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淺覆土盾構(gòu)法隧道施工及管線保護(hù)控制技術(shù)

   2006-02-18 網(wǎng)友推薦 未知 12530
淺覆土盾構(gòu)法隧道施工及管線保護(hù)控制技術(shù)上海已建的盾構(gòu)法地鐵隧道大多集中于深埋、建筑密集的地區(qū),施工方法及環(huán)境保護(hù)技術(shù)已漸趨成熟,而在淺覆土區(qū)間隧道中仍然是個(gè)技術(shù)難題。本文結(jié)合了上海地鐵二號線浦東新區(qū)龍東路~中央化園區(qū)間隧道上行線的工程實(shí)例,針對盾構(gòu)法淺覆土區(qū)間隧道施工的有關(guān)技術(shù)進(jìn)行了初步探索和總結(jié)。

1、工程概況
上海地鐵二號線浦東新區(qū)龍東路~中央公園內(nèi)間隧道上行線工程兩端頭井全線總長782.402m,采用法國FCB公司提供的外徑6.34m土壓平衡式盾構(gòu)機(jī),隧道內(nèi)徑5.5m,由六塊寬1m的高精度鋼混凝土管片拼裝而成。本區(qū)間隧道主要穿越了上海地區(qū)相沉積第(2)-2層灰色砂質(zhì)粉土、第(3)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和(4)層灰色淤泥質(zhì)粘土。該土質(zhì)滲透系數(shù)小,特征為飽和,流塑、土質(zhì)均勻,屬高壓縮性土。本隧道最大的特點(diǎn)在于覆土淺,覆土深度(距隧道頂部)在2.60~9.0m之間,在出洞洞口處最淺僅有2.60m,而且在離出洞口后的300m以內(nèi)平曲線曲率半徑?。?99.851m)豎向坡度大,最大值達(dá)到24.17%,平均值在21%左右;盾構(gòu)在該淺覆土段將穿越內(nèi)環(huán)線龍東路段,共有12道公用管線分布在道路下,并在龍東路段一側(cè)有一根φ1600mm的污水南干線管線與隧道軸線斜交,施工條件相當(dāng)苛刻。

