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      地鐵工程項目中的盾構法施工工藝

      2022-12-15 08:00:20任光躍
      工程建設與設計 2022年22期
      關鍵詞:拖車刀盤管片

      任光躍

      (中鐵建重慶投資集團有限公司,重慶 400000)

      1 引言

      在應用盾構法施工時,需根據(jù)現(xiàn)場工程條件做合理的技術優(yōu)化,把控好盾構法應用全流程中的各項細節(jié),加強安全管控和質量管控,以便施工的順利進行。為此,必須加強對盾構法的分析,明確技術要點,做到有效施工。

      2 工程概況

      某地鐵區(qū)間隧道起訖里程DK25+572.583~DK26+235.076,全長662.493 m,采用盾構法施工,適配土壓平衡盾構機。根據(jù)施工安全、質量、效率等方面的要求,規(guī)劃盾構機運行路線,從南端頭左線始發(fā),推進至北端頭后開始調頭,進入右線;而后,到達南端頭后轉至北端頭。

      3 進出洞地層的加固處理

      豎井擋土墻拆除后,端頭土體的作用荷載和應力較之前期產(chǎn)生變化,考慮到安全和穩(wěn)定性要求,需要對出洞及進洞地層的土體做加固處理,以期達到如下效果:避免臨時墻拆除過程中產(chǎn)生過強的振動作用;避免開挖面壓力不合理而誘發(fā)坍塌現(xiàn)象;維持地表的穩(wěn)定性,避免該處發(fā)生沉降。

      3.1 加固方法的選擇

      地層加固的可選方法很多,包含高壓旋噴注漿法、砂漿回填法、化學注漿法等。具體至本工程,區(qū)間進出洞均有連續(xù)墻,拆除此部分耗費的時間較長,為維持地層的穩(wěn)定性并確保該部分與擋土墻穩(wěn)定黏結,較為適宜的是高壓旋噴注漿法或深層攪拌法。為確保區(qū)間各進出洞端頭均得到有效的加固處理,以深層攪拌法為主,在此前提下,輔以旋噴加固的作業(yè)方法,保證深層攪拌樁與連續(xù)墻間隙的嚴密性。通過多項措施的應用,使加固土體的強度超過2 MPa[1]。

      3.2 深層攪拌樁施工細節(jié)

      深層攪拌樁施工時,需注重以下幾點:

      1)準確測量放樣與施工,要求攪拌軸垂直度偏差不超過1.0%,樁位對中誤差不超過2 cm。

      2)按照0.45~0.55的水灰比拌制水泥漿,單次拌和時間至少達到3 min,確保漿液有足夠的均勻性。

      3)鉆進至隧道底以下3 m的位置,鉆進到位后開啟灰漿泵,在噴漿的過程中同時攪拌、提升。

      4)為使水泥漿與現(xiàn)場土體均勻混合,按照自下而上的順序依次攪拌。

      4 盾構區(qū)間南端頭始發(fā)

      4.1 始發(fā)臺的安裝

      鋼結構始發(fā)臺,結構穩(wěn)定可靠,可承受盾構機的重力和推進的摩擦力。在始發(fā)臺兩側按1.5 m的間距依次布設工字鋼,作為橫向支撐裝置,確保始發(fā)臺始終維持穩(wěn)定。于始發(fā)基座軌道涂抹黃油,采取此項措施的目的在于提升盾構推進的順暢程度,以免因摩擦阻力過大而無法正常推進。

      4.2 反力架的安裝

      反力架用于提供盾構推進所需的反力,為維持穩(wěn)定,采用鋼結構。安裝時,先清理底板上附著的雜物,再準確安裝到位。安裝后,檢測反力架的姿態(tài)和穩(wěn)定程度,需無誤。反力架的高程偏差需在±5 mm以內,左右、上下的偏差均要在±10 mm以內。盾構姿態(tài)與設計軸線的水平趨勢偏差、豎直趨勢偏差分別控制在±3‰、2‰以內[2]。

      4.3 負環(huán)管片的安裝

      負環(huán)鋼管片起著連接負環(huán)管片與反力架的作用,同時此連接構件還可滿足反力架姿態(tài)的微調要求。安裝時,分片依次組裝鋼管片,將下半部鋼環(huán)吊運下井,再根據(jù)該部分的位置吊裝上半部鋼環(huán)并予以調節(jié),使兩部分精準對接;此后,適配適量螺栓以便將管片穩(wěn)定連接至反力架,負環(huán)管片與鋼管片也用螺栓連接。

