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【摘 要】盾构法由于施工安全性高、对附近环境的作用小、掘进速度快、机械化程度高等特点,在我国水利电力、市政、城市地铁的隧道修建中得到大量使用。随着我国社会经济的不断发展和城市规划的影响,在城市中心进行施工作业的场地会越来越小,因此很多盾构始发井场地无法满足盾构的相关需求。为此,文章以成都某地铁项目为例,对盾构机分体始发施工技术的应用展开探究。
【关键词】盾构机;分体始发;施工技术
引言
盾构施工以其掘进速度快、安全性能高、环保等特点在地铁隧道施工工法选择中独占优势。盾构始发是盾构施工的关键环节之一,正常始发需要较大的场地且要求车站施工完成。受征拆、迁改、建设投资等因素的影响,盾构整体始发往往条件受限,分体始发以其节约建设投资的优点,在工程设计经常被采用。同样工况下,安全质量有保障、工期短、成本低的分体始发方案以及始发井设计,以及适应于各种始发条件的盾构机设计制造方案,一直是行业研究的重点。
1、工程简介
1#风井~2#风井区间左线区间总长1896.458m,右线区间总长1914.49m,线间距7.9~19m,隧道埋深6~13m,最小曲线半径600m,最大纵坡11‰。区间隧道采用两台Φ8580土压平衡盾构机掘进施工,均在1#风井大里程端始发,于2#风井小里程端接收。区间隧道始发段为直线下坡,坡度为9‰,隧道外径8.3m、内径7.5m,管片长度1.5m,厚0.4m,每环理论出土量约115m3,理论注浆量约12m3。(1)盾构机简介。盾构机由刀盘、盾体及后配套设备三部分组成,盾体与后配套设备由连接桥连接,总重量约为1131.5t(含后配套拖车),盾体(含刀盘)长度为10.845m,后配套(含连接桥)长约93.21m,盾构机总长约105.471m。(2)电瓶车基本情况。电瓶车由电瓶车车头、渣土车、砂浆车、管片车组成,其中渣土斗容量为20m3,砂浆车容量为8m3。(3)分体始发必要性。由于1#风井始发井长度仅有66.6m,而盾构机长度达105m,始发竖井不能满足盾构机整体始发,因此必须采用分体始发技术。
2、工程难点
2.1、始发阶段皮带输送器无法安装
盾构常规分体始发工况,一般都通过改造皮带输送器,加工临时支架或在站内设2节台车(其余各节台车放置于地面),此工况要求出土口与螺旋输送器出渣口净距,大于改造后的皮带输送器末端至螺旋输送器出渣口净距,此距离一般在20m左右。本工程中,盾构吊装孔与出土口净距仅为1.1m(见图1),如此小的净距,国内外无类似分体始发案例可供参考。
2.2、台车设置优势
(1)刀盘电机变频柜:变频柜至电机的电缆需通过连接桥经盾体后连接,电机电缆截面积大,铺设很不方便,若将变频柜设置在后续台车,电缆铺设长度将延长,且面临二次铺设,对施工极为不利。(2)操作室、油脂泵:二者组合刚好满足一节台车空间,操作室置于井下,便于操作人员观察掘进情况,遇到突发问题能快速停机。(3)砂浆系统:管路越短越好,可减少压降及堵管风险。(4)液压系统:管路越短越好,减少压降,降低减少管路渗漏、破裂等风险,减少液压油对环境污染。
2.3、盾构上浮处理
