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      復(fù)合地層盾構(gòu)糾偏技術(shù)研究

      2016-08-12 03:50:39趙雷明成都地鐵有限責(zé)任公司四川成都610041
      低碳世界 2016年17期
      關(guān)鍵詞:滾刀油壓停機(jī)

      趙雷明(成都地鐵有限責(zé)任公司,四川 成都 610041)

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      復(fù)合地層盾構(gòu)糾偏技術(shù)研究

      趙雷明(成都地鐵有限責(zé)任公司,四川 成都 610041)

      隨著城市建設(shè)的不斷擴(kuò)大,地鐵建設(shè)也是如火如荼,但在建設(shè)過(guò)程中,由于主客觀各方面因素影響,盾構(gòu)隧道在推進(jìn)過(guò)程中的偏差時(shí)有發(fā)生。本文結(jié)合成都地鐵7號(hào)線八里小區(qū)站至東區(qū)醫(yī)院站區(qū)間工程實(shí)例,著重闡述了在復(fù)合地層情況下,采用加密地質(zhì)補(bǔ)勘、增加超挖刀、調(diào)整管片選型、增加前盾配重、增大油壓差、收放鉸接等一系列技術(shù)措施進(jìn)行盾構(gòu)糾偏工作,同時(shí)對(duì)盾構(gòu)糾偏期間穿越房屋沉降進(jìn)行了分析總結(jié)。

      地鐵盾構(gòu);復(fù)合地層;糾偏;穿越房屋

      1 工程概況

      成都地鐵7號(hào)線八里小區(qū)站至東區(qū)醫(yī)院站區(qū)間隧道右線長(zhǎng) 1171.529m,最小左轉(zhuǎn)平曲線半徑 450m,最大坡度28.912‰,區(qū)間呈“V”形節(jié)能坡設(shè)計(jì),區(qū)間隧道中心線間距9.45~15m,隧道頂埋深10.34~20.33m。隧道襯砌采用外徑6m,厚30cm,寬1.5mC50鋼筋混凝土管片錯(cuò)縫拼裝而成。

      1.1凌云閣大酒店現(xiàn)狀

      該酒店為7層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),酒店長(zhǎng)度27.07m,寬13.69m,建筑面積為6023.92m2。建成于1997年,基礎(chǔ)為φ600機(jī)械沖擊樁基礎(chǔ),樁長(zhǎng)13m,主筋為φ20@200,樁底位于<3-8-2>中密卵石土。右線下穿長(zhǎng)度28m(670~689環(huán),共19環(huán)),樁底與隧道頂部垂直距離約1.3m。

      圖1 區(qū)間隧道與凌云閣平面關(guān)系圖

      1.2工程水文及地質(zhì)情況

      地下水無(wú)承壓水存在,主要為賦存于黏土層之上的上層滯水、第四系孔隙水和基巖裂隙水,工程周邊范圍無(wú)較大地表徑流存在。水位高度在地表以下7~10m。隧道上方覆土主要為:<1-2>人工雜填土、<3-1-2>粘土、<3-8-2>中密卵石土、局部含有<3-5-2>透鏡狀中砂層;隧道斷面范圍主要有:<3-5-2>透鏡狀中砂層、<5-1-2>強(qiáng)風(fēng)化泥巖、<5-1-3>中風(fēng)化泥巖;下臥層主要為:<5-1-3>中風(fēng)化泥巖。

      2 盾構(gòu)上漂過(guò)程描述

      八~東區(qū)間右線盾構(gòu)機(jī)在2014年11月25日掘進(jìn)至643環(huán)后,停機(jī)等待41d。

      2015年1月6日復(fù)推發(fā)現(xiàn),盾構(gòu)姿態(tài)不受控,在將上下千斤頂油壓差調(diào)至極限狀況下,盾首姿態(tài)仍然以30mm/環(huán)左右的速度向上偏離軸線。雖采取了增設(shè)千斤頂、“地坦克”減小掘進(jìn)速度等措施,但效果不明顯。掘進(jìn)至648環(huán)時(shí),盾構(gòu)垂直姿態(tài)偏差為(盾首:165mm,盾尾:203mm)。此段位于全斷面砂卵石層中。

