超大直径泥水盾构机始发技术.pdf

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・隧道/地下工程・超大直径泥水盾构机始发技术孔玉清(中铁十四局集团有限公司济南250000)摘要以扬州市瘦西湖隧道工程为例,详细阐述了在老黏土地层条件下,超大直径泥水平衡式盾构机始发详细流程、重点技术控制措施,并介绍了针对黏土地层对泥水平衡式盾构机刀盘刀具的改造情况,可供类似工程借鉴。关键词隧道工程泥水盾构机始发技术控制措施中圈分类号U455.43文献标识码B———文章编号10094539(2014)02004705LaunchingTechnologyofSuperLargeDiameterSlurryShieldMachineKongYuqing(ChinaRailway14山BureauGroup’Co.Ltd.,Jinan250014,China)AbstractTakingYangzhouShouxihutunnelproject船anexample.thepaperexpatiatesthedetailedwork_t]owsandkeytechnicalcontrolmeasuIesofslurrybalanceshieldmachinelaunchingofsuperlargediameterintheoldclaystratum.andcutterheadtoolmodificationforworkinstickyslurrylayer.whichcouldbetakenforreferenceinsimilarconstruction.Keywordstunnelengineering;slurryshieldmachine;launchingtechnology;controlmPxisures1工程概况扬州市瘦西湖隧道工程东起漕河路与史可法路交叉口,西讫杨柳青路与维扬路交叉口,全长约3.6km。其中,湖东明挖段全长580In,湖西明挖段主线全长775m,主体盾构隧道段长度约为I275km,设计速度为60km/h,采用单管双层双向四车道。盾构采用z(左转)、Y(右转)通用楔形环管片,最大楔形量48mnl,管片外径14.5m,内径13.3m,壁厚0.6m,环宽2.0m,混凝土强度等级C60,抗渗等级P12。始发段位于R=1500m的左转圆曲线上,始发段位于线路下坡段,坡度5%。盾构段施工采用直径14.93m的泥水平衡式盾构机由湖东向湖西掘进。2工程地质概述盾构始发段主要开挖土层为(2)2粉砂、(3)1下蜀黏土。其中3(1)下蜀黏土具有中等膨胀性,在膨胀性地层中开挖隧道或地下洞室,常常可以见到围岩因开掘而产生变形,或者因浸水而膨胀等现象,使设置在膨胀性围岩中的隧道或地下洞室的洞壁发生位移,导致围岩失稳,衬砌破坏。盾构穿越地层地质参数见表1一表3。表1盾构穿越地层地质参数渗透系数/:cm・s一)热物理指标贯原始压缩模量承载力天然∥天然容重导温系数导热系数锤击数特征值层号名称孔隙比e比热容c/Esl一2/MPa含水量/%’(kN-m3)垂直水平—理X103/a/(W・心.5/击fa/kPa:kJ/ks・K)(m2・h一1)(Ink)一)O.565X0.586X(3)1黏土21.732.030.651.292.251.6630.cr713.43220—107—107——收稿日期:20130714铁道建铕技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2014f2J万方数据・隧道/地下工程・表2盾构穿越地层地质参数固快残余剪切直接快剪三轴CU三轴UU层号名称内聚力内摩擦角内聚力内摩擦角内聚力内摩擦角内聚力内摩擦角内聚力内摩擦角C/kPa∥(。)C/kPa∥(。)