盾构施工在近距离地铁下穿线路中的应用

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:李亮
[导读] 笔者结合自己的实际工作经验,以实际项目为例,介绍了盾构施工在近距离地铁下穿中的应用,希望能对我国的地铁建设事业有所帮助。

(中铁十六局集团地铁工程有限公司,北京,100124)
  【摘  要】随着我国经济的不断发展,人们生活水平的不断提高,导致了人们对出行条件的要求越来越高,而在当前的城市中,由于土地资源日趋紧张,地铁成为我国当前城市交通的重要组成部分,但是在进行线路规划的过程中,因为各种原因往往导致不同的地铁线路之间存在着彼此的较差,为地铁的施工增加了一定的难度。在本文当中,笔者以北京地铁昌八联络线工程12标平~回盾构区间左线下穿既有8号线出入线区间为例,分析了盾构施工在近距离地铁下穿线路中的应用。
  【关键词】盾构;施工;近距离;地铁;下穿
  一、工程概况
  本工程平西府站~回龙观东大街站盾构区间(以下简称平~回区间)为昌平线与地铁八号线联络线工程中一段区间,平西府站~回龙观东大街站区间(以下简称平~回区间)盾构法施工。平~回盾构区间右线行走线路同左线,不同是旁穿八号线出入段线,最近距离5.5米左右,最后到达平~回区间1#盾构井。起迄里程右线为YDK5+ 284.578~YDK6+148.13,长863.552m,左线为ZDK5+282.731~ZDK6+064.447,长869.074m。区间隧道埋深13~19.1m。区间采用两台直径6.25m EPB土压平衡盾构机进行施工。盾构隧道采用C50 S10钢筋混凝土管片错缝拼装,弯螺栓连接,管片外径6.0m,内径5.4m,每环管片宽度1.2m。
  该项目施工过程中的主要难点有以下几个方面的内容:1、地铁八号线二期出入段线隧道为正在运行的区间隧道,必须确保地铁列车的运行安全,盾构穿越施工时的保护标准要求很高,盾构下穿过程中宜使用自动化监测设备;2、地铁八号线二期出入段线隧道施工方法为矿山法施工,隧道与既有线隧道的的间距小,最小间距仅有3.18m,盾构下穿该段可能存在不明金属物;3、该段为曲线段。在推进时由于各种不确定因素,盾构姿态的改变对周围的土体产生影响。
  
  图一 区间平面图
  二、施工准备阶段
  本项目的土质以沙土与黏土以及粉质粘土为主,需要充分根据地质条件选择适宜的盾构机,本项目中所使用的盾构机应该具有如下几个特征:①具备土压平衡掘进功能;②足够的推力和刀盘驱动扭矩;③良好的碴土改良能力和防水性能;④合理的刀盘及刀具设计。除了需要准备适宜的盾构机之外,还需要准备相应的盾构配套设备,主要包括:轨道运输设备、垂直提升设备、砂浆搅拌设备、供电设备、供水系统等。
  在准备阶段除了需要准备盾构机与配套设备之外,还需要准备相应的生产物资,盾构施工主要物资为钢筋混凝土衬砌管片及防水材料、浆液拌合原材料(包括水泥、沙子、粉煤灰、膨润土),在下穿地铁八号线二期出入段线隧道之前对各种原材料库存数量进行统计(包含轨道、轨枕、夹板、水管等),保证数量充足。
  准备阶段的最后一项工作就是进行相关人员的配备与技术资料的配备。由于盾构施工的复杂性与危险性,必须要配备一定数量的盾构施工专家与技术熟练的盾构操作机手,只有这样才能保证整个项目的顺利实施与安全性。在盾构穿越隧道之前还需要优化掘进的参数对盾构隧道影响范围内的地质条件、水文条件、隧道覆土厚度、地面状况等进行分析,确立合理的掘进参数,控制沉降。
  三、主要施工工艺
  (一)始发准备
  盾构穿越隧道始发阶段的工序如下:端头加固→始发基座安装→盾构组装调试→洞门凿除→洞门防水装置安装→反力架(钢环)安装与定位→负环管片安装。
  盾构端头加固采用旋喷桩,为保证端头井土体稳定,采用高压旋喷对端头土体进行加固。始发基座安装与定位需在盾构主机吊装之前完成,定好位后需对基座进行加固。根据工程总体安排,先施工本区间右线,盾构机在平回区间中间风井进行组装。盾构的组装场地根据现场情况分成三个区:后配套拖车存放区、主机及后配套存放区、吊机存放区。构始发井洞门凿除分两步进行:第一步,以手持风镐方式由上至下分块凿除钻孔桩,保留最内层钢筋;第二步,当盾构组装调试完成,并推进至距离洞门约1.0m左右时,再由上至下分层、间隔地割除预留的最内层钢筋。洞门防水装置由帘布橡胶板、圆环板、固定板、压板、垫板和螺栓等组成。反力架安装与定位在盾构主机吊装完成后进行,要做到精确定位,定好位后同样需进行加固。当盾构组装调试等工作完成后,组织相关人员对盾构设备、反力提供系统、进洞台等进行全面检查与验收。
  (二)主要的技术措施
  盾构掘进施工过程中的轴线控制是穿越既有线施工过程中的一个重要的环节,盾构在施工中大多数情况下不是沿着设计轴线掘进,而是在设计轴线的上、下、左、右方向上摆动,偏离设计轴线的差值必须要满足相关规范的要求,因此在盾构掘进中要采取一定的控制程序来控制隧道轴线的偏离。
  由于在盾构施工的过程中,塌方等灾害的发生频率较大,也存在着较大的安全隐患,首先需要对土体的物理力学性质进行改良,并严格控制土压力。盾构掘进过程中,通过土压力控制一方面减少压力过大波动对土体的反复扰动,避免前期过大沉降;另一方面通过注浆压力的管理保证后部间隙及时填充密实均匀,减少盾构通过后地层沉降。在刀盘面和土仓内注入泡沫方法进行土体改良,必要时向螺旋输送机内注入泡沫。
  同时在盾构穿越的过程中应该严格控制同步注浆与二次注浆。开挖过程中,刀盘开挖的空隙与管片实际外径存在一定的间隙,在掘进的过程中,管片逐步脱出盾尾,掘进的同时须同步将浆液注入管片与开挖面之间的缝隙,以尽快填充环形间隙使管片尽早与地层共同作用,防止地面变形过大而危及周围环境安全,同时作为管片外防水和结构加强层。从盾构始发掘进开始到穿越风险源结束,均要进行二次注浆。通过管片中部的注浆孔进行二次注浆,补充同步注浆未填充部分和体积减少部分,从而减少盾构机通过后土体的后期沉降,减轻隧道的防水压力,提高止水效果。
  四、沉降检测
  根据过既有线工程实际情况,结合类似相关监测工程的经验,将轨道的沉降、差异沉降和既有线结构的沉降及道床裂缝的错动、差异沉降作为本项目的重点,辅以其它监测项目形成一个严密的监测系统。通过监测,及时优化、调整掘进施工的参数,做到动态信息化施工管理。
  为保证既有线结构的安全和正常运营,在其施工期间,必须对既有线结构进行人工检测与远程自动检测相结合的方式进行检测,以便及时掌握穿越既有线施工过程中既有线结构形状和道床的改变,为判断既有线结构和运营安全提供依据。在进行检测时也应该合理选取检测点,在本项目当中的检测点分布入下图二中所示:
  
