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1、广州市轨道交通三号线客-大盾构区间施工技术摘要文章简要地介绍了盾构法施工的根本概念和工法要点,对广州轨道交通三号线客-大区间盾构施工的技术方案做了初步总结与评价,并根据施工过程中的实际体会,深化研究了技术要点和管理方法,可为今后进一步进步盾构法施工技术程度作参考。关键词盾构隧道盾构机施工技术1工程概况客-大(客村至大塘)区间为两条平行的别离式单线圆形盾构隧道,左右线总长为3076.93(其中盾构隧道长3016.93),共设3个联络通道、1个泵房、1个中间风井及左右线扩大段矿山法隧道、8个接口洞门。线路最大坡度为30,曲线半径为1000,隧道覆土厚度9.624。客-大区间圆形隧道外径6.0,内径
2、5.4,管片厚度300,管片宽度1.5,分块数为6块,采用错缝拼装。环间采用三元乙丙橡胶止水条止水,同步注浆填充管片与地层空隙。管片混凝土强度等级为50,抗渗等级不小于s12。该区间隧道沿线建筑物密集,有170多栋楼房,其中确定房屋桩基底到隧道顶面之距小于3的共有14座。区间yk7+130.408至yk8+230段围岩主要为强风化和中等风化岩石,围岩级别为级,岩质较均一,岩性强度较高,自稳才能较好,但节理裂隙较发育,局部易碎裂坍塌。盾构隧道采用一台海瑞克6.25复合式土压平衡盾构机从大塘站北端头右线盾构工作井下井拼装始发,向北掘进,在客-大区间暗挖段洞室内调头后,返回向南掘进左线,在大塘站北端
3、头盾构工作井解体吊出。盾构隧道掘进过程示意见图1。本工程的主要特点和难点是盾构在密集建筑群下的推进和盾构机在暗挖地下洞室内的调头。客-大区间盾构施工场地分为两个阶段,右线施工为第一个阶段,施工场地在大塘站北部;左线施工为减小轨道运输的运距和便于附属构造施工,将盾构场地转至客-大暗挖区间的施工竖井场地。盾构机于2022年4月18日进场,经组装、调试,采用软岩刀具于5月26日始发,推进480后于8月9日至8月15日更换硬岩刀具继续推进至609,于8月31日到达已完工的矿山法隧道和中间风井。9月16日由风井二次始发,推进898,于2022年元月2日贯穿右线。2022年元月至2月完成在地下洞室内的调头
4、,2月26日左线始发,在8月19日贯穿左线,到达大塘站,符合施行性施工组织设计进度安排。施工过程中未发生坍塌现象,隆降控制良好,隧道上方受影响范围内的170幢房屋平安无恙。总体讲根本顺利,虽未创出高的掘进程度,但根本掌握了盾构法施工技术。工程进度、平安、质量、施工技术与管理得到业主、监理的充分肯定,被广州地铁总公司评为优秀工程经理部,创出良好的信誉。2客-大区间盾构施工的总结与讨论在客-大区间盾构施工过程中,针对工程的特点、地质情况和现有的施工技术程度,借鉴兄弟单位的成功经历,认真研究优化,提出并施行了不少的成功的方案。2.1盾构机2.1.1盾构机的选型原那么盾构机是盾构施工的关键,一般的选型
5、原那么是要适宜隧道设计的特点、地质特点、环境特点,选型要有针对性。但是一台盾构机价值几千万元人民币,又有10k的寿命,对施工区域广阔的企业,在选型时不能仅看到眼前的工程,还要应对可能出现变化的条件(尤其是地质变化),所以,盾构机的主要技术参数选择要考虑一定的通用性。2.1.2盾构机的使用情况与问题海瑞克盾构机在广州轨道交通二号线工作良好,成为首眩客-大区间盾构经过2.5k的掘进,其主要技术性能、参数根本满足施工要求,但对付硬岩很困难。随着施工中的体会和广泛理解,海瑞克盾构机还存在许多需改良的地方。(1)盾构机的推力和刀盘的扭矩盾构机的设计总推力为34210kn,但在实际使用中未超过12000k
