ConstructionTechnologies第50卷第9期
总第551期
频繁穿越复杂构筑物的地铁隧道施工技术
韩光明1,冯欢欢2
1.中国中铁杭州地铁7号线总包部;2.中铁隧道局集团有限公司
摘要|以杭州地铁7号线频繁穿越复杂构筑物所面临的工程难题为研究对象,从盾构下穿及侧穿构筑物、下穿既有线路等方面提出了相应技术措施与管理建议。对该线路施工过程中所遇到的下穿杭甬高铁桥、地铁2号线、杭甬高速公路等,结合各自工程环境特点及要求,研究并提出了类似工况下的针对性技术方案,以确保工程的安全顺利完工,能够为今后类似工程施工提供参考。
关键词:地铁隧道;盾构;穿越构筑物;掘进参数控制;沉降监测
756.192m。全线盾构区间最小转弯半径400m、最大坡度
1工程概况
杭州地铁7号线工程起于河坊街吴山广场站,经上
34.6‰,线路埋深在6.0~24.2m之间,全线拟投入52台盾构掘进。1.1
不良地质条件
工程建设所遇到的不良地质主要表现为岩溶与土洞、潜蚀、流土(砂)与管涌、暗塘、暗浜、浅层沼气、可液化土层、填土以及软土层。不良地质对工程可能造成的主要影响有:地连墙施工坍槽、盾构掘进出现沼气突出,威胁到施工人员的安全,或引起盾构机姿态突变[1-3];基坑开挖或盾构进出洞时,易发生涌水涌砂现象,导致地面或周边构筑物及地下管线变形等。
城、江干、滨江、萧山、大江东新城,至大江东地区的江东二路站,如图1所示。线路全长约47.481km,全部为地下线,共设车站24座,其中换乘站10座。最高运行速度:100km/h,区间隧道限界圆5200mm,结构内径5500mm,管片厚度350mm。
全线共设18个地下盾构区间及2条出入场线盾构段,6座中间风井;其中萧山机场站—靖江站区间为最长区间3576.086m,耕文路站—农都站区间为最短区间
作者简介:韩光明(1975—),男,安徽肥西人,学士,研究方向:城市轨道交通。
2019·953
施工技术
ConstructionTechnologies图1杭州地铁7号线走向示意图
1.2工程重难点分析
杭州地铁7号线工程规模大,工期十分紧张。施工范
速度(2~4cm/min),保持连续均衡施工,减少土压力波动对地面的影响。2.1.2
注浆注意事项
严格规范同步注浆操作,以注浆压力和注浆量进行双控,保证环形间隙填充质量。特殊地段浆液改为快硬性注浆料,使管片衬砌尽早支撑地层,减少施工过程土体变形。若隧道较近距离侧穿构筑物需要跟踪注浆时,则只施工注浆管加固与隧道同边的基础部分,跟踪注浆在房屋沿线路方向每延米施筑一个断面注浆孔,每个断面2~3个注浆孔,严格控制注浆压力。
当同步注浆效果不理想时,在地表构筑物基础底部或管线底部进行跟踪注浆。对于区间下穿构筑物时应注意调整盾构姿态,及时进行壁后注浆和二次注浆。当盾构掘进穿越河流、砂卵石层、碎裂岩、断层等富水地层,同步注浆浆液采用速凝型,以减少管片错台、开裂、上浮等质量问题的发生。2.1.3
加强监测管控
利用实测数据进一步修正完善地表沉降和构筑物变形的预测结果,对可能引起有害变形的构筑物做出早期预警并制订应急措施。
在盾构沿线设置地面沉降和隆起观测点,针对构筑物的沉降及变形加大观测频率;当构筑物的变形速率或变形超过警戒值时,及时与监理、设计、地铁集团沟通,及时采取措施,保证盾构施工及周围构筑物的安全。
围跨3个行政区,施工期间协调难度大;工程计划在2020年12月底建成通车,施工工期非常紧张。
本标段区间隧道大多在道路下方施工,需要下穿或侧穿七甲河、解放河、兴议中心河等15条河流;下穿运营中的地铁2号线,下穿沪昆、杭甬高铁和浙赣普速铁路、杭金衢高速、杭甬高速、机场高速、西气东输管道、萧山机场重要构筑物、机场停机坪、沿线大量房屋建筑等,环境风险大,施工风险高。
2盾构穿越构筑物综合施工技术
隧道沿线穿越构筑物151处、穿越重要管线14处,
共计165处。在盾构掘进过程中,应尽量减少对土体的扰动,采用土压平衡模式,严格控制盾构出土量,保证盾构出土量与掘进速度相匹配,加强同步注浆、二次注浆和施工监测,以保证土体稳定,确保穿越安全。2.1
盾构下穿及侧穿构筑物
盾构下穿及侧穿构筑物所采用的应对措施主要体现为以下几个方面[4-5]:2.1.1
掘进参数控制
严格控制土仓压力,根据地层情况设定土压和出土量,保持土压平衡模式掘进。每一环掘进时严格控制出土量,防止超挖造成地层损失。在掘进过程中合理控制推进
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2019·92.1.4其他方面
做好盾尾油脂的压注,确保盾尾油脂密封压力,保证
盾尾密封和铰接密封的防渗漏效果,严禁盾尾密封和铰接密封发生渗漏。
施工中出现渗漏的部位要及时进行处理,避免地下水流失引起的固结沉降。2.2
盾构下穿既有线路
