对我国当前盾构综合标准施工核心技术存在问题的探讨.doc
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1、对中国目前盾构施工技术存在问题探讨建材和装饰1月中旬刊 张智1施工技术比较 中国城市轨道交通地下工程建设,就地层特征,可分为4大类:以砂卵层为主,如成全部、北京等地;以岩层为主,如重庆、青岛等地;软弱地层和岩层(风化岩层)交变,如南京、广州等地;软弱地层,如上海市,隧道和地下车站修筑在软土层中。 因为地质条件不一样,所采取施工方法差异较大,这就造成了中国城市轨道交通建设中工法多样性特点。中国城市轨道交通施工前后采取了明挖法、矿山法、暗挖法、盖挖法、盾构法等施工技术,有已经达成了国际优异水平。(1)明挖法需要在隧道沿线占用比较多施工场地,在城区交通流量大,道路狭窄情况下,已经基础无法满足其施工场
2、地要求。施工场地暴露,对周围地域环境影响大,无法满足环境保护要求;(2)矿山法即使占用施工场地较小,但其施工所造成地表沉降较难控制,通常情况下,对地面建筑物及地下管线全部有一定影响甚至造成破坏。同时,施工必需确保开挖面无水作业,所以需要在沿线普遍降低地下水。降水施工需要在地面施工大量降水井,不仅提升了工程造价,还造成了对地下水污染,而且在城区道路狭窄和地面建筑物密集区,没有施做降水井条件。因为人工开挖和支护,所以施工进度慢,作业效率低,劳动强度大,安全性差。施工防水质量不易确保。施工对地表沉降控制难度较大,尤其是在不良地质段或地面房屋密集区施工时,极难将地表沉降控制在较小范围内;(3)暗挖法即
3、使地面干扰小,造价低,但机械化程度低,进度慢,劳动强度高,环境恶劣,风险大;(4)盖挖法即使占用场地时间短,对地面干扰小,安全,但施工工序复杂,交叉作业,施工条件差。它多用于修建地铁车站;(5)盾构法对城市正常功效及周围环境影响很小。除盾构竖井处需要一定施工场地以外,隧道沿线不需要施工场地,无需拆迁,所以对城市商业、交通、住居影响很小。能够在深部穿越地上建筑物、河流;在地下穿过多种埋设物和已经有隧道而不对其产生不良影响。施工通常不需要采取地下水降水等方法,也无噪声、振动等施工污染。可依据施工隧道断面大小、埋深条件等施工隧道特点和地基围岩基础条件进行设计、制造或改造盾构机,所以此法是适合于某一区
4、间专有方法。另外它施工精度高。如管片制作精度几乎近似于机械制造程度。因为断面不能随意调整,对隧道轴线偏离、管片拼装精度也有很高要求。能够看出,盾构法对地面结构影响可能性最小;对环境无不良影响,地下水位可保持;对工作人员较安全,劳动强度低,进度快;机械化程度高;隧洞形状正确;质量高,衬砌经济。2中国盾构技术发展 正是因为盾构施工这些优点,使得这项技术已经发展、细化为大量、复杂施工技术,并逐步在实际工程上广为利用。盾构法在国际上起步较晚,但多年发展较快。中国盾构法隧道施工技术多年来也有了较大发展。中国盾构技术发展开始于20世纪50年代,首先应用于修建煤矿巷道,1963年上海结合地下铁道筹建,开始开
