本工程區間採用盾構工法。東方大道站~獨墅湖南站區間左線1772.729m、右線1794.2m。盾構區間總長度3566.929m。
本區間線路始於東方大道站東端,下穿花涇港河道後線路稍向北偏,下穿獨墅湖公園、賞湖路、規劃地塊(一類居住用地)及蘇州運河後,線路轉向北下穿過規劃地塊(二類居住用地)後折向啟月街到達獨墅湖南站。區間線路共有兩段曲線,半徑分別為2000m、450m,左右線路中心線間距13.0~16.
5m。區間隧道縱坡呈「v」型,最大坡度25‰,最小坡度3.5‰,與車站相連端的豎曲線半徑為3000m,其餘為5000m。隧道埋深10.
8~19.1m,下穿蘇州運河段隧道最小埋深11.6m。
圖1.1 東方大道站~獨墅湖南站區間平面示意圖
區間左右線分別採用中鐵裝備cte6440土壓平衡式盾構機與三菱st6340土壓平衡式盾構機。盾構機效能引數見表1.2-1所示。
表2.2-1 中鐵裝備cte6440盾構機引數
表1.2-1 三菱st6340盾構機引數
蘇州運河河道寬83m,下穿段長280m,隧道頂最小埋深11.6m,河床底標高0.4~-3.
5m,水面高程1.08m,水深約4.5m。
駁岸基礎為整板砼基礎,厚度為0.5m,寬為3.7m,板底標高為-1.
5m。砼基礎上為漿砌塊石至現有標高2.6m,頂部寬0.
5m。盾構區間斜穿蘇州運河,穿越段屬於直線段。
隧道左線對應蘇州運河河面的起始環號為:660環至890環,計230環;右線對應河面的起始環號為:690環至870環,計180環。左右線共計410環。
隧道下穿蘇州運河河床,此段隧道沿隧道掘進方向為3.5‰的下坡,隧道頂部距離河底最小埋深為11.6m。
盾構穿越運河段,共布設了5個地質勘探孔,分別位於運河兩端與運河邊一堆場內。地質勘探孔分別為:q27xj21(對應左線667環)、q27cj5(對應右線672環)、q27xj22(對應右線環)、q27xj23(對應左線714環)、q27xj24(對應右線882環)。
q27xj21孔位於隧道掘進範圍內,其餘孔位距離隧道邊緣距離為2.85m、21.24m、4.
89m、4.92m。勘探孔布設平面圖見圖1.
5-1所示。
圖1.5-1勘探孔布設平面圖
蘇州運河河底至隧道掘進範圍內的地層分布情況,從上至下分別為: 1粘土層、2粉質粘土層、1粉質粘土層、2粉土夾粉質粘土層、1粉質粘土層。具體地層分布見圖2.
6-1、2.6-2所示,地層主要物理性質見2.6-3所示。
圖1.6-1穿越運河段地質剖面圖(左線)
圖1.6-2穿越運河段地質剖面圖(右線)
表1.6-3 地層的主要物理性質指標
(1)④1層和⑤1層粉質粘土工程性質一般,土體相對軟弱,具有一定的觸變特性,在動力作用下,土體結構較易破壞,使強度降低、變形增加,盾構施工可能產生的開挖面失穩和土體回彈。
處理措施:在盾構隧道掘進過程中採用控制速率的措施,避免對土體產生過大的擾動,以減少施工後的沉降。
(2)當盾構推進穿越軟硬不均的土層時,如③2和④1層、④1和④2層、④2和⑤1層交界處,上下土層強度不均可能會引起盾構工作面不穩定,易造成盾構**路方向上的偏離。
處理措施:根據不同地層在斷面的具體分布情況,遵循硬地層一側推進油缸的推力和速度適當加大,軟地層一側推進油缸的推力和速度適當減小的原則。同時盾構掘進過程應注意提高土倉壓力,控制出土量,嚴禁超挖,保持開挖面平衡,減少對土體的擾動,盾構施工中建立嚴格的監測控制系統,定期進行監測,確保隧道盾構結構和周圍環境的安全。
(3)結合地質勘查報告,並從前期出土特性來看,在盾構穿越蘇州運河富水地層過程中,易出現螺旋機噴湧及盾構機漏水現象。
處理措施:加強軟土地層土質改良,對軟土層起泥膜作用,同時控制螺旋機出渣量,對於盾尾後7環採用全環封堵措施,隔斷後部水流。
(4)盾構到達蘇州運河前,存在一處地質勘探孔(q27xj21)位於左線隧道掘進範圍內。
處理措施:在盾構到達此勘探孔前20天,根據勘探孔座標,實測放樣出該孔位,利用水泥砂漿進行勘探孔灌注。
(5)盾構穿越富水地層過程中,岸堤發生沉降風險。
處理措施:適當加大同步注漿壓力和同步注漿量,同步注漿以上部兩孔注漿為主,同時及時採用二次注漿進行補漿。