隧道施工过程中,穿越的既有线路主要有:机场高速高架桥、2号线建设三路站、沪昆普铁、杭甬高铁、桥桩基础、杭甬高速及机场高速等。盾构穿越地铁、高速公路和铁路既有线的控制措施主要有以下几方面[6-7]。2.2.1
穿越前的控制措施
勘察既有线与新建地铁线路结构之间的几何关系,对既有运营线路的现状进行调查、检测、记录和分析,包括结构表面裂纹及维修情况。
在适当的位置(距离既有线50m之内)提前进行地层加固,在盾构进入加固前将盾构进行全面检查和保养,为顺利穿过既有线提供保证。盾构施工穿越前15m进行试掘进,根据掘进效果优化掘进参数,提供下穿施工的建议参数值。在盾构距离构边线12m(2倍洞径)时,对盾构进行一次彻底的检修、维保、检查,确保盾构各系统运转良好,保证盾构在穿越既有线时不会出现长时间的停机现象。2.2.2
穿越中的控制措施
加强盾构控制与姿态调整,及时有效地纠正掘进偏差,尽量减少对土体的扰动。严格控制盾构掘进速度,监控和控制出土量,以保证正面土压力及注浆均匀、及时。盾构掘进过程中控制好土仓压力波动,防止压力波动太大造成拱顶土体扰动,发生拱顶沉陷。时刻控制掘进速度和螺旋输送机出土速度,使掘削土量等于出土量,以保证不多出土,保证拱顶及掌子面稳定。
通过加强同步,进行二次注浆以减少地层损失,在衬砌环脱出盾尾时,及时同步压浆,并适量加大压浆量,填充管片与盾构开挖轮廓之间的建筑间隙,同时还应加强盾尾密封的有效性,在盾构后方约10环处再向管片背后进行二次注浆,以弥补同步注浆的不足。
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总第551期
建立完善的自动变位监测系统,增设沉降观测点、侧移点、采用自动化监控测量系统,进行系统、全面的跟踪测量,实施信息化施工。2.3管理措施
2.3.1
强制装备适应性设计
全线盾构均有专属设计,以充分适应本工程地质情况。针对不良地层专属配置有害气体探测及报警系统;针对地层多变、富水砂层,配置能使用多种渣土改良剂的渣土改良系统。配备先进的机械设备,保证完成各项节点工期。本项目将确保盾构具有充分的适应性,配置先进的编组列车、龙门吊、浆液搅拌系统、自动化测量系统、自动化监测系统、自动化监控系统等。2.3.2
制定针对性保障措施
从组织、管理、经济、技术等4个方面,制定针对性的保障措施。针对盾构施工中的地基处理、盾构推进、管片拼装、壁后注浆等工序,制定针对性的保障措施。严格执行文明施工管理要求,确保安全、文明施工、质量、进度管理目标的实现。2.3.3
优化专项施工方案
在掘进前主要通过专项地质勘察,明确不良地质分布情况,制定专项不良地质处理方案。
在盾构选型上优化盾构刀盘结构设计,刀具选择和布置,刀盘防泥饼设计,确保盾构硬件满足区间复杂地层的掘进要求。
在盾构掘进过程中,通过建构筑物调查、设备检修保养、地表预加固处理、洞内跟踪注浆、优化掘进参数、选择合理掘进模式、确保同步注浆和二次注浆质量、自动化监测、合理选择施工时间等针对性措施,确保盾构在穿越构筑物、既有线及地质复杂地段的施工安全。
3
盾构穿越构筑物针对性措施分析
3.1
盾构下穿杭甬高铁桥3.1.1
工程概况
区间于YDK15+200前后下穿杭甬高铁桥2股轨道
如图2),隧道覆土约17m、穿越处的地层覆土由上至下为:①1杂填土、②1黏质粉土、③1砂质粉土、③3粉砂、
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(施工技术
ConstructionTechnologies③6粉砂、③7黏质粉土夹砂质粉土、⑤1粉质黏土、⑥1淤泥质粉质粘土。下穿段地层主要为:③6粉砂、⑥1淤泥质粉质黏土。
地铁隧道穿越杭甬高铁桥,影响范围沿铁路走向长度约90m,沿地铁走向范围约60m,属Ⅰ级风险源。如盾构施工措施不当,极易造成铁路桥基础的偏移、裂缝等,从而导致承台的沉降,对铁路桥造成破坏。3.1.2
施工措施
侧穿高铁桥桩采用隔断桩,隔断桩为复合锚杆桩,桩径0.15m,间距1.0m,桩长36.2m,在右线盾构外缘1m沿盾构轴线方向排布;桩顶设置冠梁,将隔离桩连接成整体,通过锚杆桩注浆加固周边土体,锚杆桩施工时隔一打一,减少对周边土层的扰动(图3)。注浆采用水泥浆,分三次注浆:第一次注浆压力0.2~0.5MPa;第二次注浆压力1.0~1.5MPa;第三次注浆压力1.5~2.0MPa。
本段地层存在液化的可能性,施工时通过该重点区域时应控制盾构推进速度及出土量,防止超欠挖,保持掌
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2019·9子面稳定,防止盾构外部水土流失造成流砂或空洞并减少对周边土体的扰动。控制好盾构姿态,避免大幅纠偏、
上浮或叩头、后退,在曲线段施工时应减少超挖。盾构初始掘进100m作为试验段,根据地面变形监测数据和盾构施工参数进行优化调整。