(7/kPa∥(o)C/kPa∥(o)≠CkPa∥(o)(3)1黏土10520624642446181089表3盾构穿越地层地质参数饱和快剪无侧限静止垂直基侧向基床抗压侧压力床系数系数/层号名称C/母,强度qu/系数kK/(MNfMN泊松比弘kPa(o)kPa・nl一3)・nl-3)(3)1黏土6017299.1O.5771.460O.363施工工艺3.1工艺流程(见图1)直接冲击掌子面,一方面防止土体直接进入堵塞冲刷口(见图3)。一匿蜜蓦图2刀具改造前后对照图图3刀盘正面冲刷系统图3.3洞f-l,Ju固图1盾构始发工艺流程为保证盾构机安全顺利始发,对始发井端头采用,I,looo旋喷加固进行地基加固,湖东工作井端头3.2盾构机适应性改造加固区域范围为18000mm×24500mm,有效桩长由于本工程盾构主要穿越地层为黏土层,盾构为26.8m,即桩底标高为工作井底板标高下1m掘进过程中土体容易在刀盘中心集中,因此需要对(一18.3m),桩顶标高为8.5m。刀盘进行局部改造。3.4始发基座反力架施工①中心刀的改造始发基座及反力架采用现浇钢筋砼结构。始盾构机初装中心刀为柱形刮刀更改为固定式发基座为弧形结构,底部长15m,宽15.5m,结构鱼尾刀,刀具中心高出刮刀切削面210mm(见图纵向两道预留沟槽,横向一道预留沟槽,为盾构组2);LI盘中心提前切削土体,有效增加了中心部分装焊接预留操作空间。反力架为内圈为圆环形,土体的流动性,可以有效地减小结泥饼的几率。内径13.30m,前侧面上预埋28块60cm×60cm②增加刀盘正面冲刷系统钢板,作为钢管支撑点。为便于盾构始发及抵消在保留刀盘中心冲刷的前提下,增加刀盘正面盾构机始发后栽头,在始发基座施工中将结构顶的冲刷系统,在主辐臂内共设置6路22个冲刷点。面调整。依照盾构设计中心线,始发基座起点(K2每个冲刷点外部均设置保护挡块,一方面防止泥水+180.3){示高不变,始发基座终点(K2+163.75)48铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2014f2J万方数据・隧道/地下工程・处抬高29mm,以此两点成直线控制其它部位抬高尺寸,在盾构机始发完全脱离连续墙后(盾构机长度14.307m),盾构机刀盘处理轮抬高62mm。施T完毕的反力架及始发基座见图4:”I.j三一.墨皇皇=喜器—I:懑臻l。掣譬嘲幕鬻图4施工完毕的反力架及始发基座3.5预埋钢环设计安装盾构机工作井洞门预埋钢环设计为宽度0.8m的圆环板结构,钢环内侧面直径15.35m。钢环竖直埋设于主体结构内,钢环外侧设置锚筋埋入主体结构中,钢环外侧预埋妒8注浆管,注浆管穿过预埋钢环,与钢环内侧面连通。预埋注浆管,共23处(壁厚4mm),沿圆环均匀布置。钢环大里程侧与主体结构面平齐。3.6密封钢环设计与安装为了保证始发时泥水平衡的及时建立,本隧道采用了双道密封措施,同时为保证密封效果,设计密封钢环面垂直于盾构机轴线。密封环由封板、加劲板、圆环板、翻板和两道橡胶帘布组成。封板直径15.63m,封板上设有20个油脂加注孔,沿圆环均匀布置。目前密封钢环已按要求加工安装就位。3.7橡胶帘布、弹簧钢板的安装在密封钢环圆环板上设置180个螺栓孔,采用M24螺栓将帘布橡胶板固定于两圆环板之间,帘布橡胶板绕密封环内一周。橡胶帘布沿圆环径向宽度77cm,厚度2cm,采用径向尼龙线和环向棉纱绳制成。在密封环底部1200范围内设置弹簧钢板,弹簧钢板厚2mm,共60块。3.8始发方向确定盾构始发段隧道中线平面上为R=1500m的圆曲线,盾构机始发初期,为了提供足够的推力并保持反力架、负环管片稳定,盾构机必须沿直线推铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTEcHNoLoIGY进,当盾构机整体进入隧道,盾尾完全脱离密封环后,才能开始转弯。经综合考虑,采用割线始发,如图5所示,在洞门位置始发线路相对设计隧道中线偏移量为0mm,在盾构进入土体直线掘进约10m位置,始发线路相对设计隧道中线偏移量为117.5mm;盾构机直线推进15ITI后,开始向左转弯进行纠偏,纠偏曲线与设计轴线最大理论偏差c=120mm。