  图二 监测点平面布置图
  在检测的过程中应该严格按照国家相关规范的规定进行,同时检测数据应该及时的向监理、设计单位反馈,设计单位在接到反馈之后应对其进行复核,确保施工的安全性。
  五、施工阶段的风险控制措施
  (一)开发面塌方控制措施
  掘进时若土压力、出土量控制不合理等因素导致开挖面塌方,引起地表、既有线沉降超标,影响地铁运行安全。控制措施:1)保证盾构连续掘进;2)优化盾构掘进参数;3)严格控制出土量;4)保证管片拼装质量;5)严格控制壁后注浆参数;6)及时地表监测跟踪。
  (二)生产风险控制措施
  ①盾构推进线路偏移较大。控制措施:1)严格落实测量方案及测量保证措施,保证线路精度可控。2)出现问题逐步纠偏。
  ②同步注浆及二次注浆不合理。控制措施:1)结合制定地质实际情况,总结优化注浆参数;2)专人旁站值班,加强注浆质量控制;3)定期清洗管路,保证系统正常。
  ③盾构土仓、刀盘结泥饼现象。在盾构机在粘土层掘进过程中可能会产生结泥饼现象,故盾构机开始下穿既有八号线前应对盾构机土仓、刀盘进行检查。当发现存在结泥饼现象,及对其进行清理,保证安全通过既有八号线。在掘进过程中注意增加泡沫的注入量,防止再次出现结泥饼现象。
  五、结语
  当前阶段盾构技术在近距离地铁下穿线路中有着广泛的运用,同时实践经验也表明盾构技术能很好解决施工中所面临的各种风险。在本文当中,笔者结合自己的实际工作经验,以实际项目为例,介绍了盾构施工在近距离地铁下穿中的应用,希望能对我国的地铁建设事业有所帮助。
  参考文献:
  [1]薛景沛,何浩. 盾构两次近距离下穿既有运营地铁的施工技术[J]. 隧道建设,2009,S1:46-51.
  [2]曹振. 西安地铁盾构施工安全风险评估及施工灾害防控技术[D].西安科技大学,2013.
  [3]魏嘉翀. 北京某地铁盾构下穿既有铁路沉降影响及施工优化分析[D].北京交通大学,2013.
  [4]梁玉. 北京某大直径盾构下穿既有地铁桥梁影响研究[D].北京交通大学,2014.
  作者简介:
  李亮(1984-),男,工程师,主要从事隧道及地下工程方向研究工作。

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