加强机械检修养护,避免长时间停机,防止螺旋输送机喷涌砂和铰接部位漏砂等造成的地层损失及沉降加大;加大盾尾油脂压注量或提高盾尾油脂质量以防止浆液窜入盾尾造成流失,保持连续推进,有条件时在侧穿风险源之前对盾构及其他辅助设备进行一次全面彻底的检修。3.2盾构下穿地铁2号线3.2.1
工程概况
地铁2号线建设三路站,主体结构宽18.5m,单柱双跨矩形框架结构、地下连续墙围护,地下连续墙厚0.8m。2号线建设三路站下穿节点处车站底板厚1.0m、侧墙厚0.7m。底板下设置下翻梁、高1.2m、盾构管片与结构底板净距4.26m。7号线盾构隧道与2号线车站关系如图4所示。
由于盾构隧道由2号线车站底板下通过,穿越2号线的地下连续墙,且2号线为运营中的车站,如措施采取不当将造成车站扰动,对线路运营安全造成极为严重的影响。3.2.2
施工措施
型钢插入格构柱桩内3m,左右线范围内格构柱无型钢。针对实际情况,右线依靠盾构直接通过,左线地面设置清障工作井,人工破除地连墙并割除钢筋后盾构通过。盾构通过时需用刀盘破除格构柱,应严控盾构推力等参数,控制对既有车站结构影响,同时对2号线车站范围内轨道进行24h不间断自动化监测。
区间左右线盾构均需配置具备破岩能力的复合刀盘。接收端头均位于2号线建设三路站下方,接收加固措施为冷冻法加固。
盾构通过后,及时将洞门进行封堵,同时进行补强注浆。3.3盾构下穿密集民房3.3.1
工程概况
本工程盾构下穿近40幢构筑物,风险比较大,且部分构筑物正位于区间曲线段、大纵坡段线路上,增加了施工的难度。因此,在施工中易引起地层扰动导致房屋不均匀沉降而产生倾斜、开裂甚至倒塌的风险。3.3.2
施工措施
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3.3.2.1施工前
对沿线盾构施工影响范围内的构筑物和地下管线进行全面调查,收集相关资料,列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单。按其沉降要求做全面的统计,并计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求,为以后施工提供指导。针对需要重点保护的构筑物和管线提前做出预案,并准备相应材料设备。3.3.2.2
施工过程中
严格控制盾构正面土压力,土仓中心土压力值根据埋深及土层情况设定,压力波动控制在±0.02MPa,在施工
过程中根据地表监测结果,结合模拟段施工时总结的最佳参数来确定盾构穿越建筑的土压值。
盾构推进通过对土压传感器的数据来控制千斤顶的推进速度,推进速度控制在2~4cm/min,并保持推进速度、刀盘转速、出土速度和注浆速度相匹配。在推进过程中保持稳定,每日推进8环左右。
在盾构下穿构筑物时,将出土量控制在理论值的98%左右,保证盾构切口上方土体能有微量的隆起(不超过1mm),以便抵消一部分土体的后期沉降量,从而使沉降量控制在最小范围内。
盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙,施工中采用同步注浆来充填这一部分空隙。严格控制同步注浆量、浆液质量、浆液配比,使浆液和易性好、泌水性小。同步注浆浆液选用可硬性浆液。
盾构进行平面或高程纠偏的过程中,必然会增加建筑空隙,造成一定程度的超挖。因此在盾构进入构筑物影响范围之前,将盾构调整到良好的姿态,并且保持这种良好姿态穿越构筑物。在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进,最快不大于4cm/min;盾构姿态变化不可过大、过频,控制每环纠偏量不大于10mm(高程、平面),控制盾构变坡不大于1‰,以减少盾构施工对地层的扰动影响。3.3.2.3
盾构穿越后
由于同步注浆时,浆液有可能会沿土层裂隙渗透而
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施工技术
ConstructionTechnologies依旧存在一定间隙,且浆液的收缩变形也引起地面变形及土体侧向位移,受扰动土体重新固结产生地面沉降。根据实际情况(监测结果)需要,在管片脱出盾尾5环后,可采取对管片后的建筑空隙进行二次注浆的方法来填充。3.43.4.1
盾构下穿河流工程概况
隧道施工过程中将下穿河流情况主要为:雷山湾河宽18.5m,水深0.4~1.5m,河底淤积物厚度0.2~0.5m,河道坡岸稳定,区间垂直下穿该河流;方千娄直河宽27.4m,水深0.6~2.5m,河底淤积物厚度0.3~0.5m,河道坡岸稳定,区间垂直下穿该河流。3.4.2
施工措施
河流具有地质变化较大,地下水与地表水转化快,覆土厚度的特征,应考虑开挖面稳定,隧道结构上浮及管片变形,防水等情况,并制定处理对策。