5、发盾构技术,并于1990年开始在地铁一号线大量引进盾构进行施工。1991年上海地铁1#线引进法国FCB企业7台土压平衡式盾构,采取大刀盘开挖、螺旋输送机排土,同时备有同时压浆、计算机控制系统等,性能比较完善。上海利用这7台盾构机建成地铁1#线区间隧道,全长18.5km。该盾构直径为6.2m,混凝土管片厚度0.35m,每环6块,环宽1.0m。隧道经过淤泥土和淤泥质亚粘土,覆土深度518m,盾构进尺为46m/d地面沉降控制在1030mm。该工程于1995年4月10日正式全线试运行,为中国在含水软土地域城市中修建隧道提供了宝贵经验。经过多年发展,在上海等软弱地质条件盾构施工技术已相当成熟。多年来伴随
6、中国综合国力提升,很多城市大力发展地铁,如北京、上海、广州、南京、深圳等城市,到以上述城市引进了近40台盾构用于地铁施工。现在,中国很多城市轨道交通建设采取了盾构施工技术。如北京市南北交通路网中北京地铁五号线工程,线路全长27.6km,南起丰台区宋家庄,北至昌平区太平庄,途经天坛、东单、雍和宫和和平里等关键地域,就是采取盾构法施工技术。3中国盾构技术需要处理关键问题 任何新技术开发、产生要依据市场需求和国情,进行仔细论证。就现在中国盾构技术在城市轨道交通系统建设使用情况而言,部分问题处理、新技术开发将成为当务之急。(1)研究盾构机,生产国产盾构机。现在盾构机以进口为主,这就增加了盾构法施工费用
7、。在现在经济迅猛发展形式下,应将盾构机生产转为中国为主。(2)在国产盾构机还没有被接纳情况下,造价问题同时使得盾构机反复使用变得显著。盾构机是依据施工隧道特点和围岩情况进行设计、制造。盾构机必需依据施工隧道断面大小、埋深条件、地基围岩基础条件进行设计、制造是适合于某一区间专用设备。不过,因为盾构机本身是一个很昂贵设备,以中国工程造价水准,还不含有一项工程完全折旧能力。所以,在购置设备时,一定要考虑到机械反复使用问题,尽可能设计多功效、多用途机械以充足发挥其作用。(3)研究长距离施工。因为盾构法施工效率高,所以适合长距离施工。在部分地铁施工、排污隧道施工中也常常碰到长距离施工问题。这一问题处理除
8、依靠提升盾构机耐磨性能以外,研究刀头等易磨损部件更换技术也是比较实用方法。当然地下接合技术也是一个很有效技术,但必需考虑到使用时地下接合对盾构机要求和对施工管理精度要求。(4)结合中国关键隧道结构形式,研究双圆形或眼镜形盾构。中国地铁隧道采取单圆双线隧道施工,轻易出现后续隧道对先行隧道发生影响和超近距离施工问题。假如采取双圆形或眼镜形盾构进行施工,这些问题将会得四处理。而这一新技术能否得到使用另一个决定原因就是造价问题,也就是施工两个单圆隧道和施工一个双圆形或眼镜形隧道经济性比较问题。(5)研究采取3圆形盾构,降低施工费用。因为地铁车站通常设置在城市繁荣地域,很多工程已经碰到难以确保施工用地或
9、施工用地拆迁费过高问题。假如能够采取3圆形盾构施工地铁车站将会使这一难题得四处理。(6)研究管片技术,确保衬砌管片不发生裂缝、踏步、渗漏和长久耐久性。现在为止,中国使用管片种类比较单一,而且分块、接头也比较简单。因为管片技术发展必需和管片设计理论相结合,而且需要对应试验验证工作。 盾构施工技术除了上述问题外,还存在着其它待改善和提升问题。如隧道设计和盾构施工中除了要确保工程本身安全、质量要求外,更关键是怎样控制对隧道沿线环境影响和从做好地铁建成后隧道保护要求来考虑,要提升隧道衬砌环抵御隧道纵向变形能力。盾构隧道设计、施工和管理等方面工作要围绕怎样加紧关键工程建设进度进行精心施工要做到方便施工,
