盾構(gòu)進出洞施工技術(shù)

/一、前言接受盾構(gòu)法建立隧道或各種地下管道，一般是在預先建立好的工作井內(nèi)進行盾構(gòu)的安裝、調(diào)試和試運轉(zhuǎn)，并將其精確地擱置在符合TRANBBS設計軸線的基座上，待全部施工準備工作就緒后，起先沿設計軸線向地層內(nèi)掘進施工，當盾構(gòu)將要到達終點時，應精確測定盾構(gòu)的現(xiàn)狀位置，并調(diào)整和限制其的姿態(tài)，使盾構(gòu)正確無誤地進入預先建立安裝好的接收井內(nèi)的基座上。盾構(gòu)的進出洞工序是盾構(gòu)法建立隧道的關鍵工序，該工序施工技術(shù)的優(yōu)劣將干脆影響到建成后隧道或管道的軸線質(zhì)量、進出洞口處環(huán)境愛惜的成效及工程施工的成敗。盾構(gòu)的進出洞施工技術(shù)必需依據(jù)工程所處地層的土質(zhì)、水文、環(huán)境條件和環(huán)境愛惜要求的等級而制定，如何科學、合理地運用各種不同的進出洞技術(shù)，使其符合各工程的特定工況條件要求，是一項值得探討、探討的課題。二、盾構(gòu)進出洞施工的關鍵技術(shù)1建立推動施工的良好后盾系統(tǒng)后盾系統(tǒng)由后盾管片、支撐體系及后靠等組成，其不但要穩(wěn)固牢靠，同時必需有一個精確的后座支承面和適應施工的垂直和水平運輸?shù)霓D(zhuǎn)折通道口。2確保洞口處土體穩(wěn)定在盾構(gòu)未靠上洞口處土體前，愛惜洞口旁邊地面和地下構(gòu)筑物，使盾構(gòu)順當切入土體，并支護正面土體，從而進入正常施工狀態(tài)。3洞口建筑空隙的密封技術(shù)洞口建筑空隙的密封問題，如不妥當解決，將會引起洞口滲漏，產(chǎn)生不行設想的后果，但目前對進洞施工時的洞口密封技術(shù)還不夠完善。三、盾構(gòu)進出洞施工中易發(fā)生的事故1洞門處土體涌入井內(nèi)洞口封門拆除后，井外土體不能獨立，井內(nèi)洞圈的密封裝置還不能阻擋洞外的土體，所以洞口外土體隨之進入井內(nèi)，造成地面沉陷，影響旁邊地下管線和地面建筑物的平安運用，如狀況嚴峻，則造成井下無法施工。2洞口周圈涌泥水由于在出洞施工時損壞了洞口密封裝置，盾構(gòu)出洞后沒有剛好做好洞口防滲漏處理，故在盾構(gòu)未全部通過工作井洞圈或已經(jīng)脫出洞圈時，井外泥水不斷從洞圈和盾構(gòu)或隧道之間的間隙涌入井內(nèi)。如不剛好處理，將導致地面沉陷和洞口處已建立好的隧道產(chǎn)生過量沉降。3盾構(gòu)出工作井洞口時上抬或下沉盾構(gòu)出工作井洞口后，就失去了基座的支撐，若在施工中對正面平衡壓力值的設定和限制不當，則極易產(chǎn)生盾構(gòu)的上抬或下沉，這將使剛建成的隧道偏離設計軸線，甚至無法正常施工。進土部位和進土量限制不當，易使盾構(gòu)上抬，于是地面也隨之隆起；正面土體流失過量，超量出土，易使盾構(gòu)產(chǎn)生下沉。4管片產(chǎn)生碎裂、環(huán)面不平、內(nèi)外張角嚴峻、縱縫喇叭大、環(huán)向旋轉(zhuǎn)等不良現(xiàn)象。四、盾構(gòu)進出洞施工技術(shù)1穩(wěn)定正面土體要確保洞口暴露后正面土體的穩(wěn)定，必需對洞口狀況進行調(diào)查，然后實行有效的技術(shù)措施，使洞口處的土體不流失、不坍塌。(1)洞口狀況調(diào)查①工作井的構(gòu)造工作井一般用沉井法施工，但在建筑密集地區(qū)或大型結(jié)構(gòu)的工作井是接受地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、SMW工法建立的，由于圍護結(jié)構(gòu)的不同，洞口的封門形式也不同。