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地铁隧道盾构机停机保障措施研究

2019/08/28 阅读:

[摘要]为有效保障盾构机停机期间的良好状态和稳定性,并为盾构机恢复推进创造良好条件,杭州某地铁区间隧道施工单位采取了一系列保障措施,本文将施工单位的各项措施加以概括和叙述,以期能够为其他同类工程提供参考价值。

[关键词]盾构;停机;保障;措施

引言

在地铁隧道工程的建设中,盾构法隧道得到了大规模应用。而盾构法的施工特点决定了当其遇到无法接收等特殊的因素时,常常只能选择停机的方案。以杭州某地铁区间为例,由于该地铁区间接收井工期延误,盾构机不具备接受条件,导致盾构机必须采取停止掘进方案。由于本区间停机位置位于渗透系数较大的砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、砂质粉土中,且本区间近场区主要区域河流为钱塘江,场区内地表水均受其影响,地下水位较高,长期停机易产生盾构机“磕头”或整体下沉等不良影响。本文主要叙述盾构机停机期间施工单位所采取的技术措施,为其他工程提供参考价值。

1工程概况

1.1工程简介

本文所讨论地铁区间是杭州轨道交通网络建设规划中加强江南副城和之江新城之间一条骨干线路的重要区间。本区间左、右线隧道以同标高从始发井平行出发,左、右线均以坡率12.8‰单坡上升至接收井。最小平面曲线半径R=1500m,轨面埋深为14.39~21.71m,隧道拱顶埋深为9.41~16.75m,采用2台φ6440土压平衡盾构机。右线盾构推进至425环(切口位置430环)时,右线盾构暂停施工。停机位置覆土深度10.8m,平面线型为直线,竖向为+12.8‰。左线盾构切口推进至405环(切口位置410环)时,左线盾构暂停施工。停机位置覆土深度11m停机位置平面线型为直线,竖向为+12.8‰。

1.2地质条件

本区间盾构掘进断面主要位于③4-2砂质粉土、③5砂质粉土夹粉砂、③6粉砂和⑥淤泥质粉质粘土土层中,上覆①1杂填土、①2素填土、③3砂质粉土夹粉砂、③4-1砂质粉土,下伏⑧2粉质粘土、⑧3粉砂、1中砂。

1.3盾构机停机位置
盾构机停机位置位于③4-2砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、③5砂质粉土中,③4-2砂质粉土(al-mQ42+3)灰色,稍密,很湿,为中等偏高压缩性土,③5砂质粉土夹粉砂(al-mQ42+3)灰色,稍密为主,局部中密,饱和,含云母碎屑,为中等压缩性土。

2盾构机暂停掘进保障措施

2.1姿态控制

根据地勘报告、及实地勘察,以及根据以往盾构机停机的经验,对盾构机停机姿态进行分析,分析结果如下:因盾构机头部(即刀盘)较重,为防止盾构机“磕头”或整体下沉,需根据盾构机所停区域坡度及土层综合考虑。在盾构机暂停前,总体保持盾构实际轴线比设计轴线略高,盾构机头部比尾部略高。在停推前10环,盾构机切口高程控制在+10mm~+20mm,盾尾高程控制在-5mm~+5mm。

2.2土压力控制

根据盾构机停机位置的土层特性设置合理的土仓压力,并设定停机前最后20cm推进的土仓压力比设定压力略高0.2~0.3bar,防止盾构机长时间停机土仓内土压力下降。停机过程中对土仓压力进行监视,如土仓压力低于警戒值时,通过膨润土系统加入泥浆,保持土仓压力。

2.3同步注浆

盾构推进中的注浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期变形的主要手段,也是盾构推进施工中的一道重要工序。盾构推进施工中的注浆,选择大比重单液浆进行及时、均匀、足量的压注,确保其建筑空隙得以及时和足量的充填。停机前3环同步浆液配比减少含沙量,避免长时间停机可能引起同步浆液裹住盾尾,造成恢复推进困难。

2.4二次注浆

盾构机停机后,对盾尾后10环~15环进行二次注浆。二次注浆目的为稳定成型隧道,阻隔隧道后方地下水。二次注浆采用双液浆,为水泥浆和水玻璃的混合浆液。压浆时安排专人负责,对压入位置、压入量、压力值均作详细记录,并根据地层变形监测信息及时调整,确保压浆工序的施工质量。

2.5盾尾密封

盾构暂停前5环盾尾油脂压注量增加,停机后额外压注盾尾油脂。压注必须足量、均匀。在盾构暂停时,为保证盾构机盾尾密封效果,在最后一环外弧面加一道海绵条,将管片与盾尾间隙进行封堵,后采用弧形钢板插入管片迎千斤顶面,用千斤顶顶住,确保暂停阶段盾尾密封安全。停机后每周补压一次盾尾油脂,所有盾尾油脂点位均补入盾尾油脂。

2.6膨润土压注

通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入膨润土浆液,利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土渣混合的方法。停机阶段,对刀盘及土仓内补压膨润土浆液,起到保持开挖面土压,增加刀盘前方土体含水量的作用。停机阶段暂定每周转动刀盘一周,同时补充膨润土浆液。

2.7克泥效压注

克泥效工法是盾构隧道施工的辅助施工工法,通过向盾体与地层的空隙注入特殊的高强度塑性材料,填充盾壳于土体间隙。采用克泥效工法施工可以有效控制盾构机通过时上方土体和结构的下沉量,是控制地面沉降的有效施工工法。盾壳周边压注克泥效可以有效防止周边土体卡住盾构机。

