小半徑盾構(gòu)掘進(jìn)課件

成都地鐵4號(hào)線一期工程土建4標(biāo)小半徑盾構(gòu)掘進(jìn)施工總結(jié)

中鐵隧道集團(tuán)有限公司成都地鐵4號(hào)線一期工程土建4標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部二0一二年七月成都地鐵4號(hào)線一期工程土建4標(biāo)小半徑盾構(gòu)掘進(jìn)施工總結(jié)中鐵隧道匯報(bào)內(nèi)容

一、工程概況

二、難點(diǎn)分析

三、應(yīng)對(duì)措施

四、總結(jié)匯報(bào)內(nèi)容一、工程概況二、難點(diǎn)分析三、應(yīng)對(duì)措一、工程概況盾構(gòu)施工有一個(gè)很重要的技術(shù)要求就是控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)符合設(shè)計(jì)線路，而小半徑轉(zhuǎn)彎更是盾構(gòu)施工技術(shù)控制的一個(gè)難題。小半徑轉(zhuǎn)彎會(huì)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工帶來(lái)諸多的難題，下面就以天～春盾構(gòu)區(qū)間的350m半徑轉(zhuǎn)彎為例，分析一下小半徑轉(zhuǎn)彎的難點(diǎn)和解決措施。一、工程概況盾構(gòu)施工有一個(gè)很重要的技術(shù)要求一、工程概況天～春區(qū)間右線盾構(gòu)掘進(jìn)于里程YDK31+575.376～687.233、范圍內(nèi)通過(guò)350m小半徑圓曲線；左線盾構(gòu)掘進(jìn)于里程ZDK31+566.929～678.785范圍內(nèi)為350m小半徑的圓曲線段。盾構(gòu)隧道主要穿過(guò)<5-2>中風(fēng)化泥巖地層，隧道下部以卵石5地層為主。一、工程概況天～春區(qū)間右線盾構(gòu)掘進(jìn)于里程YDK31+二、難點(diǎn)分析2.1盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)隧道軸線控制難度大，糾偏困難盾構(gòu)機(jī)本身為直線形剛體，不能與曲線完全擬合。曲線半徑越小則糾偏量越大，糾偏靈敏度越低，軸線就比較難于控制。而且由于拐彎弧度大，需要左側(cè)油缸和右側(cè)油缸形成一個(gè)很大的推力差才能滿足盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎的要求，致使左右兩側(cè)的油缸推力可調(diào)范圍很小，從而可用于姿態(tài)調(diào)整的油缸推力調(diào)整量很小，這就更加大了隧道軸線控制和糾偏的難度。轉(zhuǎn)彎段盾構(gòu)施工參數(shù)需要經(jīng)過(guò)計(jì)算并結(jié)合地質(zhì)條件、施工經(jīng)驗(yàn)等因素綜合考慮后方可確定。二、難點(diǎn)分析2.1盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)隧道軸線控制難度大，糾偏困難二、難點(diǎn)分析2.2管片容易在水平分力作用下發(fā)生較大的位移，造成管片錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象隧道管片襯砌軸線因推進(jìn)水平分力而向圓曲線外側(cè)（背向圓心一側(cè)）偏移，如圖。在小半徑曲線隧道中盾構(gòu)機(jī)每掘進(jìn)一環(huán)，由于管片端面與該處軸線產(chǎn)生夾角，在千斤頂?shù)耐屏ψ饔孟庐a(chǎn)生一個(gè)水平分力，使管環(huán)脫出盾尾后，受到側(cè)向分力的影響而向曲線外側(cè)偏移。二、難點(diǎn)分析2.2管片容易在水平分力作用下發(fā)生較大的位移，二、難點(diǎn)分析2.3對(duì)地層擾動(dòng)大，容易產(chǎn)生較大的地面沉降由于糾偏時(shí)的超挖，對(duì)土體擾動(dòng)增大而發(fā)生較大沉降。小曲線隧道的施工除了有直線段隧道施工的地層變形因素外，還有以下二個(gè)因素的影響：①由于盾構(gòu)機(jī)處于糾偏狀態(tài)，超挖刀也不斷進(jìn)行超挖掘進(jìn)，開(kāi)挖斷面為一橢圓形，實(shí)際挖掘量超出理論挖掘量，增加了地層不穩(wěn)定因素；②由于糾偏量較大，對(duì)土體的擾動(dòng)也大，地層損失量也增加，容易造成較長(zhǎng)時(shí)間的后期沉降。