fAAA盾構工法發(fā)展及其盾構施工關鍵技術

盾構工法發(fā)展及盾構施工關鍵技術

(內部培訓資料）北京城建集團王良一．世界盾構技術發(fā)展概況1818年——布魯爾（Brunel）研究出了開敞式手掘盾構機，1823年在倫敦泰晤士河水底公路隧道進行了盾構試驗，后因坍方事故中止。Brunel對盾構進行了改進，于1834年使工程再次上馬，歷時7年于1841年隧道貫通。1869年——采用Greathead新開發(fā)的圓形盾構鑄鐵管片，在倫敦泰晤士河水底第二條隧道。1887年——氣壓盾構在南倫敦鐵路隧道中應用。19世紀末～20世紀初——城市隧道工程促進了閉胸式盾構的產(chǎn)生，盾構工法相繼傳入美國、日本、法國、德國等國家。20世紀60年代至80年代——盾構工法迅速發(fā)展，完善了氣壓盾構、擠壓（網(wǎng)格）盾構、插刀盾構、泥土加壓盾構、泥水盾構等，盾構工法在地鐵、市政隧道、公路隧道等的建設中得到廣泛應用。20世紀80年代至今——研制出了加氣泡盾構，同時大直徑盾構、異形斷面盾構（方形、橢圓形、馬蹄形等）、雙圓盾構、三圓盾構等得到發(fā)展。二．中國地鐵工程盾構技術的發(fā)展20世紀60年代——北京城建集團前身基建工程兵為修建北京地鐵，自己研制網(wǎng)格式壓縮混凝土盾構機成功地進行了試驗。1990年——上海地鐵1號線，采用了7臺盾構機共掘進了18Km1996年——上海地鐵2號線開始建設，以后陸續(xù)建設3號線、4號線、M8線、6號線1996年——廣州開始建設1號線，以后陸續(xù)建設2號線、3號線、5號線2000年——北京地鐵5號線盾構實驗段開始設計施工。2001年——深圳地鐵1號線、南京地鐵1號線開始建設。2002年——北京地鐵5號線正式開工，以后4號線、10號線、機場線、地下直徑線陸續(xù)開工。2002年——天津地鐵1號線開工建設。2006年——沈陽地鐵1號線開工建設。即將開工建還有設有杭州、哈爾濱、成都、西安等城市。三、北京地鐵盾構技術的應用20世紀50年代北京從前蘇聯(lián)引進了一臺手掘式盾構開始。1966年，北京研制了φ7000的半機械化盾構進行完成了87m試驗段施工。1995年8月，研制出半斷面插刀盾構應用北京地鐵復八線區(qū)間隧道施工。1999年10月，北京亮馬河北路污水隧道工程中采用φ3330小斷面加泥式盾構，并于2000年3月貫通。2000年9月，北京城建集團首次成功地將φ6000的大斷面土壓平衡盾構機應用于北京地鐵五號線北新橋站至雍和宮站長680m的試驗段隧道施工，為北京地鐵進一步推廣盾構施工技術創(chuàng)造了條件。此后涌現(xiàn)大批盾構機應用于地鐵五號線、十號線、四號線及機場線等工程，目前北京地鐵施工投入的盾構機達17臺。目前在建工程的設計線路總長度為112.7公里，總車站數(shù)74座（其中地下站64座，地面及高架站10座），地下區(qū)間總長81.3公里（其中明挖區(qū)間4.2公里，占5％，盾構法區(qū)間34.2公里，占42％，礦山法區(qū)間42.9公里53％），高架及地面區(qū)間31.4公里。目前正在進行施工招標的地鐵9號線全長16.4km，區(qū)間全部為地下線，共設車站14座，13個區(qū)間中有8個區(qū)間采用盾構，盾構推進總長度達15Km（單線延米），擬投入5臺加泥式土壓平衡盾構施工，其中一臺為帶滾刀的復合盾構。明年北京的計劃開工建設的計劃是“保4爭6”，9號線、10號線二期、亦莊線、8號線、6號線、順義線等將相繼開工建設。順便提到的是，南水北調工程、市政工程也將大量采用盾構，北京的盾構市場已全面啟動。四．盾構施工關鍵技術4.1盾構穿越湖江河湖的技術地鐵盾構在廣州穿越了珠江、南京地鐵穿越秦淮河、沈陽地鐵將穿越渾河、北京地鐵9號線將穿越玉淵潭，穿越河段施工要點：4.1.1．盾構過河前必須進行系統(tǒng)和完整的檢修，使機器性能保持完好狀態(tài)，為一次順利施工到位提供設備保障。提前對刀具進行檢查，過河前可作適量更換以免河底換刀。4.1.2．盾構過河時，及時調整盾構土倉壓力，確保土壓平衡，保證開挖面土體穩(wěn)定。4.1.3．盾構推進隧道軸線控制。切實做好盾構推進過程中推進速率、出土量等推進參數(shù)的控制，防止因土體超挖量過大造成土體在盾構本體處有較大沉降，使得河水涌入隧道。4.1.4．掘進過程中不斷地對盾尾密封鋼絲刷注入油脂，避免盾尾密封破壞；4.1.5．拼裝管片時，嚴防盾構機后退，確保正面土體穩(wěn)定。4.1.6．同步注漿量控制。及時進行同步注漿，使管片襯砌盡早支承地層，防止地層沉陷，同時根據(jù)監(jiān)測情況來調整同步注漿量和注漿壓力，既不能因過少、過小而造成河底沉降，也不能因過多、過大而造成河底隆起破壞,使河水涌入隧道。4.1.7．進度控制。為保證盾構順利過河，過河時盾構應確保連續(xù)均衡施工。要配備足夠的值班維修人員，一旦盾構機械發(fā)生故障能夠及時進行處理，確保盾構推進順利進行。