2、有關(guān)參數(shù)的理論選定值
2.1、地表橫向斷面沉降槽寬度的預(yù)測由PECK法地面沉降量的橫向分布估算公式計(jì)算最大沉降量:Smax=V1/2π.I=V1/2.5iV1--盾構(gòu)隧道單位長度地層損失量(m3/m),控制在2.5%,V1=2.5%×π×3.1×3.1=0.754m3/mi--沉降槽寬度系數(shù)(m)I=R×(Z/R)=3.32~6.06m地面至隧道中心深度,約為5.8~12.1mSmax=5~9cm在距離隧道軸線9m處,沉降量衰減到最大沉降值的14%左右,所以有關(guān)監(jiān)測斷面沉降槽的設(shè)定寬度為18m。
2.2、注漿量和注漿壓力的選定盾構(gòu)推進(jìn)的理論建筑孔隙GP計(jì)算公式為:GP=π×(R2-r2)×L+g=1.52m3R:盾構(gòu)外半徑r:管片外半徑L:環(huán)寬,取為1m,G:盾殼外6根注凍管肋總體積。理論上講,漿液需100%充填建筑總空隙,但由于通常的漿液失水固結(jié),盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)殼體帶土使開挖斷面大于盾構(gòu)外徑,部分漿液劈裂到周圍地層,導(dǎo)致實(shí)際注液量要大大超過理論注漿量按照以往工程實(shí)踐,采用理論值的150%~200%進(jìn)行注漿,即控制在2.2~3.0m2之間,注漿壓力為0.5Mpa。
2.3、總推力和推進(jìn)速度的選定盾構(gòu)總推力應(yīng)等于盾構(gòu)進(jìn)過程中所遇到的各種阻力,包括盾構(gòu)外殼與周圍土層摩阻力F1,切口環(huán)刃口切入土層阻力F2,襯砌管片與盾尾之間的摩阻力F3,盾構(gòu)自重產(chǎn)生的摩阻力F4,開挖面支撐阻力F5(地層產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力),經(jīng)計(jì)算得到總推力為8755KN。推進(jìn)速度也即千斤頂頂速度的確定主要參照施工中反饋的各種信息,如地表沉降速率,軸線偏差、襯砌管片拼裝質(zhì)量、工期要求等因素,本工程考慮在2.5~3.5cm,min之間。
2.4、其它參數(shù)的選定密封倉土壓力設(shè)定為0.12~0.20Mpa:刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.50轉(zhuǎn)/min;出土量按每年土方體積計(jì)算約為32m3左右。
3、地面監(jiān)測體系
3.1、盾構(gòu)初推進(jìn)試驗(yàn)段第一試驗(yàn)的監(jiān)測設(shè)置在盾構(gòu)出洞后有前2.6m,測點(diǎn)設(shè)置沿軸線點(diǎn)距一般為2.5m和3m,并設(shè)置了A、B兩個(gè)橫向斷面沉降觀測槽,第二試驗(yàn)段設(shè)在過龍路段前30m的地帶上,沿軸線3~4m設(shè)1個(gè)測點(diǎn),同時(shí)也布設(shè)了C、D兩個(gè)沉降槽。沉降槽斷面寬度為左右各9m,分別布設(shè)了3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。
3.2、龍東路段及φ1600mm污水管線在龍東路上測點(diǎn)的布設(shè)基于不妨礙車輛的通行,采用長鋼筋布點(diǎn),沿軸線點(diǎn)距一般為4~5m,并在沿軸線二側(cè)各增設(shè)一排測點(diǎn),形成較密集有點(diǎn)群,另外沿路中央及兩側(cè)綠化隔離帶(管線走向)布設(shè)E、F、G三條沉降槽,點(diǎn)距為4m,其范圍以達(dá)到影響區(qū)邊界為原則,沉降槽的布設(shè)是為了監(jiān)測和分析地下管線彎曲變形程度。沿污水管線走向在軸線兩側(cè)各設(shè)置的四座測點(diǎn),點(diǎn)距4m,埋深1.2~1.5m。施工技術(shù)措施及監(jiān)測成果分析為了保證盾構(gòu)在淺覆土區(qū)域內(nèi)順利穿越道路管線和污水干線管道,在出洞100m以內(nèi)為盾構(gòu)試推進(jìn)期,其間及時(shí)對土倉壓力、推進(jìn)速度、總推力、出土量,刀盤轉(zhuǎn)速、注漿量和注漿壓力等施工能數(shù)進(jìn)行調(diào)整,以取得最佳施工參數(shù);當(dāng)盾構(gòu)到達(dá)及穿越主要目標(biāo)時(shí),以推進(jìn)速度和出土量為主要控制指標(biāo);當(dāng)盾尾脫離內(nèi)襯砌后,出土量為主要控制指標(biāo);當(dāng)盾尾脫離內(nèi)襯砌后,以注漿量作為主要控制指標(biāo),并根據(jù)管線附近的地表變形值及時(shí)反饋到盾構(gòu)推進(jìn)工作室,及時(shí)調(diào)整有關(guān)施工參數(shù),達(dá)到信息化施工。

