临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法.pdf

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临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法

1.前言

国力的增强、技术的进步,盾构法施工越来越多的被国内接受.目前国内地铁已经使用盾构法的城市有上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州、青岛等,另外还有其他很多城市正在筹建.由于盾构施工在工期、安全、质量等方面的优势,一些城市,如上海、南京、武汉等过江隧造工程也越来越多的采用盾构法施工.但是盾构各个施工阶段的施工技术质量要求严格,安全性要求高,尤其在临近江河地段,地下水位较高的位置进行大盾构的施工,所以超大直径盾构始发施工技术需要我们不断总结,不断提高.

中铁十四局集团有限公司根据承建施工的南京长江隧道和武汉地铁8号线越江隧道等工程,针对项目采用超大直径盾构隧道施工,盾构始发过程中存在洞门破除坍塌、渗漏、洞门密封失效等风险,在总结南京长江隧道、扬州瘦西湖隧道、武汉地铁8号线大直径越江隧道工程成功完成的基础上形成该工法.

该工法解决了始发洞门加固体坍塌、渗漏、始发密封失效渗漏等诸多难题,保证了盾构始发的安全可靠.实践证明,该工法成熟可靠,可以确保工程安全质量,加快生产进度,创造良好的经济效益.该工法在地下铁路、公路工程、市政工程等大直径盾构安全始发方面具有良好的推广价值.

2.工法特点

质量高:盾构始发井洞前加固可靠,洞门密封可靠,不渗不漏.

安全性高:该工法有效的避免了大直径盾构始发过程中的种种风险,大大提高了生产的安全性.

施工成本低:相对于其他措施,该工法使用的机械设备及材料为常规材料,成本低.

3.适用范围

本工法适用于大直径的穿河越江隧道工程中采用盾构法施工的盾构始发工艺.

4.工艺原理

盾构始发是盾构施工的一大难点,施工时存在的难题有以下几点:

1)洞门直径大,混凝土地连墙破除风险大;

2)建仓渗漏风险大:

3)洞门破除过程中易造成洞门渗漏风险:

针对以上特点,确定采用相应的处理方法,利用徐家棚车站施工间隙,实施区间端头素地下连续墙、搅拌桩加固、旋喷桩补缝及降水井施工:车站西端头井结构施工完毕具备始发条件以后,首先进行始发基座与反力架施工,盾构机运至工地后,进行整机下井组装,在组装过程中进行洞门密封安装及泥水设备联机测试:组装完成后进行盾构机空载调试,同步进行分次洞门破除以及泥水投料试车等工作:盾构机空载调试完成后进行负载调试、拼装负环管片:然后盾构机向前推进,破除全部洞门,刀盘接触掌子面土体,将泥浆场准备好的浆液打入开挖面中,保持液面稳定然后缓慢加压至一定数值后观察有无泄漏等异常,再缓慢降低气压,直至将切口压力缓慢调成Obar.进行洞门密封二次注浆、开始盾构机试掘进施工等.

5.施工工艺及操作特点

5.1始发端概况

盾构隧道始发试掘进段平面线性位于半径700m的曲线之上;纵断面为平坡始发出洞后水平推进50m,然后以27%的坡度下坡:隧道埋深在13.2m~17.29m.

盾构段始发区域位于和平大道旁徐家棚社区旁,武昌侧盾构始发即下穿密集

居民区,隧道始发试掘进段主要穿越徐家棚棚户区,周边建筑物密集,大多数属于1~4层老旧民房,房屋较为破旧且多违建,抵抗沉降能力极差.端头加固区距离楼房最近为2米.

盾构始发主要穿越4-1粉砂、4-2粉细砂,该层土体呈灰色,饱和,松散~稍密,局部夹粉质黏土、粉土薄层及中粗砂透镜体.