在盾构穿越河流前,重点对盾构进行全面检修,并加强设备保养,备好易损件,确保盾构处于良好工作状态,最大限度避免盾构过河期间出现故障。掘进时,分段调整土仓压力,严格控制出土量,保持土体密实,以免河水渗入土体并进入盾构。根据开挖面水土压力,及时调整液压缸推力及推进速度,保持土仓压力稳定,避免因刀盘推力波动过大对地层造成严重扰动。
严控同步注浆填充率,确保同步注浆的及时性、均匀性。在同步注浆基础上,每隔5环进行二次双液浆注入,在隧道周围形成止水环箍,并尽早安定管片。提前准备5cm海绵条,发现盾尾局部漏浆或漏水,将海绵条粘贴到管片外弧面进行堵漏。3.53.5.1
盾构下穿杭甬高速公路工程概况
杭甬高速公路宽35m,为双向8车道,盾构穿越杭甬高速的区间部分长度为52m,东西向宽度范围为25m。盾构下穿段隧顶距离路基面16.54m,隧顶距离高速路面21.54m,此处地铁隧道埋深约17.8m(见图5)。盾构下穿段隧道土层为③6粉砂、⑥1淤泥质粉质黏土层软弱地层透水性好,沉降要求高,如何确保盾构穿越过程中杭甬高速不受影响,是施工的重难点。3.5.2
施工措施
盾构下穿杭甬高速前100m作为试掘进段,按照预设的掘进参数进行掘进,结合地面监测数据进行统计分析,对掘进参数进行优化,确定合理的土压力设定值、推进速度、出土量和注浆量等掘进参数。试掘进期间,加强对盾构及其配套设施的检修,对盾构推进系统、注浆系统、密封系统、导航系统等重要系统进行全面检修,确保盾构及其配套设备在穿越期间无故障。
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2019·9掘进期间关键参数控制包括以下几个方面:(1)平衡土压力设定。在盾构掘进前,根据覆土深度及相关地质资料,对平衡土压力设定值有一个理论上的认识。在盾构穿越前后,对监测数据进行科学分析并对土压力值及时进行调整。
(2)推进速度控制。在穿越的过程中,盾构推进速度不宜过快,当刀盘距离路基10m左右时推进速度控制在10~20mm/min,避免由于推进速度过快造成路面沉降。盾构推进过程速度保持稳定,确保盾构均衡、匀速地穿越,减少盾构推进对前方土体造成的扰动,减少地面及路基的影响。盾构穿越时宜控制盾构推进速度,24h连续施工。穿越期间应加强监测并安排人员观测、巡视。
(3)控制盾构纠偏量。在确保盾构正面沉降控制良好的情况下,使盾构均衡匀速施工。盾构姿态变化不可过大,每环检查管片的超前量,隧道轴线和折角变化不能超过0.4%。推进时不急纠、不猛纠、多注意观察盾尾管片与盾壳的间隙,相对区域油压随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化,采取稳坡法、缓坡法推进,以减少盾构施工对路基的影响。
(4)注浆量和注浆压力控制。加强同步注浆管理,以提高地面和隧道的前期、后期稳定性。根据地面、路基的沉降变形情况,拟每环的压浆量为建造空隙的200%~250%,注浆压力应控制在0.3MPa左右。
当盾构穿越过后,可能会有不同程度的后期沉降。因此必须准备足量的二次补压浆材料以及设备,根据后期沉降观测结果及时进行二次补压浆,以便有效控制后期沉降,确保安全。二次注浆浆液选定为双液浆。
在盾构穿越前,加密路基及路面的监测点,加强沉降监测,掘进时根据监测数据优化盾构施工,确保盾构以良好的状态穿越。通过路面监测进行路基变形跟踪观测,将观测数据及时传送给施工技术人员进行分析,并调整盾构推进的参数。对盾构的有关参数进行采集,与沉降监测资料进行对比,从而掌握此盾构在穿越时的推进规律。
4结论
本文针对盾构穿越不同构筑物时所采用的应对措
施,进行了分析,得到如下结论与建议:
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(1
)对于需要穿越复杂构筑物的工程,在进行装备选型设计时,应充分进行盾构适应性设计,并制定专项施工方案和针对性的保障措施。
(2)盾构穿越构筑物前,应基于工程地质特点,并结合施工环境等因素,确定必要的试验段,在正式穿越构筑物前做好掘进参数的优化调整。
(3)平衡土压力设定、推进速度控制、盾构纠偏量、注浆量和注浆压力控制等是盾构穿越不同构筑物时的核心环节,只是因地质条件不同,而有所不同。
(4)避免隧道施工对地层产生过度扰动,是盾构穿越重要构筑物时最为关注的事项之一,因此,加强盾构穿越前后的全过程监测尤为必要,建议选用性能良好的全自动化地表沉降监测系统。
本分析结果为该工程及后期类似工程施工提供参考,实际施工过程中应结合工程特点进行有针对性的设计与施工。
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(收稿日期:
2019-05-16)2019·959
