地铁盾构施工对铁路沉降和位移变形影响的监测

发表时间:2018/9/17   来源:《基层建设》2018年第25期   作者:王继荣
[导读] 摘要:各个城市地质条件差异较大,给隧道施工风险控制带来了巨大压力,增强地铁施工风险管理工作已成为地铁建设企业管理重要内容。
        南京地铁运营有限责任公司工务分公司  210012
        摘要:各个城市地质条件差异较大,给隧道施工风险控制带来了巨大压力,增强地铁施工风险管理工作已成为地铁建设企业管理重要内容。目前,国内施工建设领域中流行一项先进的隧道施工技术,即盾构施工技术,其新颖之处在于,项目开挖阶段能够将整个开挖面置于盾构体保护范围之内,可有效避免因土体失稳或冒顶等问题,而在盾构施工过程中风险控制不到位,也会影响到城市道路塌陷、建(构)筑物沉降和地下管线破裂等危险,对人员生命财产造成严重威胁。文章与地铁工程施工实践相结合,对盾构施工风险管理进行一系列分析。
        关键词:地铁工程;盾构施工;风险措施
        引言
        在地铁工程的实际建设过程中,风险问题不可避免,而且,不同城市、不同地质、不同水文、不同环境会带来不同的风险,不同的风险就会有不同的处理措施,如果处理不当就可能带来不同的安全事故,不仅威胁整个工程建设过程中施工人员的生命财产安全,而且影响地铁工程在社会中的良好形象。所以加强对盾构施工过程中遇到的风险的研究,针对不同的风险形成相应有效的处理措施,减少和降低风险对施工的影响就显得极为重要。
        1、地铁盾构施工风险分析
        1.1盾构选型风险
        盾构选型不当会对工程工期、成本造成不利影响,同时也会影响盾构施工的安全,对周边环境造成危害。地铁盾构穿越的地层主要是土层(黏土、粉质黏土、粉土)、砂层(粉细砂、中砂、粗砂)和卵石层(卵石、砾石)以及这三种地层的混合地层。其中,应着重关注卵石地层中的盾构选型风险,适应性差的刀盘型式、不合理的刀具布置,在卵石地层中会导致刀具甚至刀盘磨损严重,地层塌陷等问题。地铁某区间,隧道穿越地层为卵石层,采用的盾构原本针对硬岩地层设计,刀盘开口率小,土舱内缺少搅拌土体的搅拌棒(不利于土体流塑性改造),盾构适应性差,导致盾构掘进效率低,平均推进速度为2.8环/d(3.36m/d)。同时,由于渣土改良效果差,土仓压力不稳定,导致地表沉降严重超标,地表累计沉降在40~60mm。盾构选型不当导致该区间工期延长,且地表沉降控制困难,给周边施工环境带来了极大的安全风险。
        1.2盾构设备故障风险
        盾构施工过程中设备突发故障,会给整个工程带来巨大的风险,严重影响工期,造成工程成本的增加,若盾构在下穿重大风险工程过程中出现设备故障,将严重威胁风险工程的安全。因此采用有效手段规避盾构设备风险是非常有必要的。地铁某盾构区间右线,盾构推进18环后主驱动大齿圈约有一半齿轮根部出现裂纹(图1),此时盾构位于繁忙道路下方,不具备从地表开挖竖井更换主驱动的条件,因此盾构带病推进至117环,从地面开挖竖井对主驱动进行了更换,增加了工程成本。
        