用沉井法施工，在制作沉井時已預留了洞口(下沉前必需將洞口封閉)，由于洞口的封閉方法和盾構(gòu)進出洞口是否便利、平安、牢靠關系極大，因此一般狀況盡可能利用井壁厚度設置防塌方、止泥、止水密封裝置，封門形式可按實際工況條件(工程埋深、洞口處土層的土質(zhì)性能、水文條件等)綜合考慮選定，但還必需兼顧到拆封門的便利。②水文地質(zhì)狀況了解工程洞口處所處的土質(zhì)性能、地下水位的深淺，實行適當?shù)摹⒆詈侠?、最?jīng)濟的技術(shù)措施。③隧道埋深和洞口直徑隧道埋深和洞口直徑和洞口處土體穩(wěn)定密切關聯(lián)，所接受的相應措施隨條件不同而不同。④工作井洞口旁邊地面環(huán)境地面環(huán)境要求的愛惜等級是洞口土體進行加固的依據(jù)。⑤工作井洞口井壁的平面現(xiàn)狀工作井洞口井壁平面現(xiàn)狀是曲線型還是平直線以及井壁厚度、洞圈構(gòu)造等對進出洞施工技術(shù)的選定有確定關系。⑥施工設備的性能隧道施工所用的盾構(gòu)機型是進出洞方法選定的關鍵因素。(2)對洞門外土體進行加固或穩(wěn)定處理接受土體穩(wěn)定措施后，洞門外土體能穩(wěn)定獨立相當長一段時間，可大膽拆除封門，盾構(gòu)即可進出洞，但在施工時必需對加固處理后的土體實際性能作檢測，確認其達到施工所規(guī)定的要求，方可拆洞口封門。當前常用的土體穩(wěn)定技術(shù)有降水、地基加固、凍結(jié)法等。①降水降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高該層土的密實度，但不能大幅度提高土體的強度。如洞口放開面積大、埋深深、放開時間長，仍會有土體失穩(wěn)坍塌的問題存在，此時降水僅能作為幫助措施；再則降水效果還受到降水深度、土質(zhì)條件、四周環(huán)境條件等的限制，所以只能在許可條件下運用。②地基加固地基加固可接受深層攪拌、壓密注漿、化學注漿等方法，目的是將洞口處確定范圍內(nèi)土體預先固結(jié)起來，達到進出洞時所需的強度，能使洞口封門拆除后洞口處暴露的土體獨立。但地基加固后的土體強度勻整性差，特別是在軟土地層中尤為突出，所以必需加強檢測，使加固土體的強度及其勻整性、加固范圍等，均符合加固設計的標準。在作加固設計時要考慮到工程所用盾構(gòu)的性能，如網(wǎng)格盾構(gòu)是擠壓性的正面無切削設備，則就不宜接受加固技術(shù)；對于全斷面切削刀盤，要考慮加固土體的強度以及出渣輸送的可能性。③凍結(jié)法使土體中水分凍結(jié)，整個凍結(jié)范圍內(nèi)土體短暫形成有相當強度的凍結(jié)固體，在這種凍結(jié)固體支護下，拆除洞口封門，待掘進設備進入洞門圈內(nèi)、洞口密封裝置安裝完畢、洞口施工時的密封性能建立后再解凍，進入正常進出洞施工。這種技術(shù)在煤礦建井施工中已廣泛應用，國外用于隧道施工已有許多實例，我國在隧道施工中亦已起先應用。(3)在井內(nèi)或洞門口實行的措施①外封門形式當工作井接受沉井法施工時，洞口封門一般接受鋼板柱(常用槽鋼組合)，一種方法是在沉井下沉施工時，將封門安裝在洞口(封門板樁和沉井洞口的固定連接均設于井內(nèi)的洞圈內(nèi)，出洞施工時要能便利拆除)，然后和沉井一起下沉到位，封門安置要堅實，不應在沉井下沉施工時遭到破壞；另一種方法是待沉井下沉到位后再緊貼井外壁打入封門板樁，但沉井在沉井下沉施工時須將預留洞口臨時封閉，待洞門板樁打入后再拆除。