盾構出洞技術

2022-10-15 10:54:04 字數 4537 閱讀 6272

一、前言

採用盾構法建造隧道或各種地下管道,一般是在預先建造好的工作井內進行盾構的安裝、除錯和試運轉,並將其準確地擱置在符合tranbbs設計軸線的基座上,待所有施工準備工作就緒後,開始沿設計軸線向地層內掘進施工,當盾構將要到達終點時,應準確測定盾構的現狀位置,並調整和控制其的姿態,使盾構正確無誤地進入預先建造安裝好的接收井內的基座上。

盾構的進出洞工序是盾構法建造隧道的關鍵工序,該工序施工技術的優劣將直接影響到建成後隧道或管道的軸線質量、進出洞口處環境保護的成效及工程施工的成敗。

盾構的進出洞施工技術必須根據工程所處地層的土質、水文、環境條件和環境保護要求的等級而制定,如何科學、合理地運用各種不同的進出洞技術,使其符合各工程的特定工況條件要求,是一項值得研究、**的課題。

二、盾構進出洞施工的關鍵技術

1 建立推進施工的良好後盾系統

後盾系統由後盾管片、支撐體系及後靠等組成,其不但要穩固牢靠,同時必須有乙個準確的後座支承面和適應施工的垂直與水平運輸的轉折通道口。

2 確保洞口處土體穩定

在盾構未靠上洞口處土體前,保護洞口附近地面和地下構築物,使盾構順利切入土體,並支護正面土體,從而進入正常施工狀態。

3 洞口建築空隙的密封技術

洞口建築空隙的密封問題,如不妥善解決,將會引起洞口滲漏,產生不可設想的後果,但目前對進洞施工時的洞口密封技術還不夠完善。

三、盾構進出洞施工中易發生的事故

1 洞門處土體湧入井內

洞口封門拆除後,井外土體不能自立,井內洞圈的密封裝置還不能阻擋洞外的土體,所以洞口外土體隨之進入井內,造成地面沉陷,影響附近地下管線和地面建築物的安全使用,如情況嚴重,則造成井下無法施工。

2 洞口周圈湧泥水

由於在出洞施工時損壞了洞口密封裝置,盾構出洞後沒有及時做好洞口防滲漏處理,故在盾構未全部通過工作井洞圈或已經脫出洞圈時,井外泥水不斷從洞圈與盾構或隧道之間的間隙湧入井內。如不及時處理,將導致地面沉陷和洞口處已建造好的隧道產生過量沉降。

3 盾構出工作井洞口時上抬或下沉

盾構出工作井洞口後,就失去了基座的支撐,若在施工中對正面平衡壓力值的設定和控制不當,則極易產生盾構的上抬或下沉,這將使剛建成的隧道偏離設計軸線,甚至無法正常施工。

進土部位和進土量控制不當,易使盾構上抬,於是地面也隨之隆起;正面土體流失過量,超量出土,易使盾構產生下沉。

4 管片產生碎裂、環麵不平、內外張角嚴重、縱縫喇叭大、環向旋轉等不良現象。

四、盾構進出洞施工技術

1 穩定正面土體

要確保洞口暴露後正面土體的穩定,必須對洞口狀況進行調查,然後採取有效的技術措施,使洞口處的土體不流失、不坍塌。

(1)洞口狀況調查

①工作井的構造

工作井一般用沉井法施工,但在建築密集地區或大型結構的工作井是採用地下連續牆、鑽孔灌注樁、smw工法建造的,由於圍護結構的不同,洞口的封門形式也不同。

用沉井法施工,在製作沉井時已預留了洞口(下沉前必須將洞口封閉),由於洞口的封閉方法與盾構進出洞口是否方便、安全、可靠關係極大,因此一般情況盡可能利用井壁厚度設定防塌方、止泥、止水密封裝置,封門形式可按實際工況條件(工程埋深、洞口處土層的土質效能、水文條件等)綜合考慮選定,但還必須兼顧到拆封門的方便。