      4.4 輔助裝置的安裝

      1)防扭裝置。刀盤切削土體時伴有較強的扭矩,由于此部分力的作用,盾構機殼體可能在始發(fā)臺發(fā)生偏轉。為避免該問題,以焊接的方法在盾構殼體處穩(wěn)定設置防扭裝置,具體如圖1所示。隨著工程建設進程的推進,待該裝置臨近洞門密封時,不具備利用的價值,可予以割除。

      圖1 盾構機始發(fā)臺及輔助裝置

      2)負環(huán)管片支撐。在始發(fā)臺基礎上設置三角支撐、配套螺栓,以便與始發(fā)臺穩(wěn)定連接,用工字鋼連接每側的三角支撐,使其更加可靠地支撐負環(huán)管片。經(jīng)過各主要構件的安裝后,局部可能存在間隙,例如,工字鋼及始發(fā)臺與負環(huán)管片間,針對此問題,可在該處墊入合適規(guī)格的木楔。此外,向負環(huán)管片間增設槽鋼,維持管片的穩(wěn)定性,避免其出現(xiàn)位移。

      4.5 盾構機姿態(tài)復核

      盾構機刀盤到達始發(fā)里程時,及時檢測盾構機的姿態(tài)并根據(jù)實測結果做相應的調整,直至各項實測指標與設計值的誤差均在許可范圍內為止。例如,設備平面位置誤差<±10 mm,中心軸線的坡度誤差<2‰,高程誤差<±5 mm。

      4.6 洞門混凝土鑿除

      施作厚度為600 mm的地下連續(xù)墻,作為車站的圍護結構。車站端頭土體用攪拌樁做加固處理,及時加強對加固區(qū)土體的防護,避免由于暴露時間過長而出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。為保證施工安全,刀盤進入預留洞門前應鑿除少量的圍護結構。具體而言,先鑿除500 mm厚度,割除外層的鋼筋;隨著工程施工進程的推進,待最后一層鋼筋被割除后,方可將剩余的圍護結構鑿除干凈。對于鑿除后產(chǎn)生的雜物,需及時清理。第二次鑿除前,先準備適量優(yōu)質的噴漿料和噴漿機,以便及時噴漿封閉掌子面[3]。

      4.7 洞門密封裝置的安裝

      在盾構始發(fā)時,將洞門密封裝置設置到位,避免漿液經(jīng)由縫隙處流出。洞門密封采用簾布橡膠材料,要求其在硬度、整體性等方面均達到要求。提前加工簾布橡膠的螺栓孔,依次將簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形壓板、防翻板安裝到位,檢查各裝置的安裝位置和穩(wěn)定程度,均要無誤。在外圍刀盤和簾布橡膠板外側涂抹潤滑油,此舉有利于盾構機刀盤的順暢運行,防止刀盤刮破簾布橡膠板。盾尾通過后,隨即安排壁后注漿,通過漿液的注入增強穩(wěn)固性;對開挖面加壓,盾構機掘進,逐步進入土壓平衡模式。

      4.8 始發(fā)掘進的控制要點

      1)盾構機的姿態(tài)控制。受車站結構尺寸的限制,盾構機難以正常始發(fā),由于控制不當而發(fā)生盾構姿態(tài)偏差問題。為此,通過如下措施的落實實現(xiàn)對盾構機姿態(tài)的有效控制:(1)盾構機主機與設備橋連接,于出碴井后面布置拖車;(2)在設備橋上配套臨時皮帶輸送機,通過此裝置的應用來滿足臨時出碴作業(yè)要求;(3)管片和碴土均經(jīng)由出碴井起吊,吊裝時嚴格控制吊裝姿態(tài),避免發(fā)生磕碰;(4)盾構機掘進53環(huán)后,將負環(huán)管片和反力架拆除;(5)經(jīng)前述拆除作業(yè)后,進一步拆除設備橋臨時支架和臨時皮帶輸送機;(6)向設備橋連接第一節(jié)配套拖車,再按照順序依次將剩余的幾節(jié)拖車均連接至一體;(7)取出延長管線,黏結輸送皮帶,再次將管線連接成型,經(jīng)此處理后盾構機的掘進姿態(tài)將得到有效的控制。

      2)掘進參數(shù)的控制。從本工程現(xiàn)場施工條件來看,始發(fā)段的地下水位高、地質條件差、覆土較薄,因此宜采取慢速掘進的方法,速度控制在10 mm/min以內。若出碴口有噴涌的情況,將碴門開啟150~200 mm;不存在噴碴情況時可適當增加,以300~350 mm為宜。若現(xiàn)場土質較硬,不利于刀盤的正常掘進,為此采取如下應對方法:(1)正反轉啟動刀盤;(3)在原泡沫劑使用量的基礎上適當增加;(2)經(jīng)由膨潤土通道注水,通過水的應用推動碴土流動。盾構機由加固區(qū)進入軟弱地層時可能由于地質條件的差異而導致盾構低頭,為此需調整好盾構上下推進油缸的壓力差,維持盾構姿態(tài)的合理性。

