),適當(dāng)調(diào)整預(yù)偏量。盾構(gòu)曲線推進(jìn)時(shí),每一環(huán)都在糾偏。此時(shí)須做到勤測(cè)勤糾,而每次的糾偏量應(yīng)盡量小,盡量控制在23mm/m范圍內(nèi),確保楔形塊的環(huán)面始終處于曲線半徑的徑向豎直面內(nèi)。針對(duì)每環(huán)的糾偏量,通過計(jì)算得出盾構(gòu)機(jī)左右千斤頂?shù)男谐滩?利用盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)男谐滩顏砜刂破浼m偏量。同時(shí),分析管片的選

12、型,針對(duì)不同的管片需有不同的千斤頂行程差。3.6 盾構(gòu)施工參數(shù)控制3.6. 1 嚴(yán)格控制盾構(gòu)的掘進(jìn)速度推進(jìn)時(shí)速度應(yīng)控制在12 cm /min,既可以避免因推力過大而引起的側(cè)向壓力的增大,又能減小盾構(gòu)推進(jìn)過程中對(duì)周圍土體的擾動(dòng)。另外,在轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)采取短行程多循環(huán)的方式進(jìn)行掘進(jìn),為避免千斤頂推進(jìn)造成管片破損,可每30 50mm 適量收縮千斤頂,使得千斤頂對(duì)管片的應(yīng)力得以釋放,同時(shí)有利于盾構(gòu)方向調(diào)整。3.6. 2 嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面平衡壓力盾構(gòu)在穿越過程中須嚴(yán)格控制切口平衡土壓力,使得盾構(gòu)切口處的地層有微小的隆起量(0.51mm來平衡盾構(gòu)背土?xí)r的地層沉降量。同時(shí)也必須嚴(yán)格控制與切口平衡壓力有關(guān)的施工參數(shù),如進(jìn)出土量、盾構(gòu)正面進(jìn)土部位、推進(jìn)速度、總推力、實(shí)際土壓力圍繞設(shè)定土壓力波動(dòng)的差值等。防止過量超挖、欠挖,盡量減少平衡壓力的波動(dòng),其波動(dòng)值控制在0. 02MPa以內(nèi)。例如:在盾構(gòu)網(wǎng)格兩側(cè)增設(shè)閘門,以保證盾構(gòu)兩側(cè)可按施工需要控制進(jìn)