盾構(gòu)出洞時先進入井壁洞圈內(nèi)，安裝好推動施工時的洞口密封裝置(圖1)，然后拔除封門板樁進入推動施工。外封門形式一般用于出洞施工，因其受到鋼板樁長度、構(gòu)造及拔樁等影響，當洞口埋深較深時不宜接受。②內(nèi)封門形式盾構(gòu)進洞的封門一般接受內(nèi)封門形式。封門可用型鋼組合(有豎封門及橫封門兩種形式)，固定在井內(nèi)壁洞口處(在沉井下沉施工時，洞圈內(nèi)用粘土填封密實)，當盾構(gòu)最前端離封門50mm時停止推動施工，拆除封門，盡快將盾構(gòu)推入井內(nèi)的接收基座上，并剛好封堵管片和洞圈之間的空隙，防止泥水從間隙處滲漏。當洞口埋深較深、洞口處土質(zhì)較好，獨立性能強或洞口土體進行了加固處理，則內(nèi)封門形式也可用于出洞施工，但洞圈內(nèi)必需用粘土夯填密實，使洞圈內(nèi)土體起到一個土塞作用，用以平衡井外土體的側(cè)向壓力。③特別封門(井內(nèi)外封門)當工程埋深深、井外砂性土滲透系數(shù)大、地下水位高，要平衡地下水壓力較為困難，則盾構(gòu)出洞時可接受另一種"外"封門形式，即在井內(nèi)筑確定長度的筒套(接受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu))，內(nèi)徑和井壁預留洞口相同，筒套和井壁連成一體，筒套后端設有密封裝置，在筒套和井壁內(nèi)面間用密排豎向鋼板樁封閉洞口，沉井下沉前在井壁洞圈內(nèi)填粘土，盾構(gòu)先進入筒套內(nèi)(圖3)。出洞施工時，逐根拔除鋼板樁，每拔除1根，須剛好封住上開口。該封門形式具有如下特點：i盾構(gòu)出洞前已建立正面平衡體系，在出洞過程中能較好地限制正面平衡壓力，使洞口外土體流失能限制在允許范圍內(nèi)，有效地愛惜環(huán)境；ii井壁洞口內(nèi)及筒套內(nèi)均用粘土填充，土塞效應長度大，洞口間隙密封效果好，土體不易流失；iii洞口封門板樁由于設在井內(nèi)，板樁長度略大于洞口直徑，只需用推動施工用的行車即可便利、快速拔除，不需另行配置大型設備；iv筒套構(gòu)造設計時，考慮了出洞時可能出現(xiàn)的問題，降低了施工難度。④用SMW工法施工洞口封門當工作井接受圍護開挖施工工藝時，可在工作井進出洞口處用SMW工法作結(jié)構(gòu)施工圍護，在進出洞施工時，先拔除SMW樁內(nèi)的H型鋼，利用掘進設備刀盤切削SMW樁的水泥土，逐步完成進出洞施工。2基座的設置(1)基座設置前的準備基座設置前不能僅以圖紙為依據(jù)，必需核對實際預留洞口的位置和尺寸，洞口的內(nèi)凈尺寸是否滿足施工所需(要考慮設備的最大尺寸)，否則須加大洞口直徑。將洞口實際中心位置的水平方向引至洞口兩側(cè)井壁上，以等高表示；垂直方向引到洞口下部井壁上，以作基座前端定位的依據(jù)。對于內(nèi)封門形式，由于實際洞口被掩蓋住，因此最好能在未封洞口前就把中心位置引到不受封門影響的井壁上標識出來。(2)基座軸線的測定基座設置的條件除了洞口中心外，還必需有其坡度和平面方向符合隧道設計軸線的要求。當隧道設計軸線是平曲線時，須要事先加以計算并把標識引至后井壁上方，若有條件，可將基座精確地安裝好。(3)導向軌的設置設在基座頂部的2根平行導軌即為導向軌，盾構(gòu)擱其上面進行安裝調(diào)試，其不僅要承受盾構(gòu)的安裝重量，而且還是盾構(gòu)推動的軸線導向，因此必需使導向軌夾角中心和隧道軸線相一樣，盾構(gòu)的擱置方向要正確。(4)基座形式基座可以是鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土(整體現(xiàn)澆及預制裝配)等形式?