      3)背襯注漿控制。在始發(fā)前15環(huán)施工過程中,可用早強型漿液進行背襯注漿。始發(fā)前3環(huán)施工時,每環(huán)掘進時間達到7~8 h,但與之相矛盾的是,施工采用的早強型漿液初凝時間不大于4 h,因此,漿液可能會在儲漿罐內發(fā)生凝結,為有效避免此問題,在尚未達到正常出碴狀態(tài)時單次拌和量以1 m3為宜。

      5 盾構區(qū)間北端頭到達的施工要點

      5.1 準備工作及洞門混凝土鑿除

      為保證盾構機順利到達,先將各項準備工作落實到位,包含機械設備的配套、現(xiàn)場場地的平整、鋼負環(huán)及反力架的安裝等。在車站北端頭井內先鋪黃砂、再鋪30 mm厚的鋼板,通過此類措施的落實,可在一定程度上減小盾構平移的摩擦阻力,更加順暢地實現(xiàn)盾構平移作業(yè)。除了做好準備工作外,還需鑿除左線和右線的洞門混凝土。

      5.2 掘進控制措施

      1)掘進需穿越加固區(qū)時,刀盤和螺旋輸送機的扭矩均較大,不利于刀盤的正常運轉,為此加強對各項關鍵參數(shù)的控制,例如,推進速度15 mm/min以內,刀盤轉速0.75~0.8 r/min。

      2)刀盤破土時,原本的土壓平衡模式不復存在,取而代之的是非土壓平衡模式,此時現(xiàn)場作業(yè)條件更為特殊,必須由專員加強對洞口的觀察,視實際情況采取針對性的控制措施。破土時,推進速度放慢至8~12 mm/min,此外,適度降低刀盤轉速和推進油缸壓力。

      3)盾構機接收指的是刀盤破土至到達接收架的階段,由推進系統(tǒng)負責推進作業(yè),此階段速度穩(wěn)定在60~80 mm/min。

      6 盾構機調頭及始發(fā)作業(yè)要點

      1)拆除設備橋與主機的連接管線,解除兩者的連接關系;將設備橋臨時支架配套到位,焊接主機與接收臺;準備頂升油缸支座,焊接至盾殼處;拆除固定支撐;頂升主機,安裝滾珠,適度降低接收臺的高度;安裝手拉葫蘆拉點,主機做多次平移和旋轉操作,順利進入右線,在此前提下適當向前移動主機,準確到位。

      2)站臺內鋪軌,設備橋接收、進站;做旋轉和平移操作后,使設備進入右線,經(jīng)精細化調整后精準對接主機;液壓延長管線連接;將皮帶、黏結皮帶安裝到位,完成設備橋配套裝置的安裝作業(yè);連接電氣延長管線。

      3)調試盾構機,檢驗其運行穩(wěn)定性、精度等,全面評估盾構機的運行狀態(tài);將反力架、鋼負環(huán)安裝到位;左線端頭井接軌,確認無誤后進入始發(fā)掘進環(huán)節(jié),此階段的裝置分布關系為“主機在右線、后配套在左線”,并配套適量的延長管線,起到連接兩者的作用。

      4)隨著盾構機掘進進程的持續(xù)推進,待其始發(fā)掘進達到53環(huán)后,需要安排延長管線、端頭軌線、反力架、始發(fā)臺幾處的拆除作業(yè);再將后配套接收架安裝到位,解列后配套拖車;調整各拖車的工作姿態(tài),其中1號拖車做平移轉向操作,剩余的幾臺拖車有序調頭就位。經(jīng)前述操作后,依次連接拖車、后配套與設備橋、電氣及液壓管線、黏結皮帶,各部分均連接完成并且皮帶固化后,試運行盾構機,檢驗其運行狀態(tài),若無異常則進入正式掘進環(huán)節(jié)。

      7 結語

      綜上所述,盾構法因具有安全可靠、效率高等特點而在地鐵隧道工程中取得廣泛的應用,經(jīng)過本文有關工程實例的分析,闡述了地鐵隧道盾構施工技術應用要點,同時充分關注盾構始發(fā)與到達掘進控制兩大環(huán)節(jié),考慮到其特殊性,提出相應的掘進控制措施。在盾構施工技術的妥善應用下,各項工作能夠有效開展,取得突出的應用效果,由此說明該工程采用的盾構施工技術具有可行性,可供類似工程參考。

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