6、n。软土地层一般采用土压平衡形式,推力为50006000kn;在其他岩石单轴抗压强度超过100pa的地段,总推力也未超过15000kn,海瑞克现场指导人员也不主张采用超过12000kn以上的推力。推力的设计首先要保证可以使刀具按设定贯入量(刀盘每转刀具贯入岩石的深度)贯入一定强度的岩石,但盾构机破岩机理是刀盘旋转带动滚刀滚动挤压破岩,所以扭矩必须足够。刀盘的扭矩设计为4500kn,脱困扭矩为5300kn。实际使用中,在软岩、软硬不均地层中,常有超过设定扭矩值而自动停机的问题。尤其在采用土压平衡形式粘性土层中掘进时,扭矩也很大,经常超过设定值。从目前使用情况来看,推力与扭矩的设置是不匹配的,即推
7、力可减小,扭矩还应适当增加,应详细地计算验证,修正设计。(2)刀盘的转速按海瑞克的设计,刀盘的转速设定为两档,低档为03r/in,高档为36r/in。使用高档(36r/in)是通过加大液压油流量来实现的,从而影响了机械寿命和设计强度。理论证明,刀盘转速只需要3r/in以下就可以满足施工要求。(3)刀盘与刀具刀盘的开口率客-大盾构机刀盘的开口率不能变化,且中心区开口率小,不适应有粘性软土地层的需要,易形成泥饼。拉瓦特、海瑞克都已制造了开口率可调的盾构机,不仅能适应各种地层的掘进,而且为在不良地层下换刀提供了一定的平安保障。单刃滚刀、双刃滚刀及刀间距海瑞克的双刃滚刀设计从理论看来对付40pa以上的
8、岩石已非常困难。双刃滚刀要同时破200左右范围的岩石,肯定不如单刃滚刀破100范围岩石的效果好。在软硬不均的岩层中,应采用单刃滚刀及相应的刀盘设计,刀间距应取85左右。(4)变频电机直接传动和液压传动海瑞克采用液压传动,但随着变频技术的日益完善,采用变频电机直接传动比液压传动优点多,首先是变频电机直接传动的机械效率高;其次可以减少发热环节,减少冷却水用量,减小噪音,且使用维护相对简单,所以应选择变频电机直接传动。(5)便于操作维修的人性化设计威尔特、小松盾构机在通道、管片拼装工作台的设计上大大优于海瑞克,人员可以直接在通道上从操作室到盾体前部。(6)注浆系统注浆系统要保持同步,二次注浆设备也应
9、设计在后拖台车上,并要求在不影响正常掘进的情况下,可以进展二次注浆施工。以上仅就盾构机的一些问题进展分析,结论是:海瑞克应做出设计理念的清理和设计方案的改良。2.1.3盾构机的国产化与零部件的代用盾构机应有大量的构造部件可国产化,现已国产化的绝大局部是钢构造件,对于许多泵(如泡沫泵、膨润土泵等)及液压管路、空压机、皮带输送机,国内已有成熟的电器设备、零部件可直接代用,但国产刀具还需进一步研究。辅助性的螺栓、挡板进口一件动辄几百元,而代用自制产品仅几十元。2.1.4盾构机的保养与维修做好盾构机的保养与维修是保证盾构机正常工作,尤其是保证盾构机使用寿命的关键。建立强迫保养制度非常重要,但根本的保证
10、是要培养一班稳定的纯熟维修保养人员,包括技术干部和技术工人。2.2盾构施工的主要配套设备2.2.1施工平面设计是配套设备选型的前提关键设备龙门吊的起重才能、跨距、提升高度、卸土方向及方式是决定龙门吊设计和造价的重要参数。客-大盾构始发井洞口大且长,周围还有风亭和出入口,平面布置给龙门吊设计和造价带来很大的影响,功能复杂、造价高、故障率也高。管片摆放、下井的位置也影响管片龙门吊或汽车吊的配置。管片进场摆放既要便于管片运输车的进场卸货,又要便于及时选择管片的点位和下井。理论证明,平面布置应以尽量减小提升土斗龙门吊的压力为原那么,由此才能保证掘进进度。2.2.2运输方案的选择与机车车辆的配置采用一列