盾构在复合黏土层施工时,易出现上浮现象,随着上浮的不断加剧,也随之带来了管片破损、浆液渗漏、地面沉降等一些系列质量问题,因此,为确保隧道成型质量,需将盾构机姿态控制在规范范围以内。经过分析,导致盾构上浮可能存在管片超前量不足、推理设置不当等原因,为此可采用以下措施:(1)通过管片错点位拼装,或在管片侧面采用石棉垫片,增大管片上部超前量,为盾构机下行提供浮动空间,同时可认为对管片圆度进行调整,过程中增设止水条,防止管片渗水。(2)在盾构穿越隧道投影区域采取钢板和铁块堆载措施。钢板可采用厚为10cm,铁块压重厚度约40cm。(3)调整盾构机顶推油缸的分区压力,如压力差无法满足盾构机转向要求,可采用调整油缸油路的方式,在不影响盾构机左右姿态的前提下,将两侧千斤顶的油路部分并入上部油缸分区,从而加大上部油缸分析的推力,但在此过程中,由于各油缸分区压力差过大,易对管片造成不利影响。(4)为增加盾构自身重量,将配重防止在盾构机下部空挡处,提供盾构自重,客服浮力。
2.4、掘进速度控制
①盾构机的掘进速度不可过快,这是为了确保推进轴线正确、并可保护刀盘,控制在10mm/min以下的掘进速度即可。②盾构启动时,需要检查千斤顶是否靠足,在推进的开始以及结束推进时的速度都应进行管控,控制在一定的范围内,不可过快。当每环开始进行掘进中,可缓慢的提高掘进速度,避免掘进速度过高,产生压力动荡。且掘进中必须保持切口水压的稳定性及送泥管和排泥管的顺畅。③同步开启注浆系统,为了保证工作状态的良好,要求盾构机掘进速度的稳定性,不可忽快忽慢。④盾构机开挖是在地下掘进,受到的压力较大,开挖中必须严格保持开挖面的稳定性。
2.5、无连接桥盾构机分体始发综合技术
在通常情况下,盾构分体始发时将盾体(或盾体及部分台车)下井,其余台车在地面组装后通过管线延长,使地上与地下设备相连,并改造皮带机进行出土。随着盾体掘进,管线随之在洞内向前延伸,待隧道掘进长度大于盾构机总长度后,再将地面台车逐节吊装,最后形成整机掘进,此做法成本高,而且随着管线延长,容易造成压力管线爆裂,当压力管道爆裂时修复难度大、耗时长,且停機维修管线时安全风险大(尤其是当地质较为复杂时)。为解决以上弊端,采取分体始发综合技术,总体步骤如下。(1)始发托架安装:按照要求,将始发托架吊装就位并调整好姿态。(2)1~4号台车下井:分别将4、3、2、1号台车依次吊入车站内(连接桥及5、6号台车暂不下井)。(3)盾体下井:将盾体按照组装顺序依次吊入井下进行组装,并安装反力支架。(4)1~4号台车总长度改造:为压缩1~4号台车总长度以适应车站地下空间长度,盾构机设计阶段,有意缩短两台车之间连接距离。
2.6、延伸管线铺设
延伸管线在井下部分直接置于地面,为保证盾构机正常掘进,不使盾构机直接拉拽管线,每次盾构机掘进前,需要3~4名工人使用手拉葫芦等工具提前将管线往前运送,最少3h,最长达7h,平均3~4h,耗时耗力。同时,大量管线直接与地面接触,极易造成管线磨损,甚至被拉断,存在较大的安全风险。在实际施工过程中,由于延伸电缆的磨损,经常造成盾构机经常的情况。措施:制作专门管线支架,并在支架上布置滑移工字钢,管线使用葫芦吊挂悬空,葫芦连接滑轮,盾构掘进时,靠盾构机牵引滑轮前行。管线悬空,避免了与地面接触摩擦,既能有效保护管线磨损,减小安全风险的同时,又能减少人力投入、节约时间、提高工作效率。
结束语
综上所述,在盾构机掘进水土压力不稳定的情况下,可采取安装钢套筒模式进行掘进施工,通过钢套筒的密闭空间创造出适合盾构掘进的土压平衡环境,从而实现始发掘进,在工期上,质量都满足施工要求,值得借鉴推广。
参考文献:
[1] 张雪.盾构机自动控制技术现状与展望[J].科技资讯,2019(16):73-74.
[2] 张志安.大纵坡盾构区间下穿客运专线施工关键技术[J].施工技术,2019,48(10):108-111+116.
[3] 马伟东.盾构密闭钢套筒平衡始发施工工艺研究[J].工程技术研究,2019,4(10):53-54.