因此,盾构机以这个方向始发后,各个预计偏差值均能满足要求。图5盾构始发线路3.9导向轨道延伸始发基座上四条导向轨道在盾构机工作井内始发基座上始发进洞,见图6。由于盾构机刀盘及前盾重量较大,当盾构机前盾脱离始发基座且刀盘尚未接触土体时,盾构机易栽头。为避免这种情况发生,需在该段线路上安装导向轨道,并在始发基座前端和洞门密封环的下部和上部浇筑钢筋混凝土立柱,以减轻盾构始发栽头现象。燃睁罨谜j导向y层!§‘…‘’’‘’‘‘‘…擎ji墨N这壅耋。。1。一一一。。一。秽罂巡壹兰段地。墨,图6导轨延伸3.10负环管片拼装负环管片为钢筋混凝土结构,外径14.5m,内径13.3m,强度等级C60,抗渗等级P12。管片之间用螺栓连接。为保证拼装位置正确,成环后不至发生位移或椭变,在管片浇筑前,在环、纵向螺栓的上下对应内、外弧面均设置预埋钢板,管片在整环拼装完成后采用20#工字钢(翼板之间加焊1cm厚钢板做肋,间距10cm)将管片环内部环与环、块与块间预埋钢板焊接。管片脱出盾尾后将同样采用20#2014f2J万方数据・隧道/地下工程・加肋工字钢。(I)一9环拼装准备一9环管片采用盾构机空拼,一9环在进行空拼前先焊接导轨和限位板。(2)一8环拼装一8环管片在拼装时要按照盾尾间隙来选择点位,因此首先要测量一9环拼装完成后的盾尾间隙。以一9环作基准环逐块拼装一8环。一8环第一块拼装好后,通过螺栓与一9环连接,并在其一端焊接钢板固定,然后再拼装其相邻块,以此类推,拼装完一8环。(3)一8环端面调平通过微调各组千斤顶行程调整其前端面,由测量班复核端面平整度和环向缝隙。理论上,调整后的端面平整度和环向缝隙应达到设计要求,而受限于现场施工条件,一8、一9环的横向椭变几乎不可避免,因此,调整的主要矛盾是:消除环向喇叭口,端面平整度尽量向设计要求靠拢。若环向喇叭口消除的情况下,端面平整度仍然达不到要求,可通过黏贴木板、软木衬垫的方式予以调整。(4)负环拼装及加固每块管片拼装完成后采用4Cm厚10cmx30cm钢板将管片环内部环与环、块与块间预埋钢板焊接。当负环管片拖出盾尾,必须及时从外部进行加固焊接,并在管片与盾构机导轨方钢之间插入钢楔子,确保管片不发生下坠,还需焊接水平钢管支撑和竖直钢管支撑,水平钢管支撑设置于中部管片中央,竖直钢管支撑设置于每环管片接缝位置。3.11反力架钢管支撑制安盾构始发时,推力油缸撑靴顶在预制的混凝土管片上,管片最终将力传递给盾构始发反力架,因管片位置要求,使得管片与盾构始发反力架之间存在倾斜的不等距离,设计采用壁厚20mm的妒00钢管连接,钢管撑依其位置不同长度变化,钢管内填充C30砼以避免整体失稳。反力架临盾构机侧已在盾构机推进油缸撑靴对应位置预埋28块600X600钢板。一9环临钢管支撑一侧已预埋宽度37.4cm的整环钢板。3.12洞门破除洞门圈内连续墙厚1.2m,分三次进行凿除。第一次凿除安排在冻结管安装完毕后进行,破除外侧混凝土10cln,剥除地下连续墙内层钢筋;第二次凿除安排在冻结完成交圈后进行,再分两层凿除混凝土70cm,第三次凿除安排在洞门前冻结墙厚度完全设计1.6m要求,同时盾构机及配套设施均已调试完毕,一9环、一8环管片完全准确定位并加固完毕,凿除混凝土厚度40cm;第三次凿除又分两阶段进行,第一阶段先破除30cm混凝土并将混凝土碴清理干净,在盾构机完成一7环管片拼装后在2d之内完成地下连续墙剩余10cnl混凝土及外侧钢筋凿除及清碴工作,保证盾构及时顶推到掌子面,同时冻结掌子面裸露时间不超过2d。3.13建舱及二次密封(1)开挖仓内注浆在盾构机刀盘穿过两道洞门密封,刀盘上部接触土体后,在开挖仓内注入清水使水位慢慢上升,通过预埋在钢环上的注浆管观测水位,当一个高度上的注浆管有水外溢时则封闭此注浆管,继续注入清水,依次上升,直至开挖仓及第二道帘布橡胶密封内充满清水。(2)帘布密封注浆在开挖仓内注入泥水的同时通过密封钢环上的油脂注入孔在第一道帘布与第二道帘布密封之间注入添加堵漏剂的泥浆封堵帘布橡胶与盾体之间的空隙。