英文摘要 I ABSTRACTS IN ENGLISHVol.50 I No.9Serial No.551Publishing on Sep. 10, 2019regenerating. A grader so equipped can fully suit itself with complex terrain conditions and variable loads, flexibly and effectively put a full play to the front wheel in force assistance, thus increasing work efficiency andeconomicsofthegraderasawhole. face, beside express railways and highways. A way out has to provide tech measures, managements, and solutions, in consideration with local conditions and requirements of sections of the project, with similar conditions in software at hand of other projects for reference, thus ensuring smooth and successful operation of the tunnel project up to completion, as a reference for similar hydraulic transmissions, intelligent work platforms, electric control systems, etc occurred to the working vehicles at a site of power supply project to the railway engines, while introducing how such troubles are detected out with causes thereto, respectively, which has been followed up with corresponding measures including quality upgrade for the new type vehicles in consideration with actual conditions of the railway enterprises in terms of utilizing and managing such trucks.Keywords: Grader; Front wheel drive control valve; Traction forceSimulation and Analysis on Stability of Door Opening and Closing Circuit for Compressed Garbage Vehiclesprojects to come.Keywords: Subway tunnel; Shield; Through structures; Excavation advance parameters and control; Subside monitoringA huge amount of wasted power was found in a garbage truck which adopts hydraulic circuits in metering flow and variable rate. A newly developed circuit adopts a constant flow pump to match up with a multi way valve system in load sensitive for a newly developed truck to respond to the State's call for energy saving. Some short-comings with the new truck have to be solved when found at the test phase, which is followed up with improvements as to decrease control pressure fluctuation at the 3-way valve. The test validation show that stability is available at the door circuit to have eliminated disturbs. Keywords: