盾构近距离下穿既有隧道掘进参数试验研究.pdf
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1、 施工技术(中英文)年 月上第 卷 第 期:盾构近距离下穿既有隧道掘进参数试验研究郑光辉,李结元,王 攀,刘孟阳,陈 健,(武汉地铁集团有限公司,湖北 武汉;华中科技大学土木与水利工程学院,湖北 武汉;华中科技大学国家数字建造技术创新中心,湖北 武汉)摘要 新建隧道近距离下穿既有隧道,易引发既有隧道不均匀变形等问题。为保证在建地铁线盾构顺利下穿既有地铁,在隧道左线与下穿类似地层段进行试验,间隔 设置 个与既有隧道底同深度的监测点,通过观测与分析沉降来总结下穿既有地铁线黏性土夹碎石地层的合理掘进参数。结果表明,刀盘转速 、推进速度 、螺旋机转速 、土压 、采用 泡沫原液、每环加水量在、同步注浆压
2、力 、同步注浆量在每环 ,对地层沉降影响较小。关键词 地铁;盾构;掘进参数;试验;监测中图分类号 文献标识码 文章编号(),(,;,;,):,:;国家自然科学基金重大项目();湖北省重大科技专项()作者简介 郑光辉,硕士,高级工程师,:通信作者 陈 健,博士,副教授,博士生导师,:收稿日期 引言 据统计,截至 年,我国共计有 多个城市开通了地铁线路,总里程达 ,全国共有在建线路 条(段),在建线路里程 。盾构法以其安全、高效等特点,在国内外隧道工程建设中应用越来越多。伴随着地下工程的不断建设,增加了地质条件的复杂程度,新建隧道时常靠近既有建筑物桩基、深基坑或者既有隧道线路,当施工与既有建(构)
3、筑物间距减少到一定程度时,可能影响既有建(构)筑物的运营和使用安全。为保证既有建(构)筑物安全,盾构参数的选择对于盾构施工安全控制极为关键。王凯等以汕头苏埃通 郑光辉等:盾构近距离下穿既有隧道掘进参数试验研究 道超大直径泥水盾构为背景,建立了泥水阻力与盾构埋深的关系、总推力与摩擦阻力的关系,结合基岩段和软土段 和 显著的差异性,提出了判别盾构在基岩段和软土段的方法。王福周等以太原某盾构区间施工为例,研究注浆比例系数、注浆压力和浆液弹性模量对地表沉降的影响规律,并对注浆参数进行优化。肖超等统计分析了大直径泥水盾构穿越地层裂隙密集带的掘进参数,并从理论方面分析参数变化的原因,最后对盾构穿越地层裂隙
4、密集带掘进参数进行了控制。等提出了一种对盾构隧道性能网络进行建模和分析的方法,旨在将高维数据挖掘和复杂的网络方法整合在一起进行盾构性能评估。徐汪豪等通过统计的方法分析了大直径泥水盾构不同地层的掘进参数,实现对盾构穿越不同地层掘进参数进行控制。因此,在这种背景下,如何确定合理的盾构掘进参数以减小对既有地铁线的影响成为控制的关键。本文以某市新建隧道左线下穿既有隧道为研究背景,利用项目左线选择与下穿类似地层段进行试验掘进,现场间隔 共设置 个与既有线隧道底同深度的深层监测点,总结适合下穿既有地铁线黏性土夹碎石地层的合理掘进参数,研究结果可供同类工程参考。工程概况 某市既有地铁线为已经通车运营的线路,
5、线路从某大道下方穿过,新建地铁线盾构区间与该既有地铁线接近 垂直交叉下穿,下穿既有线直径,埋深 ,处于黏性土夹碎石中;新建地铁线直径 ,埋深 ,处于黏性土夹碎石和中风化白云岩地层中,两隧道最小净距约 。在下穿既有地铁线范围主要穿越地层分为全断面黏性土夹碎石地层及黏性土夹碎石和中风化白云岩上软下硬地层。新建盾构隧道与既有线位置关系断面如图 所示。下穿既有地铁线特点如下:下穿土层上软下硬,盾构姿态不易控制,容易出现抬头,且距既有线净距只有 ,容易对运营隧道造成影响;通过对既有隧道的现场勘查,在下穿影响范围内部分管环收敛超,既有隧道对沉降、变形等扰动较敏感;既有地铁线是某市地铁客运量最大(每日近 万