地形、地貌及水文特征

隧道越江段地貌属长江河床及长江一级阶地,地势是南高北低.两岸为长江一级阶地,地势平坦开阔,相对高差一般小于1~3m,地面高程23~26m.长江以北东向流经场区,属顺直分汉河道,在场区上游河道内有白沙洲、潜洲一顺排列.场区江宽1400m,河床开阔,江底平顺,北坡(左岸)平缓,南坡(右岸)较陡,主槽位于长江南侧,勘测期间江水位高程16.50~20.32米,河床高程在最低-2.43m,最低处在靠近武昌岸侧.

长江武汉河段的水量、砂量主要来源于上游干流和汉江支流,其水沙变化受水文年的随机影响,没有明显的变化趋势.据武汉关所测,历年最高水位29.73m(1954.8.18,吴淞高程),历年最低水位10.08m(1965.2.4,吴淞高程),多年平均水位18.97m(吴淞高程),最大流量76100m3//s(1954.8.14),最小流量4830m3//s(1963.2.7).一般流速1.5~2.0m/s,最大流速3.0m/s以上,水位比降约为0.025~0.038%,枯水位时约为0.02~0.03%.年最大输沙量为5.79亿吨,最小输沙量为2.33亿吨,多年平均悬移质中值粒径为0.021mm,多年平均河床质中值粒径为0.181mm.武汉防洪水位为:设防水位25.00m(吴淞高程),警戒水位27.30m(吴淞高程)和保证水位29.73m(吴淞高程).

5.2泥水盾构始发施工工艺流程图

5.3主要施工方法

5.3.1始发基座及反力架结构施工

始发基座采用现浇钢筋砼结构,始发基座为弧形结构分盾尾基座和盾体基座两部分,基座纵向平行盾构中心线.盾构机壳体与基座之间有10cm的空隙,用于焊接导轨.基座纵向预理300*300H型钢,上部与100*100方钢焊接,纵向每

隔10cm设置一道加劲肋,焊缝高度不小于8mm.方钢作为盾构机壳滑行的轨道.施工始发井底板时预埋插筋,将始发基座和底板连接成一个整体,使基座在始发时抗剪力更大.如图5.3.1-1所示.

5.3.1-1始发基座、反力架示意图

盾尾基座长13.55m,宽5.4m,纵向对称布置四条盾构机滑行轨道,与盾构机中心线夹角分别为41.4°,81.3°.基座南北两侧各布置5道500mm厚混凝土墙支撑盾构始发基座.纵向预留两道沟槽,沟槽为盾构组装焊接提供操作空间,预留沟槽宽度lm.

盾构前体、中体基座长13.1m,宽9.5m,纵向对称布置四条盾构机滑行轨道,与盾构机中心线夹角分别为41.4°,88.15°.盾体两侧的基座施工时各预埋一根工字钢.当盾构机掘进时,由于刀盘切削土体,引起一个反作用力,使得盾体可能发生扭转,因此我们在盾体上焊机钢构件,钢构件另一端抵住基座两侧预埋的工字钢.

两基座之间横向预留一道沟槽,宽度1.1m,为盾构组装焊接提供操作空间.纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑,工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预埋钢板焊接.两基座之间横向一道预留沟槽,沟槽宽度1.1m,此外,在始发基座上端预理300*300抗扭工字钢.纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑,工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预理钢板焊接.

为便于盾构始发及抵消盾构机始发后栽头,在始发基座施工中将结构顶面调整.具体调整尺寸为依照盾构设计中心线,始发洞门处始发基座处拍高20mm,以此点向大里程方向延伸一个盾构机长度(14.307m)处不抬高(按设计值).以此两点成直线控制其它部位调整尺寸,在盾构机始发完全接触连续墙后,盾构机刀盘处理论抬高25mm.

反力架采用钢反力架,由门架和钢环两大部分组成,门架由箱形结构两横梁和两竖梁组焊门形结构,其厚度为1800mm:钢环由环形上、下盖板和腹板组焊

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