      2015年1月14日,因盾構(gòu)姿態(tài)控制較差,經(jīng)討論,將40號(hào)滾刀(邊緣滾刀)換成開挖直徑為6404mm的超挖刀,并將9#~36#滾刀全部拆除。換刀完成后,于1月19日試掘進(jìn)完成第649環(huán),盾構(gòu)姿態(tài)繼續(xù)上偏,但趨勢(shì)有所減小。

      2015年1月25日,由于盾構(gòu)即將穿越凌云閣酒店,為減小超挖對(duì)建筑物的不良影響,遂取消超挖刀。

      取消超挖刀后,千斤頂上下油壓差達(dá)到極限狀態(tài)時(shí) (約320bar),盾構(gòu)姿態(tài)能保持慢速回歸設(shè)計(jì)軸線。由于在糾偏過(guò)程中,管片破損、錯(cuò)臺(tái)、漏水嚴(yán)重,遂減小糾偏速率,一直掘進(jìn)至669環(huán)。

      掘進(jìn)至670環(huán)時(shí),盾構(gòu)軸線趨勢(shì)變化為-10mm/m左右,盾構(gòu)姿態(tài)再次不受控制,盾首以8mm/環(huán)的速率向上偏離軸線。直到掘進(jìn)至675環(huán)后,于1月31日暫停施工。

      2月13日下午14時(shí)繼續(xù)掘進(jìn)第677環(huán)(同步漿液換為惰性漿液),掘進(jìn)過(guò)程中,將盾構(gòu)機(jī)下部千斤頂停用,盾構(gòu)垂直姿態(tài)變化為盾首/中盾:39/63mm,變化量為盾首/中盾:7/3mm。盾首變化速度為16.7mm/m。垂直趨向變化為-5.6mm/m。

      盾構(gòu)機(jī)上下千斤頂油壓差已經(jīng)達(dá)到極限值時(shí),盾構(gòu)姿態(tài)仍會(huì)不斷向上偏離設(shè)計(jì)軸線,盾構(gòu)軸線垂直趨勢(shì)不斷增大(盾首向上傾斜)。將盾構(gòu)下部千斤頂停用以后,盾構(gòu)姿態(tài)仍得不到有效控制,但盾構(gòu)姿態(tài)偏差變化量減小,盾首上升的速率減小。通過(guò)停用盾構(gòu)下部的千斤頂,可以起到一定的作用,但還不能有效地控制盾構(gòu)姿態(tài)“上漂”。

      3 糾偏措施

      3.1糾偏管理措施

      (1)嚴(yán)格方案評(píng)審:就糾偏措施,先后組織6次專家咨詢會(huì),邀請(qǐng)了全國(guó)范圍內(nèi)知名的專家學(xué)者,提出了一系列的意見建議,對(duì)專家提出的意見認(rèn)真總結(jié)分析,落實(shí)到現(xiàn)場(chǎng)管理過(guò)程中。

      (2)嚴(yán)控措施落實(shí):為切實(shí)將方案落實(shí)到實(shí)處,在每次復(fù)推前和換刀前,均組織了條件驗(yàn)收,該階段累計(jì)進(jìn)行了6次條件驗(yàn)收,嚴(yán)格把控措施到位情況。

      (3)加強(qiáng)信息反饋:為指導(dǎo)推進(jìn)過(guò)程中的參數(shù)控制,參建各方均建立了現(xiàn)場(chǎng)值班表,24h安排人員現(xiàn)場(chǎng)盯控。

      3.2糾偏技術(shù)措施

      (1)加密地質(zhì)補(bǔ)勘:為了解掌握真實(shí)地質(zhì)情況,項(xiàng)目在盾構(gòu)機(jī)停機(jī)前方進(jìn)行了加密地質(zhì)補(bǔ)勘工作,進(jìn)一步探明隧道范圍內(nèi)地質(zhì)分布情況。

