盾构法隧道硬岩段矿山法开挖管片衬砌综合项目施工新工法.doc
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1、盾构法隧道硬岩段矿山法开挖管片衬砌施工工法中铁隧道集团中铁隧道股份有限公司:杨书江一、前言随着都市轨道交通事业迅速发展,盾构法施工技术在上海、广州、深圳、北京、南京等都市地铁建设中得到广泛应用。当前国内使用复合式土压平衡盾构对于软土及岩石单轴抗压强度不大于80Mpa硬岩地层施工是完全适应,但是对于长度超过100米、岩石单轴抗压强度超过100Mpa地层,在国内用盾构法施工还没有先例,在国外也没有这方面成功经验报到。广州市轨道交通三号线【大石南汉溪站市桥北区间】盾构工程,其中左右线隧道共有427.5m岩石单轴抗压强度达118Mpa硬岩地层,存在较大施工难度。为减少施工风险,拓展土压平衡盾构在较长距
2、离与硬岩地层中施工配套技术,开展了专项科研课题研究,采用了钻爆法开挖与初期支护、盾构空载推动拼装管片通过、管片背后吹米石与注浆结合新工艺,并获得了圆满成功。在此基本上,总结形成本工法。二、工法特点1、将钻爆法施工与盾构法施工相结合,局部硬岩地段用钻爆法开挖支护、盾构法衬砌,极大地拓展了盾构法施工合用范畴。 2、避免了盾构法在岩层太硬、距离偏长地层中施工对设备损坏和对盾构法应用限制。3、施工速度快、工期效应明显。盾构拼装管片通过硬岩段可以达到平均每天11米施工进度,其综合进度比盾构法在普通软岩地段进度还快。4、避免了盾构在岩层段掘进时刀具磨损及意外破坏。相比之下有较大成本节约,效益好。5、工艺可
3、操作性强,在只要采用相应办法和办法满足都市环境条件即可推广使用。三、合用范畴本工法合用于采用盾构或双护盾TBM施工都市地铁、铁路、公路、水工隧道等地下工程中有较长距离硬岩地层地段。四、施工工艺(一) 工艺原理在盾构到达硬岩地层前,运用钻爆法开挖硬岩地层并进行必要初期支护,隧道底部施作弧形钢筋混凝土导向平台。盾构在导向平台上空载推动、拼装管片通过,管片背后与钻爆法初期支护间空隙运用吹米石与注浆结合方式充填密实。达到全隧道净空、构造和防水设计一致。(二) 施工流程施工工艺流程图见图1。(三) 施工办法硬岩段钻爆法施工视状况有先于盾构法施工和后于盾构法施工两种状况,后者对工期和已施工相邻段隧道构造安
4、全影响很大,需采用相应有效办法。本文所述内容为前者。硬岩段钻爆法开挖、盾构法衬砌涉及不同办法和较长施工区段,其纵断面示意参见图2。1、硬岩段钻爆法施工硬岩段隧道断面普通设计为圆形(隧道构造示意见图3),采用新奥法原理设计、施工。依照盾构通过需要,将硬岩段钻爆法施工段分为盾构通过段和盾构接受段。硬岩段钻爆法施工碴土清理及刀盘防护硬岩段开挖完后盾构到达交接面至导台间砼浇注补充注浆拼装管片豆砾石吹填效果检查每4环检查注浆效果YESYESNONO吹填豆砾石(米石)后期补充注浆盾构通过硬岩段.盾构空载推动盾尾同步注浆盾构推动至导向平台施工结束图1 施工工艺流程图普通段盾构法施工图2 硬岩段钻爆法开挖、盾
5、构法衬砌纵断面示意图图3 硬岩隧道断面构造示意图(1) 盾构通过段盾构通过段隧道设计比盾构外径大120mm。该段采用光面爆破技术开挖、锚喷网联合支护,详细支护参数依照围岩条件和监控量测成果进行调节。(2) 盾构接受段为了保证盾构出洞时空间,硬岩隧道接近盾构隧道处3米隧道作为盾构机接受段。盾构接受段隧道净空为6800mm。为便于盾构到达后对盾构进行底部解决,底部70范畴内半径加大到3700mm。(3) 导向平台施工为保证盾构按设计姿态通过,隧道底部60范畴内设立半径为3150mm厚度150mm弧形混凝土导向平台,导向平台顶部铺设10200钢筋网片,混凝土保护层厚度为50mm。在导向平台两侧每隔6
6、m对称预埋两块钢板,钢板与平台钢筋进行焊接,便于安装牛腿,为盾构推动时提供反力。2、盾构到达段掘进施工盾构隧道与硬岩隧道贯通前25m为盾构到达段,采用土压平衡模式掘进。盾构进入到达段时,逐渐减小推力、减少推动速度,并加强出土量监控。隧道贯通前3环采用敞开式模式掘进。采用小推力、低转速进入盾构接受段。掘进参数见表1、表2。隧道贯通前150200m,对盾构隧道和硬岩隧道洞内所有测量控制点进行一次整体、系统复测和联测,对所有控制点坐标进行精密、精确平差计算。贯通前100m、50m时分别人工复测盾构姿态,及时纠正偏差,保证盾构顺利进入接受段。盾构在到达段掘进过程中,派专人负责观测硬岩隧道段岩面变化状况