盾構(gòu)掘進(jìn)刀盤參數(shù)盾構(gòu)掘進(jìn)刀盤參數(shù)二、難點(diǎn)分析2.3對(duì)地層擾動(dòng)大，容易產(chǎn)生較大的地面沉降盾構(gòu)二、難點(diǎn)分析2.4管片之間易發(fā)生錯(cuò)臺(tái)，管片易產(chǎn)生開(kāi)裂和破損管片存在一個(gè)水平方向的受力，不但會(huì)使整段隧道襯砌管片發(fā)生水平偏移（即前面所敘的侵限現(xiàn)象），還會(huì)導(dǎo)致管片之間發(fā)生相對(duì)位移，形成錯(cuò)臺(tái)。由于管片的特殊受力狀態(tài)，管片與管片之間存在著斜向應(yīng)力，使得前方管片內(nèi)側(cè)角和后方管片外側(cè)角形成兩個(gè)薄弱點(diǎn)如圖5-3，使得相當(dāng)多的管片因此破裂。還有一個(gè)破裂原因就是因?yàn)橄噜弮森h(huán)管片產(chǎn)生了相對(duì)位移，使得管片螺栓對(duì)其附近處混凝土產(chǎn)生剪切作用，使該處的混凝土開(kāi)裂。二、難點(diǎn)分析2.4管片之間易發(fā)生錯(cuò)臺(tái)，管片易產(chǎn)生開(kāi)裂和破損二、難點(diǎn)分析2.5漏水現(xiàn)象嚴(yán)重過(guò)小半徑曲線段漏水現(xiàn)象嚴(yán)重的原因大致如下：①管片錯(cuò)臺(tái)導(dǎo)致止水膠條銜接不緊密；②拼裝效果不好和止水膠條的破壞；③管環(huán)外側(cè)的混凝土開(kāi)裂（轉(zhuǎn)彎段因盾尾間隙減小過(guò)多，使得管片被盾尾鋼環(huán)刮壞），裂縫繞過(guò)止水膠條二、難點(diǎn)分析2.5漏水現(xiàn)象嚴(yán)重三、解決措施對(duì)于小半徑轉(zhuǎn)彎的難點(diǎn)，主要是從盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)、盾構(gòu)設(shè)備（鉸接裝置）、管片選型和拼裝等施工措施方面來(lái)解決，特別是要采取了同步注漿和二次雙液注漿相結(jié)合的措施，以保證小半徑圓曲線段成型管片不出現(xiàn)側(cè)向移動(dòng)，以及及時(shí)填充圍巖空隙保證土體穩(wěn)定。下面對(duì)上敘難點(diǎn)逐一進(jìn)行分析并探討解決措施：三、解決措施對(duì)于小半徑轉(zhuǎn)彎的難點(diǎn)，主要是從盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)、盾三、解決措施3.1糾偏與隧道軸線控制(1)中盾和尾盾采用鉸接連接，有效地減少了盾構(gòu)的長(zhǎng)徑，使盾構(gòu)在掘進(jìn)時(shí)能靈活的進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，順利通過(guò)小半徑轉(zhuǎn)彎；(2)盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)通過(guò)的孔洞不是圓形，而是在原來(lái)的圓洞基礎(chǔ)上兩邊擴(kuò)挖而形成的橢圓形，超挖刀的設(shè)置正好滿足了這個(gè)增大凈空的要求；(3)掌握好左右兩側(cè)油缸的推力差，盡量地減小整體推力，實(shí)現(xiàn)慢速急轉(zhuǎn)；(4)盾構(gòu)機(jī)司機(jī)根據(jù)地質(zhì)情況和線路走向趨勢(shì)，使盾構(gòu)機(jī)提前進(jìn)入相應(yīng)地預(yù)備姿態(tài)，減少之后的因不良姿態(tài)引起的糾偏。(5)加密加勤VMT移站測(cè)量，避免由此產(chǎn)生的軸線誤差。由于我們是將短距離的曲線看成是直線段來(lái)指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，如果不短距離移站測(cè)量，則相當(dāng)把長(zhǎng)距離的弧線當(dāng)作直線，故軸線偏差自然會(huì)相差很大。(6)做好管片選型。三、解決措施3.1糾偏與隧道軸線控制三、解決措施轉(zhuǎn)彎環(huán)偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式：θ=2γ=2arctgδ/D式中： θ―――轉(zhuǎn)彎環(huán)的偏轉(zhuǎn)角δ―――轉(zhuǎn)彎環(huán)的最大楔形量的一半D―――管片直徑將數(shù)據(jù)代入得出θ＝0.3629根據(jù)圓心角的計(jì)算公式：α＝180L/πR式中：L―――一段線路中心線的長(zhǎng)度