；凶銐虻膹姸群蛣偠?，特別是鋼結(jié)構(gòu)形式的基座，還必需有整體穩(wěn)定性能和局部穩(wěn)定性，以免施工應力作用后產(chǎn)生事故。接收基座用于接收運動著的盾構(gòu)，由于在安裝基座時，盾構(gòu)的進洞姿態(tài)是未知的，所以只能以隧道設計軸線設置平面，且高程導軌面不能超過洞圈面。當其和盾構(gòu)的實際姿態(tài)不符時，則盾構(gòu)在上基座后會產(chǎn)生姿態(tài)突變，造成洞口處成環(huán)襯砌軸線的突變、環(huán)縫拉開、圓環(huán)變形等不良現(xiàn)象。如能設計一個可調(diào)整的基座，當盾構(gòu)進入接收井洞口時，可按其實際姿態(tài)調(diào)整基座導軌軸線，符合盾構(gòu)的實際軸線，使盾構(gòu)平穩(wěn)推上基座。3后座的設置盾構(gòu)在基座上起先向前掘進施工時，其前面的頂力必需傳遞到后靠，因此后座在受到最大施工頂力后，首先是不能產(chǎn)生破壞及變形；其次是后座頂力面必需和隧道設計軸線相垂直，使盾構(gòu)推動時有一個正確的方向，并把頂力良好地傳遞至后井壁；最終是設置的后座系統(tǒng)要能滿足推動施工時垂直和水平運輸轉(zhuǎn)折通道口的要求。(1)后靠后靠一般借用工作井井壁或圍護結(jié)構(gòu)，亦有另設支撐的，或者作用在已建隧道襯砌上。設計后靠要考慮盾構(gòu)入土以后的最大推動力，使其能承受正面?zhèn)鬟f過來的全部阻力，以免出現(xiàn)井壁破壞、工作井移位等現(xiàn)象，影響掘進施工。所以應針對不同的客觀條件，對后靠予以完善。(2)頂力的傳遞一般接受后盾支撐體系(圖5)將推動頂力傳至后靠，該后盾支撐體系必需在最大頂力作用下不變形，保持后盾面垂直隧道設計軸線。后盾支撐體系一般用隧道襯砌和鋼支撐的結(jié)構(gòu)，為了能在施工過程中可以垂直、水平運輸，往往上半部分是開口的，這給力的傳遞造成了困難。為此接受上部加鋼支撐作為頂力傳遞的途徑，必需使后盾管片及鋼支撐有一個良好的強度和整體穩(wěn)定性來適應施工頂力的傳遞。后盾支撐體系是否良好，干脆關系到推動施工是否能順當進行，亦關系著出洞起始階段的隧道襯砌拼裝質(zhì)量。4洞口間隙的密封技術(shù)在盾構(gòu)通過洞口及整過隧道施工過程中，洞口和盾構(gòu)、洞口和隧道結(jié)構(gòu)之間總有一個圓環(huán)間隙存在，若不作密封處理，洞口外土體及水就會從今間隙中流入工作井內(nèi)，使洞口處土體流失，引起地層沉降變形、破壞環(huán)境，影響極大，所以，洞口間隙的密封技術(shù)也是進出洞施工中的一項重要技術(shù)。(1)出洞時的間隙密封目前，出洞時間隙密封接受的單向鉸鏈板加"襪套"技術(shù)是較為志向的，但在施工中必需保證"襪套"不向井內(nèi)翻出。該技術(shù)是依據(jù)“襪套"的固緊及單向鉸鏈板的愛惜，阻擋洞外土體向井內(nèi)流失，但對泥水加壓平衡盾構(gòu)，還是阻擋不了壓力泥水的滲泥，使切口平衡壓力難以建立，所以可接受多道氣囊密封。氣囊環(huán)密封是在洞口的圈板面上安置氣囊，當盾構(gòu)進入洞口，向氣囊內(nèi)加充壓力氣體，使氣囊膨脹，嵌于盾構(gòu)和洞圈之間，封堵間隙，密封洞口。氣囊用橡膠澆制，一塊圈板上可設多道環(huán)形氣囊，提高密封效果。氣體的壓力應依據(jù)洞口處土體側(cè)向壓力通過計算設定。當盾構(gòu)脫出氣囊環(huán)，則氣囊環(huán)嵌于襯砌和洞圈間，成為施工間隙的臨時密封設施。(2)進洞時的間隙密封盾構(gòu)進洞時，由于洞口土體的流向和密封"襪套"同