      (2)增設(shè)擴(kuò)挖刀。4月1日至4月3日進(jìn)行了盾構(gòu)換刀作業(yè),將最外側(cè)40#單刃滾刀更換為超挖3cm的撕裂刀 (考慮位于房子正下方),開挖能力由原來(lái)的6304mm變化為6364mm,同時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行了檢查和更換,對(duì)刀箱和刀盤開口進(jìn)行了清理。

      (3)管片選型:為進(jìn)一步控制盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中向下趨勢(shì)的形成,調(diào)整選用1.2m環(huán)寬管片,及時(shí)對(duì)盾構(gòu)間隙及管片超前量進(jìn)行調(diào)整。

      (4)盾構(gòu)上部增加輔助油缸:在推進(jìn)過(guò)程中,使用輔助油缸增加向下壓力,推進(jìn)過(guò)程中,考慮管片的受力能力,單個(gè)油缸加力至100t。

      (5)盾構(gòu)上部油缸增加靴板:在推進(jìn)過(guò)程中,在上部油缸與管片間增加5cm厚靴板及楔形板,減小上部千斤頂行程,減小向上分力,增大與管片接觸面積。

      (6)收放鉸接和加大上下油壓差:考慮到初始階段鉸接壓力在240bar左右,為減少為鉸接的約束,考慮管片選型階段以調(diào)整盾尾間隙為主,從693環(huán)開始鉸接壓力已下降100bar以下;為保證向下趨勢(shì)的形成,上部千斤頂?shù)挠蛪夯疚恢迷?40bar左右,下部基本控制在20~40bar左右,壓差300bar左右。同時(shí)將6~14號(hào)油缸電磁閥拔除,僅保留11號(hào)油缸。

      (7)渣土改良方面:由于掘進(jìn)速度較慢,因此將泡沫原液從3%增加至4%,并適當(dāng)增加泡沫流量。渣樣基本成流塑狀。

      (8)鉆孔碎化盾構(gòu)背土:在恢復(fù)推進(jìn)前鉆孔碎化盾構(gòu)背土,并在探孔內(nèi)注入液壓油,用以潤(rùn)滑上部盾尾,降低盾殼摩阻力。

      (9)盾構(gòu)機(jī)重心前端配重:采用鉛塊在盾構(gòu)機(jī)前盾增加35t配重,增大盾構(gòu)機(jī)前盾重量,便于盾構(gòu)機(jī)向下趨勢(shì)加大。

      4 糾偏情況

      4.1第一階段糾偏情況

      (1)677~686環(huán),對(duì)應(yīng)里程4105.511~4094.913,該段掘進(jìn)長(zhǎng)度10.598m,該階段盾構(gòu)切口垂直姿態(tài)從44mm上升至106mm,上升速率5.85mm/m;盾尾從63mm上升至187mm,上升速率11.7mm/m,前后點(diǎn)上升速率基本一致,后端稍快。該階段掘進(jìn)符合增設(shè)擴(kuò)挖刀后姿態(tài)理論變化趨勢(shì),擴(kuò)挖超過(guò)盾構(gòu)重心前,趨勢(shì)變化基本保持線型變化。

      (2)686~698環(huán),對(duì)應(yīng)里程4094.913~4079.56,該段掘進(jìn)長(zhǎng)度15.353m,該階段盾構(gòu)切口垂直姿態(tài)在96~116mm之間波動(dòng),盾尾在178~193.6mm之間波動(dòng),該階段盾構(gòu)垂直姿態(tài)基本保持平穩(wěn),存在小幅波動(dòng)。

      4.2第二階段糾偏情況

      為驗(yàn)證第一階段糾偏措施的效果,在停機(jī)位置處進(jìn)行開倉(cāng)換刀作業(yè)。更換刀具12把,其中39#、40#刀具更換為超挖5cm的撕裂刀,更換單刃滾刀8把,更換中心滾刀2把。刀具磨損主要為偏磨。