[4] 汪星.海瑞克盾构机井下安装技术研究[J].工程技术研究,2019,4(10):74-75.
[5] 李荣平.地铁施工盾构法的施工技术研究[J].建筑技术开发,2019,46(09):54-55.
【关键词】盾构机;分体始发;施工技术
引言
盾构施工以其掘进速度快、安全性能高、环保等特点在地铁隧道施工工法选择中独占优势。盾构始发是盾构施工的关键环节之一,正常始发需要较大的场地且要求车站施工完成。受征拆、迁改、建设投资等因素的影响,盾构整体始发往往条件受限,分体始发以其节约建设投资的优点,在工程设计经常被采用。同样工况下,安全质量有保障、工期短、成本低的分体始发方案以及始发井设计,以及适应于各种始发条件的盾构机设计制造方案,一直是行业研究的重点。
1、工程简介
1#风井~2#风井区间左线区间总长1896.458m,右线区间总长1914.49m,线间距7.9~19m,隧道埋深6~13m,最小曲线半径600m,最大纵坡11‰。区间隧道采用两台Φ8580土压平衡盾构机掘进施工,均在1#风井大里程端始发,于2#风井小里程端接收。区间隧道始发段为直线下坡,坡度为9‰,隧道外径8.3m、内径7.5m,管片长度1.5m,厚0.4m,每环理论出土量约115m3,理论注浆量约12m3。(1)盾构机简介。盾构机由刀盘、盾体及后配套设备三部分组成,盾体与后配套设备由连接桥连接,总重量约为1131.5t(含后配套拖车),盾体(含刀盘)长度为10.845m,后配套(含连接桥)长约93.21m,盾构机总长约105.471m。(2)电瓶车基本情况。电瓶车由电瓶车车头、渣土车、砂浆车、管片车组成,其中渣土斗容量为20m3,砂浆车容量为8m3。(3)分体始发必要性。由于1#风井始发井长度仅有66.6m,而盾构机长度达105m,始发竖井不能满足盾构机整体始发,因此必须采用分体始发技术。
2、工程难点
2.1、始发阶段皮带输送器无法安装
盾构常规分体始发工况,一般都通过改造皮带输送器,加工临时支架或在站内设2节台车(其余各节台车放置于地面),此工况要求出土口与螺旋输送器出渣口净距,大于改造后的皮带输送器末端至螺旋输送器出渣口净距,此距离一般在20m左右。本工程中,盾构吊装孔与出土口净距仅为1.1m(见图1),如此小的净距,国内外无类似分体始发案例可供参考。
2.2、台车设置优势
(1)刀盘电机变频柜:变频柜至电机的电缆需通过连接桥经盾体后连接,电机电缆截面积大,铺设很不方便,若将变频柜设置在后续台车,电缆铺设长度将延长,且面临二次铺设,对施工极为不利。(2)操作室、油脂泵:二者组合刚好满足一节台车空间,操作室置于井下,便于操作人员观察掘进情况,遇到突发问题能快速停机。(3)砂浆系统:管路越短越好,可减少压降及堵管风险。(4)液压系统:管路越短越好,减少压降,降低减少管路渗漏、破裂等风险,减少液压油对环境污染。
2.3、盾构上浮处理
盾构在复合黏土层施工时,易出现上浮现象,随着上浮的不断加剧,也随之带来了管片破损、浆液渗漏、地面沉降等一些系列质量问题,因此,为确保隧道成型质量,需将盾构机姿态控制在规范范围以内。经过分析,导致盾构上浮可能存在管片超前量不足、推理设置不当等原因,为此可采用以下措施:(1)通过管片错点位拼装,或在管片侧面采用石棉垫片,增大管片上部超前量,为盾构机下行提供浮动空间,同时可认为对管片圆度进行调整,过程中增设止水条,防止管片渗水。(2)在盾构穿越隧道投影区域采取钢板和铁块堆载措施。钢板可采用厚为10cm,铁块压重厚度约40cm。(3)调整盾构机顶推油缸的分区压力,如压力差无法满足盾构机转向要求,可采用调整油缸油路的方式,在不影响盾构机左右姿态的前提下,将两侧千斤顶的油路部分并入上部油缸分区,从而加大上部油缸分析的推力,但在此过程中,由于各油缸分区压力差过大,易对管片造成不利影响。(4)为增加盾构自身重量,将配重防止在盾构机下部空挡处,提供盾构自重,客服浮力。