2.8停机阶段监测

2.8.1地面环境监测区间左右线盾构机停机后,监测范围为盾构机前后50环,对地面环境监测点进行加密布置。同时停机阶段对周边地面及构建筑进行巡视。现场安全巡视的主要对象为工程结构自身和周边环境。巡视的范围包括所有的监测对象以及和工程施工有关的其他对象。

2.8.2隧道拱底沉降监测停机过程中对隧道拱底沉降进行监测,了解隧道沉降变化情况。沿隧道方向在左、右行线按10环间距布设一个监测点,拱底沉降布设在隧道底部的管片上,采用水准钉钻孔布设,停机阶段监测频率加强。1个月后如隧道沉降稳定,回复正常频率,直至恢复推进。

2.8.3盾构姿态监测区间盾构机采用自动测量系统,停机过程中自动测量系统保持工作状态,盾构姿态确保每天2测,并做好记录,以及时掌握和了解盾构姿态变化,及时采取措施确保盾构姿态稳定。同时每月进行一次盾构姿态人工复核。

2.9停机阶段管理措施

(1)在盾构停机阶段应做好每天的值班工作,并按要求填写值班记录表。(2)在隧道内对管片破损、管片变形、管片间渗漏水、洞门圈、盾尾漏浆状况等进行巡视。(3)停机阶段应定期对设备进行保养和检查,并做好相关记录。(4)停机阶段应定期对盾构姿态、螺旋机闸门和盾尾密封等进行检查,并做好相关记录。(5)停机阶段在盾构机正上方地面标注警示标志及盾构施工人员联系方式,安排人员每日对停机地面位置周边进行巡视,以避免在盾构机或隧道周边进行未经确认进行挖掘、钻孔、堆载、降水等施工。(6)停机阶段人员、设备、材料做到盾构机具体应急恢复推进条件。

2.10盾构机恢复推进准备

盾构机具备恢复条件后,做好以下恢复推进准备:(1)盾构机重新进行调试,确保各系统正常运行;(2)拆除封盾尾钢板及海绵条;(3)推进之前额外压注10kg盾尾油脂,确认各盾尾注浆管的通畅;(4)推进之前缓慢转动刀盘,适当减小土仓压力,防止盾构机复推推力过大;(5)恢复推进前5环应严格控制施工参数,推进速度控制在2cm/分钟,出土量严格控制,对每箱土的掘进量进行控制。恢复推进后10环推进过程中监测频率增加到8小时/次,并根据监测数据及时调整掘进参数。

3应急措施

3.1螺旋机渗漏

盾构机主要应对措施:(1)在螺旋机入土口处安装前端闸门。在螺旋机需要进行检修时螺旋机伸缩机构将螺旋叶片缩回螺旋机筒体内,前端闸门关闭避免在检修时出现喷涌现象;(2)在土仓隔板上预留了膨润土和高分子聚合物注入接口,必要时,可向土仓壁和螺旋机内注入膨润土或高分子聚合物,以缓解螺旋机的喷碴压力;(3)螺旋机壳体上设置注入口,单独配置相关的渣良系统,对螺旋机内的渣土进行有效的改良。停机前检查螺旋机各道自动、手动闸门运行及密封情况,检查应急闸门储能装置,确保停机阶段闸门的有效性。停机期间一旦发生螺旋机渗漏,立即检查螺旋机液压闸门,并通过加泥孔对螺旋机和土仓内加注膨润土浆液等,改良螺旋机及土仓内渣土,使其形成在土仓和螺旋机内形成一定的土塞效应。

3.2盾尾防渗措施

针对本项目盾尾采用加长设计,保证盾尾内部可拼装完2环管片。同时采用3道盾尾刷设计,前2道采用钢丝刷,后1道钢板刷,外布置止浆板。每道盾尾密封腔有8个油脂注入点,保证油脂注入更均匀。

3.3地表沉降报警

盾构机长时间停机土仓压力会出现减小情况,有可能会导致地面沉降。停机期间值班人员每日对土仓压力进行记录,如变化较大,视情况安排地面监测加测。如停机期间由于土仓压力变化导致盾构机切口前方地表沉降,采用盾构机上加泥系统,对土仓内注入膨润土,土压力达到正常值并稳定。如停机期间盾构机上方地表沉降,可在盾构机径向注浆孔压注膨润土或同步浆液。如盾构机上方或前方监测点超过控制值,采取盾构机复推8环~12环(1倍~1.5倍盾构机长度),增加土仓压力,土压力达到正常值并稳定。如停机期间隧道上方地表沉降,可进行管片二次注浆。注浆原则为少量,多次,及时根据监测数据进行注浆施工调整。3.4盾构机姿态变化盾构机停机过程中,采用自动测量系统测量盾构机姿态,每日对坡度板进行人工监测。如盾构机切口、盾尾姿态发生突变或累计变化过大,采用以下措施:(1)盾构机复推8环~12环(1倍~1.5倍盾构机长度),增加土仓压力,使盾构机重新保持稳定;(2)通过盾壳径向注浆孔压注填充材料,稳定盾构机姿态。

4结束语

本文所介绍的技术措施在杭州某地铁区间隧道盾构机停机期间有效保障了盾构机的良好状态和稳定性,并为盾构机后期的恢复推进创造了良好条件。本文综合介绍了盾构机停机区间所采取的技术措施,以期能够为今后其他同类工程提供参考和借鉴。

作者:吴意 单位:上海隧道工程有限公司

地铁隧道盾构机停机保障措施研究

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