R―――曲線半徑，取350m而θ＝α，將之代入，得出L＝2.215m上式表明，在350m的圓曲線上，每隔2.215m要用一環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)。成都地鐵350m小半徑采用的管片長(zhǎng)度為1.2m，即在350m的圓曲線上，加上糾偏管片拼裝點(diǎn)位變化，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與轉(zhuǎn)彎環(huán)的拼裝關(guān)系為：2環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)+1環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)。為滿足急轉(zhuǎn)彎施工要求，管片環(huán)寬1.2m，轉(zhuǎn)彎環(huán)契形量為38mm，施工過(guò)程中要嚴(yán)格管片選型程序，保證管片拼裝質(zhì)量。本段施工時(shí)，采用2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與1個(gè)轉(zhuǎn)彎環(huán)配合，同時(shí)注意盾尾間隙的變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。盾尾間隙標(biāo)準(zhǔn)值為75mm，在圓曲線段掘進(jìn)時(shí)盾尾間隙變化較大，一般將盾尾間隙保持在75±15mm范圍內(nèi)（由于急轉(zhuǎn)彎原因，可將范圍適當(dāng)放寬），一旦超過(guò)規(guī)定范圍值即需要使用彎環(huán)進(jìn)行調(diào)整。三、解決措施轉(zhuǎn)彎環(huán)偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式：三、解決措施3.2控制管片水平移動(dòng)和侵限(1)進(jìn)入緩和曲線段時(shí)，將盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)往曲線內(nèi)側(cè)（靠圓心側(cè)）偏移15～20cm，形成反向預(yù)偏移，這樣可以抵消之后管片的往曲線外側(cè)（背圓心側(cè)）的偏移。(2)減小油缸推力。在強(qiáng)、中風(fēng)化地層中小半徑圓曲線掘進(jìn)的過(guò)程中，對(duì)土體的擾動(dòng)會(huì)顯著降低外圍土體的強(qiáng)度及自穩(wěn)能力，土體具有的蠕變特性以及出現(xiàn)水平方向土體壓力不均，管片在長(zhǎng)時(shí)間承受千斤頂水平分力的等情況下，管片會(huì)向外側(cè)整體移動(dòng)。T轉(zhuǎn)彎半徑R=500m隧道掘進(jìn)方向P隧道中心線三、解決措施3.2控制管片水平移動(dòng)和侵限T轉(zhuǎn)彎半徑R=50三、解決措施當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的推力越大時(shí)管片側(cè)向位移也越大，當(dāng)掘進(jìn)的轉(zhuǎn)彎半徑越小時(shí)管片側(cè)向位移也越大。故為了減小在小半徑圓曲線段施工引起的管片整體移位所帶來(lái)的隧道變形，掘進(jìn)過(guò)程中必須減小盾構(gòu)推力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，天-春區(qū)間這種5-2地層，土壓平衡模式時(shí)推力可控制在800～1200t；半敞開(kāi)模式時(shí)推力可控制在700～1000t；在特殊地段需要嚴(yán)格控制推力時(shí)，推力可減小到1300～1500t。(3)在管片偏移的方向額外進(jìn)行注漿，達(dá)到一定的壓力以抵抗管片的偏移。待漿液凝固后，則管片位置基本已經(jīng)確定下來(lái)了。注漿的位置選擇2點(diǎn)和3點(diǎn)手孔為宜（左轉(zhuǎn)彎），這樣不但可以抵抗管片水平偏移，還可以抵抗管片的上浮，三、解決措施當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的推力越大時(shí)管片側(cè)向位移也越大，當(dāng)掘進(jìn)的三、解決措施3.3減小對(duì)地層的擾動(dòng)，避免大的沉降(1)嚴(yán)格控制好姿態(tài)，爭(zhēng)取進(jìn)行時(shí)時(shí)的細(xì)微糾偏，避免大的糾偏而造成對(duì)土體的擾動(dòng)。