6、客流量)的线路,一旦有运营问题,社会影响大。为保证下穿安全,原设计方案中在既有线与新建线隧道之间在某大道站沿新建线方向单条隧道设置 根,共计 根 长、直径 超前管棚进行预加固及隔离,防止在盾构掘进过程中因围图 新建盾构隧道与既有线平面位置关系示意 岩松弛造成既有线隧道沉降变形超标。但在实际施工过程中,在黏土夹碎石地层中长管棚施作定位精度控制困难,先期几根管棚施工出现较大偏差,对既有线产生了一定影响,最终取消了管棚超前加固措施。由于在建线距离既有线间距仅为 ,且在穿越既有线左线过程中处于上软下硬地层,盾构机姿态较难控制,同时又取消了管棚超前加固,这样在盾构下穿过程中更加容易出现沉降控制困难,对既
7、有线运营产生安全隐患。试验方法 根据左右线地质条件分析,选定在左线第 环进行工艺性试验掘进(无上软下硬地层)。在左线第 ,环共增设置 个深层监测点,通过盾构机在该区域的掘进参数调整,持续监测这 个点不同掘进阶段的沉降值变化情况及地表监测数据,最终通过沉降监测数据选取最优的盾构掘进参数、渣土改良参数、同步注浆参数及克泥效注入参数,指导后续穿越段掘进施工。深层监测点沿区间左线隧道中心线,每隔 布设 个监测点,共布设 个深层监测点,监测点埋设深度至隧道顶板以上 处,对应环号第 环、第 环及 环,其平面与竖向布置如图 所示。试验设计 穿越深层监测点前试验 在试验前,左线盾构机掘进至第 环,刀盘位于 环
8、;确定刀盘掘进第 环共 环为穿越深层监测点试验掘进段,在穿越深层监测点试验掘进段前对分散型泡沫剂、康达特盾尾油脂、克泥效施工多项参数提前进行试验验证。穿越深层监测点前试验段布置如图 所示。施工技术(中英文)第 卷图 深层监测点位置 图 深层监测点前试验段 )在第 环掘进过程中,在注入率与膨胀率不变的前提下将泡沫剂原液比分别用,和 进行渣土改良(每 环 个配合比),通过观察推力扭矩变化、螺旋机出土口渣样的流塑性以及和易性选取最佳的泡沫原液配合比;记录在黏性土夹碎石地层不同原液配合比下泡沫用量及水的用量。本阶段主要试验最佳渣土改良条件下泡沫剂及水的注入量。)在第 环连续注入康达特盾尾油脂,在第 环
9、同步注浆时适当提高同步注浆压力,控制在 ,观察盾尾是否存在漏浆情况,判断康达特油脂的密封性能。)在第 环掘进过程中,对克泥效注入参数进行调整,在注入压力维持在同步注浆压力 的前提下,分别在第 和 环采用配合比 ,第 环和 环采用配合比 ,当克泥效注入压力达到设定值时停止注入,记录当环克泥效注入量,计算出黏性土夹碎石地层的注入率、拼装过程中压降情况以及与同步注浆干扰情况,选取最佳的克泥效注入参数。待同步注浆初凝后在管片顶部安装孔用细钢管取样,测试水泥砂浆层与克泥效的层厚占比。穿越深层监测点试验 根据地面深层监测点对应环号,将穿越深层监测点试验掘进分为 个阶段。第 阶段为参数试验段 )当刀盘位于第
10、 第 环时,刀盘在 号监测点通过前掘进;设定推力、扭矩、贯入度、土压()、出土量()等主要掘进参数,通过掘进过程中的连续性及地面监测数据及时调整土仓压力及盾构机推力。刀盘通过 号监测点前掘进如图 所示。图 刀盘通过 号监测点前 此阶段对 号深层监测点进行监测,所反映的沉降数据为盾构机通过前的沉降,主要体现盾构机推进过程中土仓压力控制值的合理性及地层的气密性。在掘进过程中如监测数据显示隆起则适当减小土仓压力及增大盾构出土量,如监测数据显示下沉则增大土仓压力及减小出土量。通过拼装期间压降情况验证地层气密性。本阶段主要目的是验证土仓压力设定值与沉降值变化的关系。)当刀盘位于第 环时,刀盘抵达 号监测
11、点,如图 所示。此阶段同步监测刀盘正上方 号监测点及地面沉降或隆起量,调整切口环处压力及出土量。通过监测数据分析出土量控制值的合理性。调整出土量在 范围内,根据出土量变化观察沉降值 郑光辉等:盾构近距离下穿既有隧道掘进参数试验研究 图 刀盘抵达 号监测点 变化,通过沉降值验证出土量采用理论值是否合理。)当刀盘位于第 环时,盾壳下穿号监测点,盾壳通过 号监测点掘进如图 所示。图 盾壳通过 号监测点 此阶段主要通过前盾径向孔注入克泥效,通过第 环 环克泥效试验选取的注浆参数应用在第 环 环,并通过 号深层监测点观察在盾构机盾壳穿越时沉降值变化,验证克泥效施工参数控制值的合理性。第 阶段为参数调整段
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