      699環(huán)至725環(huán)推進(jìn)期間,維持原有措施不變情況下進(jìn)行推進(jìn),盾構(gòu)姿態(tài)由開始的高偏:前/后127.18mm/204.79mm變化到前/后0.22mm/74.64mm(相對(duì)應(yīng)坡度28.912‰)。通過(guò)該階段的糾偏,盾構(gòu)姿態(tài)基本趨于正常。

      5 房屋沉降情況

      凌云閣酒店最大沉降-10.27mm,后續(xù)通過(guò)地面注漿和隧道內(nèi)二次注漿,基本穩(wěn)定在-8mm左右,未突破沉降控制值-20mm。具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化如圖2。

      圖2

      6 結(jié)論

      (1)停機(jī)地點(diǎn)的選擇:造成八東區(qū)間直接原因?yàn)橥C(jī)點(diǎn)的選擇不當(dāng)和停機(jī)后采取的措施不當(dāng),停機(jī)位置選擇在全斷面膨脹巖的地質(zhì)條件下,漿液將盾尾包裹,雖采用惰性漿液,但隨著時(shí)間的推移,漿液強(qiáng)度逐漸上漲,且該處泥巖具有一定的膨脹性,加劇了漿液對(duì)盾體的握裹力,從而導(dǎo)致盾體背土現(xiàn)象的發(fā)生。

      另一方面停機(jī)點(diǎn)較靠近穿越建筑物,發(fā)現(xiàn)異常后可處置的空間和時(shí)間有限,不能采取有效直接的方法,且面臨風(fēng)險(xiǎn)較大。因此對(duì)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的地點(diǎn)必須嚴(yán)格進(jìn)行論證,同時(shí)在停機(jī)期間應(yīng)注入膨潤(rùn)土和惰性漿液潤(rùn)滑盾體。

      (2)增設(shè)超挖刀的利弊:從本次糾偏情況進(jìn)行分析,增加超挖刀為最直接、最有效的方法,可在短時(shí)間內(nèi)起到糾偏的效果,但對(duì)超挖量的大小和超挖刀具的方式還有待考證。特別是穿越建筑物期間,盾構(gòu)糾偏與建筑物的沉降是個(gè)矛盾體。從本次情況看,在原有基礎(chǔ)上超挖3cm基本能夠維持建筑沉降在1cm以內(nèi),超挖5cm能夠在短期內(nèi)看到糾偏的效果。

      (3)推進(jìn)速度的選擇:在糾偏階段,刀具磨損較大,與推進(jìn)速度息息相關(guān),在糾偏階段速度基本維持在1cm/min以內(nèi),滾刀刀具的磨損均較大,建議將速度控制在1.5cm/min左右。

      (4)上下油壓差及趨勢(shì)的選擇:為保持盾構(gòu)向下趨勢(shì)的形成,上下油壓差基本保持在 280bar左右,同時(shí)必要時(shí)拔出下部油缸的電磁閥,如此情況下才能向下糾偏,但同時(shí)帶來(lái)的后果就是上部管片破裂較多,下部管片環(huán)縫較大,給施工質(zhì)量帶來(lái)一定的影響。就具體趨勢(shì)而言,從整體推進(jìn)過(guò)程分析,趨勢(shì)在維持-18mm/m以下時(shí),姿態(tài)才能逐漸下行。

      (5)管片姿態(tài)的穩(wěn)定:為保證管片在脫出盾尾后不出現(xiàn)大的上浮量,采用5道槽鋼拉緊裝置,使所有的管片形成整體,同時(shí)在脫出盾尾后3環(huán)即開始二次注漿,保證及時(shí)填充上部空隙。

      [1]竺維彬,鞠世健.地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)源及典型事故的研究[M].廣州:暨南大學(xué)出版社,2009.

      [2]張鳳祥,朱合華,傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京:人民交通出版社,2004.

      [3]楊書江.富水砂卵石地層盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2011.

      [4]《地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2003).

      [5]《建筑變形測(cè)量規(guī)程》(JGJ8-2007).

      趙雷明(1986-),男,工程師,大學(xué)本科,主要從事盾構(gòu)施工技術(shù)管理工作。

      U455.4

      A

      2095-2066(2016)17-0202-02

      2016-5-20

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