例如南京地鐵在三山街至中華門盾構區(qū)間,需穿越內秦淮河。該處覆土很薄,在原河床條石基礎下深度1.5m范圍基本為碎石、碎磚等建筑垃圾,且盾構離抗浮板底只有80cm，造成上部覆土不能加固密實,容易產(chǎn)生漏水、漏泥,使得隧道上部壓力過小,隧道會產(chǎn)生向上漂移、下部產(chǎn)生空隙的現(xiàn)象。另外,盾構掘進時難以控制,盾構容易出現(xiàn)偏移。因此,盾構穿越內秦淮河施工時采取了如下措施:

將碎石、碎磚等建筑垃圾清除并覆土回填,在其上面澆70cm厚的抗浮板；在頂板下對盾構正面土體進行壓密注漿加固,注漿孔采用內徑100mm的PVC管,加固深度為7m,孔位間距、孔位排距均為1m；在盾構兩側各做一排鉆孔灌注樁。4.2盾構隧道沉降控制

沉降類型主要原因初始沉降地下水位降低,土體受擠壓密開完面前方隆陷隆起:盾構機推力過大沉降:盾構機推力過小出碴過量盾構通過時地沉降施工震動擾動,剪切錯動盾尾沉降土體失去盾構支撐,管片壁后注漿不及時固結沉降土體后續(xù)時效變形地面變形機理理地面變形的一般規(guī)律圖

沉陷事故照片4.2.1減少對開挖面地層的擾動:

(1)在施工前做好施工區(qū)域內的地質情況調查,特別是做好地下水的來源、流向及流量的調查,為施工做準備工作,提前制定出各種防治地表變形的措施,制定出防水、堵水方案和坍塌緊急處理預案。(2)提高施工的速度和連續(xù)性。做好施工組織，提高隧道施工速度，盡量避免盾構機在洞內停機。若盾構在中途檢修或其他原因必須暫停推進時，務必要作好防止后退的措施。(3)在盾構掘進時,嚴格控制開挖面的出土量，防止超挖。只要嚴格控制其進土量,地表變形仍然是有可能控制的。(4)控制盾構推進時的糾偏量。常糾偏、小糾偏，這樣就可以減少盾構在地層中的擺動和對土層的擾動。同時避免糾偏需要的開挖面局部超挖。4.2.2做好盾尾建筑空隙的充填壓漿