11、车将一环碴土运完,并足量供应同步注浆浆液等辅助材料,有利于快速掘进。但要求盾构机后配套,即皮带运输机要足够长,机车牵引力足够(因为地铁线路纵坡一般较大),机车、车辆制动性能良好。理论证明,采用两列车装完一环碴土的方案只要安排合理,各项工作穿插进展,总体讲不会影响进度。这样,可以选择小吨位的机车,能减少投资。机车、碴车编组,还有许多方案可设计,如保证不连续掘进“双机车分部牵引方案等,应进一步研究。2.2.3浆液拌合设备对同步注浆浆液的拌合设备及配套设施一定要符合环保要求,事后采用措施效果不佳。本工程因转场后环保要求高,只能增加一辆运输车,将经初拌的潮料运至场内加水二次拌合。2.2.4管片模具的选
12、型通用性管片,即采用单一左或右转环拟合隧道线型,k型块将可能处于隧道底部泥水、淤泥、杂物处,对拼装质量有一定影响,但不用挑管片、计算安排各类管片的消费等,对管片宽度为1.2以下可适用。采用左、右转和标准三类管片,对宽管片拟合曲线及纠偏均有利,封顶块也在上部,但要注意左右转环的模具及产量要大于用于曲线拟合的数量,以供纠偏时使用。2.3辅助添加材料2.3.1泡沫剂、膨润土泥浆根本功用是改良土体,在粘性土中对防止泥饼形成等有很好的效果,泡沫剂并非法国的就好。在软、硬不均的岩层中掘进,适当添加泡沫或澎润土泥浆,能起到冷却、光滑的作用,有助于减少刀具磨损。2.3.2盾尾油脂要到达相当的粘度,以能抗衡地层
13、土水压力、注浆压力,质量不能模糊,国产的盾尾油脂完全能用。要特别注意,在始发前一定要将尾刷内的油脂彻底填满,日常的自动加注也要经常检查,保护尾刷,保证盾尾密封。2.4盾构掘进的主要施工方案2.4.1盾构在软岩地段的掘进yk8+668.4yk8+188.4段隧道主要穿越的地层为5-2硬塑或中密状残积土、6岩石全风化带地段。在该地层盾构机采用土压平衡形式,以齿刀、刮刀为主切削土层,以低转速、大扭矩推进,主要掘进参数为:推力控制在60007000kn,刀盘转数为1.52.0r/in,刀盘扭矩为25003200kn,土舱压力为0.10.13pa,推进速度为3080/in,注浆压力0.2pa左右。该地层
14、的掘进,要在保证注浆量的前提下,控制好土舱压力,尽量做到快速平衡施工。要加强地面沉降监测,监测数据要及时反响到盾构机操作室,以调整掘进参数,确保平安可靠掘进。客-大区间盾构由于施工控制严格,提早做出预测,实行了信息化施工,在建筑群下软土层的掘进中,无坍塌,隆降控制在+5-15之间,确保了环境平安。在粘性土中掘进特别要注意防止泥饼的形成,采取加泡沫、设定适宜的略低的土舱压力、适当控制推进速度和推力等措施是有效的。2.4.2盾构在硬岩地段的掘进yk8+160yk7+233段隧道主要穿越的地层为8岩石中风化层、9岩石微风化层,岩性为泥质粉砂岩。在该地层盾构机采用敞开形式掘进,采取小推力、高转速,以滚
15、刀破岩为主掘进,主要的掘进参数为:推力控制在800010000kn,刀盘扭矩为20003000kn,刀盘转数2.53.0r/in,推进速度2540/in,注浆压力0.1pa左右。在该地层掘进首要的是保护刀具、刀盘,要强迫性地对刀具、刀盘按时进展检查,适时更换、修复。在硬岩富水地层,管片上浮是一种较为普遍的现象。采取改良同步注浆浆液的配合比、缩短浆液初凝时间、足量注浆是防止管片上浮的主要措施,同时加密管片姿态的测量频率,根据测量结果,适当将盾构机姿态压低于设计轴线,补偿因管片上浮对轴线的偏离。2.4.3盾构在软硬不均地层中的掘进在软硬不均地层中掘进,为保护盾构及其刀具,不宜追求太高的施工进度。在此地层中掘进必须控制掘进参数,推力不宜太大,刀盘转速不宜太快(一般为1.0r/in左右),刀具贯入量不宜太深(一般为5/转)。同时掘进期间要经常、有方案地检查刀具、刀盘状况。2.4.4同步注浆的控制同步注浆首先要把握好浆液配合比,否那么容易造成堵管现象(表1)。在软土区应以控制注浆量为准,在硬岩区应以注浆压力为主要控制参数。对制浆、运输