7、。发现围岩或硬岩隧道初期支护混凝土有较大震动或变形时,及时告知盾构主司机调节掘进参数,防止推力过大,导致刀盘前部围岩大面积坍塌。表1 盾构到达段掘进参数表编号项 目参 数适 用 范 围1土仓压力1.21.4bar隧道贯通前25m2刀盘转速1.651.85r/min3推 力800T4推动速度25mm/min表2 贯通前3环掘进参数表编号项 目参 数适 用 范 围1土仓压力敞开式贯通前最后3环2刀盘转速1.601.75r/min3推 力600T4推动速度10mm/min3、盾构进入接受段后工作盾构进入接受段后,重要有如下三方面工作:(1) 刀盘前方碴土清理隧道贯通时碴土无法用盾构出碴系统出碴,只能
8、人工清理。清理后碴土运用硬岩隧道施工运送车辆从竖井运出洞外。(2) 导向平台顺接碴土清理完毕后,用C30早强混凝土将盾构前体下部至硬岩隧道段已施工导向平台进行顺接,保证盾构顺利过渡到导向平台。(3) 安设提供反力牛腿及千斤顶在导向平台预埋钢板上安设牛腿,在牛腿与盾构土仓隔板间安设液压千斤顶,为盾构步进提供反力。此外,也可采用在刀盘前方堆碴,为盾构推动提供足够反力。4、盾构步进、拼装管片通过硬岩隧道段盾构推动前,将喷射机、米石等材料机具通过硬岩隧道段施工竖井运至刀盘前方。(1) 盾构步进依照刀盘与导向平台之间关系,调节各组推动油缸行程,使盾构姿态沿设计线路方向推动。前期施工时推动速度普通控制在1
9、540mm/min之间,工艺纯熟后推动速度可达到6085mm/min,总推力在300t左右,下部油缸压力略不不大于上部油缸压力。盾构步进时,派专人在盾构前方检查、监测盾构步进状况,重要检查硬岩隧道开挖与否有侵入盾构刀盘轮廓岩石存在、盾构前体下部与导台结合状况、米石回填与否密实等。盾构步进时,刀盘前方监测人员与盾构主司机要紧密配合,使盾构沿导台中心进行前移,保证盾构前移时管片受力均匀。依照该段曲线半径(R1800米),计算出盾构每推动一环所发生偏转角与铰接油缸行程差和推动油缸行程差。经计算,每推动一环管片所发生偏转角0.04775,油缸产生行程差为4mm。在盾构推动前复核硬岩隧道与盾构轴线误差,
10、依照误差调节铰接油缸、推动油缸行程差,保证盾构盾壳与硬岩隧道间间隙,保证盾构按隧道设计轴线进行推动。(2) 管片拼装加强管片选型工作,通过控制盾尾与管片外表面间隙,保证管片拼装符合设计规定。管片拼装工艺与正常掘进时工艺相似。管片选型时,依照盾尾间隙与油缸行程差,结合盾构姿态选取适当管片。管片每安装一片,先人工初步紧固连接螺栓;安装完一环后,用风动扳手对所有管片螺栓进行紧固;管片出盾尾后,重新用风动扳手进行紧固。在安装管片时,推动油缸压力设定为50bar。5、管片背衬回填管片背衬回填由喷射米石、盾尾同步注浆、补充注浆等构成。通过喷射米石在管片脱离盾尾时对管片进行支撑,防止管片下沉产生错台,并增长
11、盾构向前推动摩擦力。运用盾构同步注浆系统压注水泥砂浆,使衬砌管片与地层间紧密接触,提高支护效果。依照注浆后检查成果,从管片注浆孔补充注浆固结管片。 (1) 喷射米石回填在管片拼装同步进行米石喷射回填工作,喷射米石分两步进行:第一步,每隔4.5m在盾构机切口四周用袋装砂石料围成一种围堰,围堰范畴不不大于60300,以防管片背后米石、砂浆前窜。从刀盘前方向盾构后方吹入粒径510mm米石骨料,喷射压力为0.250.3MPa。第二步,在管片拼装完毕并脱出盾尾后,从管片注浆孔向管片背后吹入米石骨料。但当管片背后间隙较少时,从注浆孔向管片背后吹米石比较困难,这点在施工中要充分考虑周到。喷射米石回填施工见图
12、3所示。充填原则:考虑暗挖隧道平均超挖15cm,管片与暗挖隧道孔隙6.98m3,喷射米石填充孔隙6070%,则每环管片需喷射米石约4.55m3。图4 喷射米石回填示意图(2) 盾尾同步注浆 同步注浆浆液性能同步注浆采用水泥砂浆。浆液配比为水泥:膨润土:粉煤灰:砂:水160:56:341:779:446 。浆液胶凝时间为初凝时间8h,终凝时间10.5h,施工时依照盾构推动过程中浆液流动状况,恰当调节浆液胶凝时间。 注浆工艺同步注浆在每环管片喷射米石回填后进行,与盾构步进同步。注浆通过盾构自身配备同步注浆系统,采用手动控制方式,由人工依照现场状况随时调节注浆流量、速度、压力。注浆压力:为保证对管片
13、背后空隙有效填充,同步防止砂浆前窜至刀盘前方,注浆压力取值为0.050.08MPa。注浆结束原则:同步注浆时盾壳外围是敞开,压力变化不大,不以压力作为注浆结束控制原则。当注浆量达到理论注浆量80%以上(考虑浆液向刀盘前方流动,每环同步注浆量普通取6m3)时,即可结束注浆。在注浆过程中,加强对盾构四周以及盾壳外部围堰变形观测,发既有浆液外泄,应暂时停止注浆。 注浆效果检查在盾构管片安装10环后,间隔6m(4环管片)在管片注浆孔处开口检查注浆效果。依照检查效果,决定与否进行补充注浆。(3) 补充注浆 第一次补充注浆第一次补充注浆目是填充管片背后特别是顶部空洞,保证管片与硬岩隧道初期支护间密实度。盾
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