東獨區間盾構左右線先後穿越蘇州運河,左線穿越運河起止環號為660環~890環,計230環/276m,右線穿越運河起止環號為690環~870環,計180環/216m。根據前期盾構施工平均進度進行分析,盾構穿越運河期間按照平均9環/天進行統籌安排。根據目前盾構施工進度情況,左線掘進至315環,距離蘇州運河345環,右線即將進行始發,距離蘇州運河690環。
考慮盾構穿越運河前盾構機進行全面檢修及維保時間3天,左線計畫於2023年4月20日進入蘇州運河範圍,2023年5月15日穿越結束,歷時26天。右線計畫於5月25日進入蘇州運河範圍,6月15日穿越結束,歷時20天。
盾構穿越蘇州運河施工流程圖見下圖4.1-1所示。
圖4.1-1 盾構穿越蘇州運河施工流程圖
盾構左線前期施工過程中,主要穿越了公園及公園內小河流、農田、荒地等地段,穿越的主要地層為④2粉土夾粉質粘土層,部分④1粉質粘土與少許1粉質粘土層。與盾構穿越蘇州運河段地層情況一致。經過前期推進引數的選取、調整,現對掘進引數進行總結,作為選取穿越蘇州運河掘進引數的基礎。
引數總結見表5.2-1所示。
表5.2-1 盾構前期掘進引數總結
借鑑前期盾構掘進引數,結合蘇州運河段地質、埋深、線型等具體情況,在盾構穿越蘇州運河期間主要採取以下措施。
1、推進土壓及出土量控制
(1)隧道穿越蘇州運河範圍,主要位於粉土夾粉質粘土地層中,隧頂最小埋深11.6m。在盾構到達河床前,對照隧道排版,結合管片超前量,推算盾構過河段每一環管片的實際埋深,並對照地質勘察報告及實測水深,計算實際的水土壓力;在計算當前環的土壓時,應特別注意盾構機長度,施工時應明確刀盤、盾尾到達河床與離開河床對應的實際管片環號,以便適時調整土倉壓力。
(2)根據前期施工出土量統計及分析情況,設計出土量為39.4m3,實際出土量平均約為39.6m3,出土鬆散係數基本為1(前期施工中未出現出土量異常情況)。
盾構每環的出土量由跟班技術員根據渣土鬥存方實際測量得出,保證出土量測量精度。
出土量的控制通過調整螺旋機轉速來實現,與土倉壓力直接掛鉤,必須由盾構司機、跟班技術員針對刀盤扭矩、總推力、掘進速度等引數進行綜合權衡,最低要求:盾構掘進速度不小於35mm/min,刀盤扭矩不大於2500knm,總推力原則上不大於15000kn,主軸承溫度不大於40℃;在最低要求的基礎上,最大限度減少出土。
2、推進速度、刀盤轉速與扭矩
盾構機過河段,快速均勻推進,推進速度控制在35~45mm/min之間,以保證盾構迅速過河為目的。
3、螺旋機控制
盾構過河段相比較其他地段,更容易發生螺旋機噴水現象;因此,在盾構過河期間,螺旋機的開口率應降低,以能滿足出土要求即可為控制目標。同時,為防止螺旋機噴水對施工帶來影響,應提前準備汙水幫浦、鐵鍬、編織袋、小土鬥等工具與材料,保證即使螺旋機湧水,也能夠迅速處理噴湧的泥漿、泥沙,保證不耽誤盾構推進。
4、盾構姿態
盾構穿越蘇州運河段,平面線型為直線段,縱斷面線型為3.502‰(右線3.56‰)的下坡段。
穿越前,將盾構平面姿態控制在±200mm之間,垂直姿態控制在設計軸線以下30mm。穿越過程中,加強對自動測量控制點的複測,並控制盾構姿態的糾偏量,確保以既定姿態推進。
5、管片拼裝
根據設計,本工程管片採用錯縫拼裝。管片的拼裝從隧道底部開始,先安裝標準塊,依次安裝相鄰塊,最後安裝封頂塊。安裝封頂塊時先徑向搭接約2/3管片寬度,調整位置後緩慢縱向向頂推。
管片安裝到位後,及時伸出相應位置的推進油缸頂緊管片,然後移開管片安裝機。
安裝封頂塊前,在k塊兩側塗刷肥皂水,產生潤滑作用,方便k塊順利安裝,防止k塊外弧面產生破碎,減少對遇水膨脹橡膠止水條的擠壓拉伸。
管片每安裝一片,先人工初步緊固連線螺栓;安裝完一環後,用風動扳手對所有管片螺栓進行緊固;管片脫出盾尾後,重新用風動扳手進行緊固。
⑴管片質量要求
管片表面不得出現裂縫、破損、掉角等現象,根據技術規範要求。
⑵管片的運輸、堆放
管片由運送車輛從管片生產工廠運至施工場地,在施工場地安裝彈性密封條、傳力襯墊等,然後根據管片運輸指令經工地門吊垂直運送到編組列車上,再經電瓶車運至隧道內工作面進行拼裝。
表6.3-1 管片拼裝允許偏差和檢驗方法
⑶縱、環向螺栓連線
穿越地鐵隧道施工方案
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