2.4、掘进速度控制
①盾构机的掘进速度不可过快,这是为了确保推进轴线正确、并可保护刀盘,控制在10mm/min以下的掘进速度即可。②盾构启动时,需要检查千斤顶是否靠足,在推进的开始以及结束推进时的速度都应进行管控,控制在一定的范围内,不可过快。当每环开始进行掘进中,可缓慢的提高掘进速度,避免掘进速度过高,产生压力动荡。且掘进中必须保持切口水压的稳定性及送泥管和排泥管的顺畅。③同步开启注浆系统,为了保证工作状态的良好,要求盾构机掘进速度的稳定性,不可忽快忽慢。④盾构机开挖是在地下掘进,受到的压力较大,开挖中必须严格保持开挖面的稳定性。
2.5、无连接桥盾构机分体始发综合技术
在通常情况下,盾构分体始发时将盾体(或盾体及部分台车)下井,其余台车在地面组装后通过管线延长,使地上与地下设备相连,并改造皮带机进行出土。随着盾体掘进,管线随之在洞内向前延伸,待隧道掘进长度大于盾构机总长度后,再将地面台车逐节吊装,最后形成整机掘进,此做法成本高,而且随着管线延长,容易造成压力管线爆裂,当压力管道爆裂时修复难度大、耗时长,且停機维修管线时安全风险大(尤其是当地质较为复杂时)。为解决以上弊端,采取分体始发综合技术,总体步骤如下。(1)始发托架安装:按照要求,将始发托架吊装就位并调整好姿态。(2)1~4号台车下井:分别将4、3、2、1号台车依次吊入车站内(连接桥及5、6号台车暂不下井)。(3)盾体下井:将盾体按照组装顺序依次吊入井下进行组装,并安装反力支架。(4)1~4号台车总长度改造:为压缩1~4号台车总长度以适应车站地下空间长度,盾构机设计阶段,有意缩短两台车之间连接距离。
2.6、延伸管线铺设
延伸管线在井下部分直接置于地面,为保证盾构机正常掘进,不使盾构机直接拉拽管线,每次盾构机掘进前,需要3~4名工人使用手拉葫芦等工具提前将管线往前运送,最少3h,最长达7h,平均3~4h,耗时耗力。同时,大量管线直接与地面接触,极易造成管线磨损,甚至被拉断,存在较大的安全风险。在实际施工过程中,由于延伸电缆的磨损,经常造成盾构机经常的情况。措施:制作专门管线支架,并在支架上布置滑移工字钢,管线使用葫芦吊挂悬空,葫芦连接滑轮,盾构掘进时,靠盾构机牵引滑轮前行。管线悬空,避免了与地面接触摩擦,既能有效保护管线磨损,减小安全风险的同时,又能减少人力投入、节约时间、提高工作效率。
结束语
综上所述,在盾构机掘进水土压力不稳定的情况下,可采取安装钢套筒模式进行掘进施工,通过钢套筒的密闭空间创造出适合盾构掘进的土压平衡环境,从而实现始发掘进,在工期上,质量都满足施工要求,值得借鉴推广。
参考文献:
[1] 张雪.盾构机自动控制技术现状与展望[J].科技资讯,2019(16):73-74.
[2] 张志安.大纵坡盾构区间下穿客运专线施工关键技术[J].施工技术,2019,48(10):108-111+116.
[3] 马伟东.盾构密闭钢套筒平衡始发施工工艺研究[J].工程技术研究,2019,4(10):53-54.
[4] 汪星.海瑞克盾构机井下安装技术研究[J].工程技术研究,2019,4(10):74-75.
[5] 李荣平.地铁施工盾构法的施工技术研究[J].建筑技术开发,2019,46(09):54-55.