利用SLS-T系統(tǒng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示，根據(jù)地層的軟硬分布情況，分區(qū)操作推進(jìn)油缸，設(shè)定推力和推進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的實(shí)時(shí)控制，必要時(shí)一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)可分幾次完成。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，總是在進(jìn)行蛇行，難免出現(xiàn)姿態(tài)偏差，蛇行修正以長(zhǎng)距離慢慢修正為原則，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整（糾偏）方式有：a、滾動(dòng)糾偏：采用刀盤反轉(zhuǎn)的方法進(jìn)行滾動(dòng)糾偏。b、豎直方向糾偏：盾構(gòu)機(jī)抬頭時(shí)，可加大上部千斤頂?shù)耐贫冗M(jìn)行糾偏；盾構(gòu)機(jī)叩頭時(shí)，可加大下部千斤頂?shù)耐贫冗M(jìn)行糾偏。c、水平方向糾偏：向左偏時(shí)，加大左側(cè)千斤頂推度；向右偏時(shí)，加大右側(cè)千斤頂推度。三、解決措施3.3減小對(duì)地層的擾動(dòng)，避免大的沉降三、解決措施盾構(gòu)掘進(jìn)的糾偏量越小，則對(duì)土體的擾動(dòng)越小。由于同時(shí)處于350m左轉(zhuǎn)彎圓曲線及下坡段（左右線坡度均為28‰），為防止盾構(gòu)機(jī)抬頭以及管片上浮及向圓曲線外側(cè)移動(dòng)，通過(guò)VMT系統(tǒng)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)為：垂直方向控制在-10～-20mm之間，水平視平方向應(yīng)控制在0～+15mm之間。根據(jù)管片監(jiān)測(cè)情況，如管片上浮量較大，則垂直偏差可調(diào)整為-15～-25mm之間。同時(shí)應(yīng)加密VMT移站頻率，減少移站后出現(xiàn)的軸向偏差。(2)及時(shí)、充足地跟進(jìn)同步注漿與二次注漿，將管片與圍巖之間地空隙填充密實(shí)，達(dá)到穩(wěn)固管片和減少地表沉降地效果。(3)減小推力和掘進(jìn)速度，同時(shí)選擇合適地土倉(cāng)壓力保持模式，最大限度地減小地層擾動(dòng)，和保證掌子面的穩(wěn)定，防止坍塌。三、解決措施盾構(gòu)掘進(jìn)的糾偏量越小，則對(duì)土體的擾動(dòng)越小。由于同三、解決措施3.4盡量避免大的錯(cuò)臺(tái)和破損(1)油缸推力盡量不要太大，尤其時(shí)曲線外側(cè)（背圓心側(cè)）油缸，由于要加大推力來(lái)增加左右兩側(cè)油缸推力差，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎。但是，在加大油缸推力的同時(shí)，一定要注意管片的承受能力，避免由此造成的管片破裂。(2)由于曲線外側(cè)油缸推力較大，尤其要注意不要突然加力或者突然釋放推力，這樣也會(huì)造成管片的破裂。(3)掘進(jìn)的時(shí)候，把擰螺栓這道工序做到位，有效的防止錯(cuò)臺(tái)的發(fā)生。(4)提高管片拼裝手的水平，避免因拼裝不到位產(chǎn)生的錯(cuò)臺(tái)。(5)注意保持良好的盾尾間隙狀態(tài)，避免盾尾鋼環(huán)刮壞管片。調(diào)整好油缸撐靴的位置，盡量使撐靴完全作用在管片上。三、解決措施3.4盡量避免大的錯(cuò)臺(tái)和破損三、解決措施3.5減少漏水(1)減小錯(cuò)臺(tái)，使止水膠條對(duì)接緊密，達(dá)到良好的止水效果。(2)擰緊螺栓，壓緊止水膠條。(3)檢查止水膠條，保證其完整、牢固。拼裝前，用水清洗止水膠條，避免因止水膠條之間擠有雜物而影響止水效