10、简化工序,节省投资,加强盾构隧道耐久性,提升隧道抗渗、抗蚀能力。盾构法施工几点问题及其发展方向张荣国武汉理工大学国外建材科技 第25卷 第4期2 盾构施工引发地表下沉问题及隧道沉降 在软土中采取盾构法进行隧道施工时,通常会引发隧道上方地表下沉,而且在隧道施工阶段和运行阶段还会产生隧道沉降。所以,必需认真研究盾构施工中地表下沉原因,分析影响地表下沉和隧道沉降多种原因。在设计和施工中采取合理方法,降低和控制地面地表下沉和隧道沉降。 2.1 地表下沉原因 盾构施工时,造成地表下沉原因是多方面,其关键原因能够分为以下几点:开挖面上土水压力不平衡造成开挖面失去稳定性。此时,压力舱压力大于开挖面土压力和水
11、压力时出现地基隆起,相反会出现地基沉降。盾构推进对围岩扰动。盾构壳板和围岩摩擦、和围岩扰动会引发地基隆起和沉降。尤其在蛇曲修正、曲线推进时如采取超挖,会使围岩松动范围变大加大地基沉降量。盾尾空隙发生和壁后注浆不足。盾构施工肯定产生盾尾空隙,这一空隙会引发地基应力释放而产生弹塑性变形。通常可经过实施壁后注浆来控制,但壁后注浆材料、注浆时间、位置、压力、注浆量全部会影响地基变形量。管片变形和变位。管片从盾尾脱出后,受到围岩荷载作用发生部分变形或变位,造成地基沉降,但其量通常较小。地下水位下降。因为漏水或降水引发地基沉降。(2)做好盾尾建筑空隙充填压浆确保压注工作立即性,尽可能缩短衬砌脱出盾尾暴露时
12、间,以防地层塌陷。确保压浆数量,控制注浆压力。改善压浆材料性能。(5)管片技术:现在为止,中国使用管片种类比较单一,而且分块、接头也比较简单。因为管片技术发展必需和管片设计理论相结合,而且需要对应试验验证工作。这首先尚需要进行大量研究工作。盾构法施工过程中常见问题及防治方法任怀志(中铁十九局)3隧道内漏水原因和防治3.1隧道内漏水原因盾构隧道是由一片片独立管片经过螺栓联接起来,管片接缝部位为防水微弱步骤,隧道内漏水部位通常出现在管片接缝处。产生漏水关键原因是:管片拼装过程中偏差、止水条老化或失效。3.2隧道漏水防治3.2.1加强管片制作、运输和拼装管理提升管片制作精度和质量,控制水平拼装环、纵
13、缝间隙小于2mm,确保管片密实无裂缝,抗渗要求达成设计标准。加强管片起吊、运输及堆放管理,避免出现贯穿性裂缝。管片堆放时内弧面向上,宽度方向应上下对齐,不准倾斜。管片间放两条木垫板,垫板上下对齐,使中间隔空。管片拼装前查看前一环管片和盾尾间隙,结合前环结果报表决定本环纠偏量和方法。管片拼装要预防出现错缝、台阶差,能够经过加贴楔子微量调整间隙来保持环面平整度,楔子不得超出4mm。竖曲线段推进时,应计算上下左右超前量,分段粘贴低压石棉板,在推进过程中,使其经千斤顶压缩后成一平整楔行环面,粘贴环面面积通常应大于整个环面二分之一。纠偏楔子厚度超出设计厚度时,止水带也应加贴遇水膨胀条。封顶块两侧止水条在
14、拼装前涂表面润滑剂,以减少封顶块插入时摩阻力。管片如遇损坏,轻则就地修补,重则重新调换后方可继续进行。3.2.2加强止水条质量管理隧道采取遇水膨胀橡胶止水带是在氯丁橡胶密封条上加覆一层遇水膨胀条制成,因为施工期间常碰到下雨或隧道低部积水,操作不会使遇水膨胀止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水预膨胀或变形,影响止水效果,故应在粘贴止水带地方做好防雨方法,搭设活动防雨棚和在止水带表面涂缓膨剂。冬季施工时应设置烘房设施,作橡胶止水带加温。角部加贴自粘贴橡胶薄片厚度长度应符合设计要求,以免影响止水带效果。“F”块插入间隙偏小,摩阻力大,止水带轻易延伸拉长,角部形成“疙瘩”,影响压密,所以在拼装前应涂水性润滑剂