②水文地質狀況

了解工程洞口處所處的土質效能、地下水位的深淺,採取適當的、最合理、最經濟的技術措施。

③隧道埋深和洞口直徑

隧道埋深和洞口直徑與洞口處土體穩定密切關聯,所採用的相應措施隨條件不同而不同。

④工作井洞口附近地面環境

地面環境要求的保護等級是洞口土體進行加固的依據。

⑤工作井洞口井壁的平面現狀

工作井洞口井壁平面現狀是曲線型還是平直線以及井壁厚度、洞圈構造等對進出洞施工技術的選定有一定關係。

⑥施工裝置的效能

隧道施工所用的盾構機型是進出洞方法選定的關鍵因素。

(2)對洞門外土體進行加固或穩定處理

採用土體穩定措施後,洞門外土體能穩定自立相當長一段時間,可大膽拆除封門,盾構即可進出洞,但在施工時必須對加固處理後的土體實際效能作檢測,確認其達到施工所規定的要求,方可拆洞口封門。當前常用的土體穩定技術有降水、地基加固、凍結法等。

①降水降水可有效地疏幹砂性土中的地下水,提高該層土的密實度,但不能大幅度提高土體的強度。如洞口敞開面積大、埋深深、敞開時間長,仍會有土體失穩坍塌的問題存在,此時降水僅能作為輔助措施;再則降水效果還受到降水深度、土質條件、周圍環境條件等的限制,所以只能在許可條件下使用。

②地基加固

地基加固可採用深層攪拌、壓密注漿、化學注漿等方法,目的是將洞口處一定範圍內土體預先固結起來,達到進出洞時所需的強度,能使洞口封門拆除後洞口處暴露的土體自立。但地基加固後的土體強度均勻性差,特別是在軟土地層中尤為突出,所以必須加強檢測,使加固土體的強度及其均勻性、加固範圍等,均符合加固設計的標準。

在作加固設計時要考慮到工程所用盾構的效能,如網格盾構是擠壓性的正面無切削裝置,則就不宜採用加固技術;對於全斷面切削刀盤,要考慮加固土體的強度以及出渣輸送的可能性。

③凍結法

使土體中水分凍結,整個凍結範圍內土體暫時形成有相當強度的凍結固體,在這種凍結固體支護下,拆除洞口封門,待掘進裝置進入洞門圈內、洞口密封裝置安裝完畢、洞口施工時的密封效能建立後再解凍,進入正常進出洞施工。

這種技術在煤礦建井施工中已廣泛應用,國外用於隧道施工已有許多例項,我國在隧道施工中亦已開始應用。

(3)在井內或洞門口採取的措施

①外封門形式

當工作井採用沉井法施工時,洞口封門一般採用鋼板柱(常用槽鋼組合),一種方法是在沉井下沉施工時,將封門安裝在洞口(封門板樁與沉井洞口的固定連線均設於井內的洞圈內,出洞施工時要能方便拆除),然後與沉井一起下沉到位,封門安置要牢固,不應在沉井下沉施工時遭到破壞;另一種方法是待沉井下沉到位後再緊貼井外壁打入封門板樁,但沉井在沉井下沉施工時須將預留洞口臨時封閉,待洞門板樁打入後再拆除。

盾構出洞時先進入井壁洞圈內,安裝好推進施工時的洞口密封裝置(圖1),然後拔除封門板樁進入推進施工。

外封門形式一般用於出洞施工,因其受到鋼板樁長度、構造及拔樁等影響,當洞口埋深較深時不宜採用。

②內封門形式

盾構進洞的封門一般採用內封門形式。封門可用型鋼組合(有豎封門及橫封門兩種形式),固定在井內壁洞口處(在沉井下沉施工時,洞圈內用粘土填封密實),當盾構最前端離封門50mm時停止推進施工,拆除封門,盡快將盾構推入井內的接收基座上,並及時封堵管片與洞圈之間的空隙,防止泥水從間隙處滲漏。