(1)保證壓注工作的及時性,盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時間,以防洞體坍塌引起的地層沉陷。(2)保證壓注數(shù)量,控制注漿壓力。壓注量必須超過理論建筑空隙的體積，通常為1.1~1.5倍。但是,過量的壓注會引起地表隆起及局部沿著地下水跑漿等現(xiàn)象,對管片受力狀態(tài)也有影響。由于盾構糾偏、局部超挖、地層存在孔隙等原因,往往使實際的建筑空隙很難正確估計。因此,還應以控制注漿壓力,作為充填程度的標準。當壓力急劇升高時,說明已充填密實,此時就應停止壓注,對注入數(shù)量及注漿壓力要兼顧。(3)改進壓漿材料的性能。施工時,拌漿站要嚴格掌握壓漿材料的配合比,對其凝結時間、強度、收縮量要進行試驗并不斷改進。提高注漿材料的抗?jié)B性能,這將有利于遂道防水,相應地也會減少地表的沉降。4.3盾構近距離穿越重要構筑物的施工盾構施工過程中，有可能近距離穿越既有鐵路軌道、公路隧道、地鐵隧道及其他重要建筑物。例如：北京地鐵4號線靈鏡胡同～西四區(qū)間，盾構將從已有770年歷史的萬松老人塔下穿過。上海地鐵8號線曲阜路～人民廣場區(qū)間盾構隧道從正在運營的2號線隧道上方1.34m處穿過。北京地鐵10號線北土城～芍藥居盾構區(qū)間下穿13號線芍藥居車站。4.3.1在實施前必須對穿越區(qū)域的地質水文及地形進行調查，并根據(jù)該構筑物位置形狀材質強度用途、允許變形量、選用的盾構機型及距盾構的相對位置等設計條件，進行施工影響程度的計算和評估，制定詳細的施工方案；4.3.2穿越前必須在被保護的構筑物上設置精密監(jiān)測系統(tǒng)，在穿越過程中根據(jù)盾構與該構筑物的相對位置以及監(jiān)測系統(tǒng)的即時監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合調控施工步驟及參數(shù)；4.3.3盾構在穿越構筑物期間應嚴格控制推進速度，對一般地層推進速度≤10mm/min為宜，困難區(qū)段6-8mm/min。主要施工措施：4.3.4合理精確地設定土壓力是施工關鍵，尤其是在盾構接近構筑物開始產(chǎn)生影響至盾構頭部到達構筑物下方期間。同時必須考慮盾構從建筑物下方穿越時的土壓力損失值，嚴格防止超挖和欠挖；4.3.5土壓平衡盾構施工時，必須充分考慮開挖土體的流動性。必要時向開挖面適量加注泥漿或水，亦可采用氣泡掘進工法；穿越施工必須考慮盾殼與周圍土體的磨擦及粘附，必要時可向盾殼四周均勻少量加注泥漿；4.3.6盾構在曲線推進穿越時，必須精確計算（水平和豎向）糾偏量，并將其分配至全部推進行程中，嚴禁大幅度糾偏，推進時盾構水平糾偏量＜20mm/環(huán)，垂直糾偏量＜0.05度/環(huán)。出現(xiàn)大的偏移時，要考慮調線。4.3.7盡量縮短管片拼裝時間，防止盾構機后退導致正面土壓力降低。必要時可采取在管片拼裝中途啟動千斤頂或土倉內加壓等技術措施；4.3.8在穿越過程中必須及時進行同步注漿。穿越施工的同步注漿必須精確控制注漿量和注漿速率，否則將會使構筑物產(chǎn)生大的形變；同步注漿可采用惰性漿液或雙液漿。注漿量主要依據(jù)距構筑物的位置和監(jiān)測數(shù)據(jù)及時進行調整，一般為理論建筑間隙的110％－150％，注漿壓力0.3-0.5Mpa。4.3.9盾構穿越后應進行二次補漿，二次補漿的開始時間、注漿位置、注漿量與速率、補漿次數(shù)與間隔時間應根據(jù)構筑物變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定。先頻后疏，先大后小，往往耗時數(shù)月；二次補漿可采用雙液注漿，一般在距離盾構尾部5-10m后根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行壓注，注漿壓力應控制在0.3Mpa以下。二次補漿須考慮對新建本體隧道的影響，防止隧道受壓過大或不均勻而產(chǎn)生變形；5．盾構技術的發(fā)展方向1）超大深度盾構2）大斷面盾構3）超常距離掘進盾構4）高度自動化盾構5）復合形斷面盾構

謝謝寶山壁畫寶山壁畫是引人注目的昂貴文物。此壁畫發(fā)現(xiàn)于阿魯科爾沁旗東沙布鄉(xiāng)境內。1994年列為“全國十大考古新發(fā)現(xiàn)”之一。寶山壁畫中最引人