15、,以降低封顶块插入时摩阻力。盾构法隧道施工背后注浆技术朱科峰广东土木和建筑!#年$月!#$!%&$!#()*+,(+,(*-*.,$!*$,*$!第$期/.!#$01$%序言 伴随城市地下空间开发,盾构施工技术越来越多地应用于城市地铁隧道和市政设施隧道中。当盾构机在一定深度地层中推进时,可依据盾构机和地表上某点相对距离,将盾构掘进过程分成抵达前、抵达时、经过、脱出、脱出后等2个子过程。当盾构机从该点脱出后,在管片衬砌和天然土层之间会留下空隙,该空隙理论上为环形,厚度通常约为34455,对其填充通常需要采取背后注浆技术来完成。假如这一空隙不能立即有效地得到填充,则天然土体将处于侧向无支撑状态,从
16、而产生很大地面沉降,造成地表建筑物破坏。所以,背后注浆技术是盾构法隧道施工中一项关键技术,本文将介绍中国外背后注浆技术发展现实状况,意在促进该技术以后推广应用。!背后注浆作用和种类在盾构机脱出后,采取背后注浆技术含有以下2个方面作用,即:!立即充填盾尾空隙,抑制天然土体变形,控制地面沉降,确保环境安全;增强隧道防水能力,作为衬砌防水第一道防线,提供长久、均质、稳定防水功效;#可使外力作用均匀化,有利于管片衬砌三维位置稳定;$作为隧道衬砌结构加强层,提升其耐久性;%在采取泥水平衡盾构时,能够降低和抵制泥水回窜至盾尾及已建成隧道外,从而控制隧道上浮量,使隧道立即达成稳定。背后注浆有两种形式,一是采
17、取盾壳外表设置注浆孔随盾构推进同时注浆;二是由管片上预留注浆孔进行压浆,其中同时注浆是一个较优异技术,下面将对其作具体介绍。%注浆施工工艺注浆方法应依据盾构机脱出管片时,盾尾外壳和管片相对位置而决定,若盲目地采取等量、均匀压注法,就会造成压浆极不均匀而影响管片周围地层稳定。为了使环形间隙能较均匀地充填,并预防衬砌承受不均匀偏压,同时注浆对盾尾预置)个注浆孔同时进行压注,在每个注浆孔出口设置分压器,对各注浆孔注浆压力和注浆量进行检测和控制,从而达成对管片背后对称均匀压注。同时注浆结束标准为注浆压力达成设计压力,注浆量达成设计注浆量.*5以上,对注浆不足或注浆效果不好地方应进行补强注浆,以提升注浆
18、层密实性和防水效果。为确保背后注浆顺利完成,施工时应注意以下问题:$注浆前进行具体浆液配比试验,选定适宜注浆材料及浆液配比,确保所选浆液配比、强度和耐久性等物理力学指标符合设计施工要求;%制订具体注浆施工设计、工艺步骤及注浆质量控制程序,严格按要求实施注浆、检验、统计和分析,立即做出!(注浆压力8/A注浆量8/#A时间8曲线,分析注浆效果,反馈指导下次注浆;&依据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果立即进行信息反馈,修正注浆参数设计和施工方法,发觉情况立即处理;做好注浆孔密封,确保其不发生渗漏;(做好注浆设备维修保养,确保注浆材料供给和注浆作业不间断。3盾构施工技术发展简史盾构法问世