Railway; Engineering vehicles; Troubles; Quality; UpgradeMethod Analysis on Extending the Service Life of Screw Shaft in Extruder- DryersTechnical Upgrade and Application Practice of Dust Mixing Waste Powder Humidification Mixing Equipment in Asphalt Mixing Plants5 times of repair on a extruder-dryer in 2 years because of broken screw shaft that had affected normal operation of the machine set. Analyses of the broken shaft finds out the main cause of trouWe lies in non-stable operation, intermittent lower loads, nonlogic design and manufacture, and incorrect heat-treatment. Finally, the expansion drier can now extend its operational interval as a result of materials change while improving the heat treatment, and stable manufacturing and operation.In view of problems existing at asphalt mixing plants where the waste fines adopts a wet mixing system of 1.0 edition, which through a tech reform solution to have adopted a wet mixing system of 2.0 edition that has to be tested and compared with at a model project site under constant conditions of dust amount, temperature degree, etc . As known from the test results which shows that the 2.0 edition wet mixing system can realize stable and evenly wet “mud bears” getting an effect in non-sticking to the pan, and no flying dust, thus extending working life of the facility, with a better application prospect.Keywords: Compressed garbage vehicle; Multi way valve in load sensitive; Amesirn; Pressure fluctuation; 3-way flow rated valveKeywords: Screw shaft; Cracks; Heat Subway Tunnel Construction Technology Frequently Excavation through Complex BuildingsTypical Failure and Quality Improvement Measures for New Railway Power Simply Engineering Vehiclestreatment; Operation intervalA study object was taken for a sub-way in Hangzhou where the tunnel has to run through under many a building at the surKeywords: Asphalt mixing plant; Wet mixing system; Technical reform; Application practiceThe text lists typical failures with engines,
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