4、施工中采用的參數(shù)和施工過程
盾構(gòu)推進(jìn)過程中還必須滿足上海地鐵工程盾構(gòu)推進(jìn)中心軸線控進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)-50mm~+50mm(包括平面、高程偏差)、地表沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)-30mm~+10mm以及對各管線變形嚴(yán)格的保護(hù)要求,施工中采用的參數(shù)和過程如下:
4.1、盾構(gòu)初推進(jìn)本工程段由于盾構(gòu)機(jī)剛進(jìn)入土層內(nèi),盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整是個(gè)難點(diǎn),各項(xiàng)施工參數(shù)經(jīng)常處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)記錄報(bào)表來看,從35m到75m隧道由軸線高程偏差值均超出50mm的允許值并有繼續(xù)發(fā)展的趨勢,盾構(gòu)機(jī)頭也有抬頭,而且從A、B沉降槽和縱向沉降曲線來看,在淺覆土推進(jìn)區(qū)內(nèi),沉降值大多超過-30mm,個(gè)別點(diǎn)位嚴(yán)重超標(biāo),只是由于該軸線段處在空礦地帶,尚未對環(huán)境造成太大的影響。分析其原因歸結(jié)起來有以下幾點(diǎn):
a、淺覆土區(qū)盡管已堆土加載,但覆土仍屬欠固結(jié)土,土質(zhì)松散,再加上盾推進(jìn)時(shí)遇上雨期,下沉速率加快,引起沉降偏大;
b、漿液材料配合比的不確定性和注漿量的不穩(wěn)定性;在初推進(jìn)期,漿液材料配合比曾采用其他單位推薦的惰性漿液配合比值,試驗(yàn)下來稠度太大;另外由于隧道小半徑右轉(zhuǎn)變,并沿24%的坡度向下推進(jìn),有些襯砌環(huán)外壁容易積聚惰性漿液,在盾尾與襯砌環(huán)局部孔隙也容易出現(xiàn)漿液滲漏的問題,導(dǎo)致一些襯砌環(huán)注漿量的增多,最大值竟達(dá)3.2m2,也引起襯砌管片的上浮。
c、盾構(gòu)機(jī)械故障問題:由于該盾構(gòu)曾在上海地鐵一號線使用過,部分機(jī)械設(shè)備容易出現(xiàn)故障,導(dǎo)致盾構(gòu)被迫停止向前推進(jìn),停留時(shí)間過長,引起地面沉降量增大。針對已出現(xiàn)的這些問題,施工單位果斷采取了以下措施:
a、對有關(guān)施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整,將盾構(gòu)力盤油壓穩(wěn)定在8.5~10.0Mpa之間;刀盤轉(zhuǎn)速仍為0.5轉(zhuǎn)/min;土壓力值的設(shè)定由原來的0.2Mpa減小到0.12MPa;推進(jìn)速度為3.5~4.0mm/min,每天推進(jìn)速度由5m提高到8m~10m;在更換漿液配合比時(shí),采用前文所述的配合比后,注漿量控制在2m3~2.2m3,采取少量我次的注漿方法,注漿壓力為0.5MPa;
b、采取在襯砌環(huán)外壁粘貼海棉止水帶的堵漏措施,對盾容易產(chǎn)生漏漿的部位,充填油脂的使用必須到位;
c、加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)工作,每日定時(shí)對設(shè)備進(jìn)行檢查工作,避免機(jī)械故障帶來的不必要誤工。從85cm開始到第二試驗(yàn)段,軸線高程偏差很快被控制住,高程偏差值在+25mm~35mm之間,平面偏差值維持在+25mm左右,而且地面沉降也沒有出現(xiàn)過多的點(diǎn)位超標(biāo),盾構(gòu)的姿態(tài)也好轉(zhuǎn),已具備了穿越龍東路的各項(xiàng)條件。
4.2、龍東路段盾構(gòu)在穿越龍東路時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)為基于前期調(diào)整后的值,有關(guān)參數(shù)為:盾構(gòu)推進(jìn)坡度為20%~24%;頂進(jìn)速度為3.5~4.0cm/min;土壓力值設(shè)定為0.14MPa;刀盤油壓為8.0~9.0MPa;注漿量為2~2.2m2注漿壓力為0.5MPa;從盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入龍東路頭(122m)直到穿越(185m)的整個(gè)過程中,持續(xù)推進(jìn)施工12天,每天完成5~6m的工作量,速度較慢,但從及盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)情況來看,反映良好,不僅地面沉降控制得很好,而且管線基本上沒有很大的變形,完全沒有影響。
4.3、ф1600污水南干線各施工技術(shù)參數(shù)值為:盾構(gòu)推進(jìn)坡度為22%;土壓力設(shè)定為0.20MPa;頂進(jìn)速度為3.0cm/min;刀盤油壓設(shè)定為900N注漿量為2.0m3;注漿壓力為0.5MPa。沿污水管布設(shè)的沉降觀測點(diǎn)(槽)的沉降曲線如圖2所示,各點(diǎn)位沉降值都在20mm左右,達(dá)到了預(yù)期的效果。
5、結(jié)論
5.1、在淺覆土區(qū)域內(nèi)盾構(gòu)法隧道的施工中,用以防止地面沉降過大的注漿措施是至關(guān)重要的。同步注漿惰性漿液材料的配合比的選定要因工程而異,象本工程中所采用的漿液配合比是在綜合地質(zhì)情況、試驗(yàn)結(jié)果、實(shí)際施工多方面因素選定的,這對淺覆土區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工是適用的;注漿量在淺覆土區(qū)域內(nèi)不宜過大,在理論孔隙值的120~150%之間即可,否則隧道軸線容易產(chǎn)生上飄,這一點(diǎn)與以往實(shí)踐所采用的理論孔隙值的150~200%所不同。
5.2、在曲率半徑小、越度大的隧道中的盾構(gòu)推進(jìn),各項(xiàng)施工參數(shù)的及時(shí)調(diào)整尤為重要,從本工程中反映出,不僅理論計(jì)算值與實(shí)際值有較大的差異,而且以往經(jīng)驗(yàn)值和工程實(shí)際值也存在著一定的偏差。
5.3在盾構(gòu)法隧道施工中,遇到管線或其它重要構(gòu)筑物的保護(hù)問題時(shí),對施工監(jiān)測信息及時(shí)反饋到盾構(gòu)施工作業(yè)面,并采取相關(guān)的措施是非常重要的。

 
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