19、已经有170多年。1825年英国人布鲁洛(M.I.brunel)在蛀虫钻孔启示下,最早提出了盾构法建设隧道方法,并于1825年在穿越泰晤士河隧道中第一次使用了盾构技术。1830年Lord Cochrance发明了施加压缩空气“压气法”以处理盾构穿越饱和含水地层时预防涌水问题。后,Greathead首创了在盾尾衬砌外部盾尾空隙中注浆以控制地基变形壁后注浆方法,深入推进了盾构法隧道在城市建设中应用。1865年巴尔劳首次采取圆形断面盾构,以后这种断面就成为盾构隧道基础断面。20世纪6070年代,继法国研制了泥水加压式盾构后,日本也研究开发了土压平衡式盾构,这种闭胸式头部、刀盘机械开挖技术结合管片衬砌
20、、壁后注浆及防水技术成为近30年盾构技术主流。中国上世纪50年代初首次在东北阜新煤矿采取盾构法修建了直径2.6 m输水巷道,1966年在上海采取网格式挤压盾构修建了直径达成10 m打浦路越江隧道,80年代早期上海开始使用土压平衡式盾构进行地铁隧道修建,80年代末期中国开始使用泥水加压式盾构,并在1994年成功地进行了上海延安东路南线越江隧道工程。至今有多项关键隧道工程均采取了盾构法施工,如广州地铁二号线海珠广场站至市二宫站区间采取了用泥水盾构改造复合式盾构施工2,南京地铁一号线钓鱼台盾构工作井至三山街站南端头井区间采取日本三菱企业生产6 340 mm土压平衡铰接式盾构机施工3,南水北调中线工程
21、穿黄工程4、西气东输工程经过长江均采取泥水加压式盾构施工5。盾构隧道常见质量问题分析李永鸿(深圳市地铁集团,广东深圳518026)隧道和地下工程现在中国地铁盾构隧道关键由钢筋混凝土预制管片组成,其原理是拼装成环管片直接成为隧道最终衬砌,在隧道施工和使用过程中保持结构稳定,并负担盾构机顶推力、注浆压力、围岩压力和地下水压力。盾构隧道管片是隧道关键结构形式,也是隧道防水、防火和耐久性等综合性能确保,管片拼装后外观质量和防水质量是影响隧道质量直接原因1。即使盾构法在地铁隧道工程中应用很普遍,但管片拼装仍存在部分比较常见却又还未得到很好处理问题,如管片开裂、破损、错台和渗漏水等。笔者依据深圳地铁二期工
22、程施工实践,对管片拼装时各类质量缺点产生关键原因进行了分析,并提出了部分控制方法。工程中管片关键质量缺点统计见表1。表1深圳地铁二期盾构隧道管片关键质量缺点统计1管片渗漏水1.1原因分析管片渗漏水是盾构隧道施工中最常见质量通病,其产生原因能够归结为以下多个方面:1)管片拼装不到位。当缝隙不均匀或接缝中有夹杂物,管片纵缝有内外张角、前后喇叭时,管片外弧面接缝处产生应力集中,混凝土出现楔块状碎裂,致使止水条和管片间不能密贴。2)成品保护不足或止水条粘贴不牢靠。管片拼装时错动,尤其是最终封顶块(K块)插入易使止水条移位或被挤到管片外侧。3)注浆效果差。注浆孔是盾构隧道防水中微弱步骤,进行同时注浆时漏
23、浆、注浆量不足、注浆后封堵不到位,全部会引发管片漏水。4)盾构机姿态控制不妥。盾构和管片姿态不好,会引发成型隧道管片错位,相邻管片止水带不能正常吻合压紧,引发管片漏水;掘进过程中推力不均匀或推力过大,也会造成管片受力不均匀而产生裂纹。5)地下水影响。因施工场地地下水丰富,加之注浆量不足,部分管环上浮量较大,造成环缝止水条被撕裂或移位,纵缝出现内外张角。1.2控制和预防方法控制隧道渗漏水能够从管片自防水、衬砌接缝防水、盾尾填充注浆等几方面考虑。1)提升管片质量和混凝土防水等级,如:采取高抗渗等级(S10、S12)混凝土,依据设计合理选择管片形式,确保盾尾间隙合理;加强管片运输过程中成品保护工作,
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