當洞口埋深較深、洞口處土質較好,自立效能強或洞口土體進行了加固處理,則內封門形式也可用於出洞施工,但洞圈內必須用粘土夯填密實,使洞圈內土體起到乙個土塞作用,用以平衡井外土體的側向壓力。

③特殊封門(井內外封門)

當工程埋深深、井外砂性土滲透係數大、地下水位高,要平衡地下水壓力較為困難,則盾構出洞時可採用另一種"外"封門形式,即在井內築一定長度的筒套(採用鋼筋混凝土結構或鋼結構),內徑與井壁預留洞口相同,筒套與井壁連成一體,筒套後端設有密封裝置,在筒套與井壁內面間用密排豎向鋼板樁封閉洞口,沉井下沉前在井壁洞圈內填粘土,盾構先進入筒套內(圖3)。出洞施工時,逐根拔除鋼板樁,每拔除1根,須及時封住上開口。

該封門形式具有如下特點:

i 盾構出洞前已建立正面平衡體系,在出洞過程中能較好地控制正面平衡壓力,使洞口外土體流失能控制在允許範圍內,有效地保護環境;

ii 井壁洞口內及筒套內均用粘土填充,土塞效應長度大,洞口間隙密封效果好,土體不易流失;

iii 洞口封門板樁由於設在井內,板樁長度略大於洞口直徑,只需用推進施工用的行車即可方便、迅速拔除,不需另行配置大型裝置;

iv 筒套構造設計時,考慮了出洞時可能出現的問題,降低了施工難度。

④用smw工法施工洞口封門

當工作井採用圍護開挖施工工藝時,可在工作井進出洞口處用smw工法作結構施工圍護,在進出洞施工時,先拔除smw樁內的h型鋼,利用掘進裝置刀盤切削smw樁的水泥土,逐步完成進出洞施工。

2 基座的設定

(1)基座設定前的準備

基座設定前不能僅以圖紙為依據,必須核對實際預留洞口的位置和尺寸,洞口的內淨尺寸是否滿足施工所需(要考慮裝置的最大尺寸),否則須加大洞口直徑。

將洞口實際中心位置的水平方向引至洞口兩側井壁上,以等高表示;垂直方向引到洞口下部井壁上,以作基座前端定位的依據。對於內封門形式,由於實際洞口被掩蓋住,因此最好能在未封洞口前就把中心位置引到不受封門影響的井壁上標識出來。

(2)基座軸線的測定

基座設定的條件除了洞口中心外,還必須有其坡度與平面方向符合隧道設計軸線的要求。當隧道設計軸線是平曲線時,需要事先加以計算並把標識引至後井壁上方,若有條件,可將基座精確地安裝好。

(3)導向軌的設定

設在基座頂部的2根平行導軌即為導向軌,盾構擱其上面進行安裝除錯,其不僅要承受盾構的安裝重量,而且還是盾構推進的軸線導向,因此必須使導向軌夾角中心與隧道軸線相一致,盾構的擱置方向要正確。

(4)基座形式

基座可以是鋼結構、鋼筋混凝土(整體現澆及預製裝配)等形式。基座要有足夠的強度和剛度,特別是鋼結構形式的基座,還必須有整體穩定性能與區域性穩定性,以免施工應力作用後產生事故。

接收基座用於接收運動著的盾構,由於在安裝基座時,盾構的進洞姿態是未知的,所以只能以隧道設計軸線設定平面,且高程導軌面不能超過洞圈面。當其與盾構的實際姿態不符時,則盾構在上基座後會產生姿態突變,造成洞口處成環襯砌軸線的突變、環縫拉開、圓環變形等不良現象。如能設計乙個可調節的基座,當盾構進入接收井洞口時,可按其實際姿態調整基座導軌軸線,符合盾構的實際軸線,使盾構平穩推上基座。

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