帘布橡胶之间注人泥浆过程中也是从底部向上注入,首先通过在下部的注浆孔1注入堵漏泥浆,同时打开其上方的注浆孔2用于排出帘布橡胶空腔内气体,待注浆孔2有泥浆溢出时,关闭下方的注浆孔1后,通过注浆孔2注入泥浆,依次向上进行直至顶部注浆孔有泥浆溢出,保证帘布之间充满泥浆,以封堵帘布与盾体之间的空隙,提高密封效果,以及时建立盾构掘进泥水压力平衡。(3)二次密封注浆在盾构机向前掘进,负环拼装,待盾构机盾尾最后一道钢丝刷完全进入密封环内后,将密封钢板将圆环板二及零环管片外侧预埋钢板进行二次密封焊接,以形成二次密封,确保盾构泥水压力平衡建立及盾构同步注浆的顺利实施。二次密封焊缝高度1cm,要求焊缝连续、不渗漏,密封钢板厚50铁道建箔技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2014f2J万方数据・隧道/地下工程・度2cm,径向宽度42.5cm,具体可根据圆环板二与零环管片之间间隙进行调整,如图7所示。当二次密封钢板完全焊接密闭后,随着盾构机掘进开始二次密封注浆。工作莽内衬一扣劲板一(厚20mm)堵满舟j滟浆菜液lR=8075圆环板一(厚204结语15It'll左右大直径盾构隧道在国内刚刚起步,而使用泥水平衡盾构机在黏土层掘进在国内尚属首例,扬州市瘦西湖隧道工程通过采取各种可靠的技术措施,确保了14.93Ill直径的大型泥水盾构机顺利始发,可以为类似的盾构施工提供借鉴和帮助。参考文献二次密封板[1]图7二次密封[2][3][4]张公社.超大直径泥水平衡盾构始发技术[J].铁道建—筑技术,2009(8):5761.陈健.超大直径泥水盾构始发建舱技术[J].现代交通—技术,2009,6(3):7779.王建华.超大盾构始发洞门密封技术[J].现代交通技—术,2011,8(2):5758.翟志国.城市大直径盾构始发技术浅谈[J].科技资—讯,2009(4):122124.(上接第39页)人,降低工程造价。据统计,仅喷射混凝土节约穿,炮眼总数不应小于设计的90%。如果出现大的40%左右,每循环施工时间缩短1.5h。偏差,应废弃重钻,切实保证钻孔质量。水压爆破中,根据37个循环的统计结果,每循环装药及起爆工作的好坏与爆破效果和爆破工炸药消耗实际节约22kg,三台空压机(每台132kW/作的安全密切相关。装药时要严格按照炮眼的设h)每台节约0.5h,通风机(中档耗电踟kW/h)节约计装药量装填,毫秒雷管按设计起爆顺序和雷管运转时间0.2h,每循环总计节约1.2h,由此带来了“”段别安排,对号入座,按设计要求连续装药或间显著的经济效益和社会效益。隔装药或不耦合装药,总装药长度不宜超过炮眼6结束语深度的2/3,靠近眼口的剩余长度要用炮泥堵塞好。隧道光面爆破的实施,保护了围岩、开挖轮廓4.4起爆面平整并减少超挖,爆破岩碴便于装运,经济效益本爆破设计采用电雷管和非电毫秒导爆雷管和社会效益显著。在此基础上进行了水压爆破的起爆,塑料导爆索传爆的起爆方式。各类炮眼雷管施工尝试,降低粉尘含量对劳动者的健康危害,更连接到电雷管时要确保连接的质量,电雷管的聚能好提高炸药利用率,并达到了预定的效果。实践表穴要背向传爆方向,起爆网络连好后要有专人负责明,隧道光面爆破的设计、实施、过程改进等前期工检查后再起爆。作仍然起着关键作用,是隧道爆破施工技术拓展的基础和前提。5光面爆破实施效果及技术拓展….。.。爹考又献………苎竺苎燃进篓芝掣黧苎苎王酶爆破工程.武汉:武汉理工大学出版围岩壁面平整,危石少,局部坍塌减少,光面爆破后抖,,一。。。。‘………~一炮眼痕迹率达80%~90%;岩碴块度较小亦均匀,[2]王梦恕中国隧道与地下工程修建技术[M].北京:人节省装运时间,加快了施工进度;减少初期支护投民交通出版社,2010.铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUC"lIONTECHNOLOGY2014【2l51万方数据
布丁老师
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