        图1大齿圈齿轮根部裂纹
        1.3始发、到达施工风险
        (1)端头土体加固范围不合理,加固效果质量差;(2)盾构始发、到达施工参数控制不合理(土压、注浆压力、推力等);(3)洞门密封(橡胶帘布、扇形压板)质量差,或安装方法有误,或不安装。
        1.4掘进偏离设计轴线风险
        在盾构隧道施工过程中,应尽最大努力保证开挖隧道轴线符合设计轴线。当盾构施工偏离设计轴线后,为了保证实际施工轴线符合设计轴线,盾构在接下来的施工中必须采用相应的纠偏措施来进行姿态的调整。纠偏措施如果制定的不合理或者执行的不到位,很可能引起隧道管片的受力不均,进而引起管片的破损。另外,当隧道轴线与设计轴线偏差无法通过盾构的纠偏进行弥补时,就需进行线路的调整,这种调整对于隧道后期的运营存在较大的影响(列车降速、乘客乘坐感受差等);对于偏差较大无法进行调线的隧道,只能采取其他措施进行处理(如:采用明挖工法对已有隧道进行破除,重新修建)。总结以往工程中引起盾构姿态变差的原因主要可分为以下4个方面:测量原因、盾构操作原因、盾构设备原因、地质原因。实际施工中,盾构偏离设计轴线,是一个由小到大,逐渐累积直到无可挽回的过程。细究其原因往往不是一种,而是前述多种因素的叠加效应。所以,如果想要避免这种情况的发生,使盾构一直能保持在一个理想的姿态掘进,就必须从多方面着手,防微杜渐。
        1.5盾构操作风险
        盾构操作风险是指由于盾构现场施工人员经验欠缺,在盾构施工参数控制方面出现问题,导致安全风险事故的发生,主要表现为地表塌陷、临近构筑物发生破坏等。地铁某区间盾构在推进过程中发生了塌陷事故,通过对推进过程中土压力变化的分析,事故的主要原因为土压力控制偏低。导致出土量增大,地层损失,引起地表塌陷。盾构推进过程土压力曲线见图2。
        
        图2盾构推进过程土压力曲线
        2、地铁施工项目中盾构技术操作的风险防范措施
        2.1在盾构掘进施工操作中进行风险防范的措施
        2.1.1地铁盾构施工当中进出洞操作的风险防范方法
        我们在进行盾构施工风险管控时首先应该做好的就是针对盾构机进出洞端头位置的地层进行科学加固,其加固的长度应达到盾构长度两、三环距离以上而在加固施工技术的选择上应根据地铁施工的具体地层情况而定;其二就是要要在地铁项目的盾构洞口凿除工作开展之前进行严谨的探水试验,避免在施工中出现漏水问题,只有确保无渗漏水问题时才能进行凿除,如果有渗漏水问题就要做好加固封堵工作而后再进行洞口凿除;其三就是要在进行复环管片拼装工作时要保证圆度,并要确保管片与轴线的一致性,同时还要采取措施保证管片控制的效果,确保盾构施工管片的质量。
        2.1.2盾构掘进失稳风险的防范措施
        对于掘进粉砂层、淤泥层等不良地质的时候如果没有做好前期的准备工作,很容易出现问题,其主要是受到人员操作以及土压设置方面的影响,从而使得开挖出现失稳的情况,对于该部分需要引起高度重视,并采取有效的措施进行控制,从而确保建筑物的质量。首先,在掘进之前需要有效的分析底层土质,并且也要充分的考虑到承压水方面,从而选择合理的土压参数。其次,改良渣土。就目前的情况来看,如果渗透系统太高,主要是采用添加膨润土、泡沫等添加剂改良,从而能够合理的控制。
        2.2盾构穿越地面建筑物的风险防范
        2.2.1保持正常推进速度和推力
        通常情况下的推进速度需要控制的范围是在2~3cm/min,土仓压力存在一定的波动值,主要范围是0.02MPa以内,确保其达到一个稳定的状态。总推力需要控制在15000kN以内,这个范围需要控制在合理的情况下。做到均衡施工,将其所带来的影响。
        2.2.2严格控制盾构纠偏量
        需要有效的确保盾构证明的沉降处于良好的状态,因此在施工的时候需要确保其处于一个匀速的状态,防止发生太大的偏移。每环检查管片的超前量,保证折角变化和隧道轴线的范围要控制在百分之零点四以内。
        结束语
        总之,在地铁工程项目的建设施工中地铁盾构施工技术的普及性较高,同时由于其施工应用的环境通常为地下,其施工中就非常容易发生安全施工事故,在施工中的安全风险主要来自于施工人员的技术水平问题以及施工前的勘察工作存在不到位的情况,我们要在这两个方面进行严格管控,以提升地铁盾构施工中对于各项安全风险进行识别与防范的能力,进而保证地铁施工的安全性,优化地铁运行的可靠性。
        参考文献
        [1]刘新社,韩同银.地铁盾构施工安全风险预警警兆指标设计探讨[J].建筑经济,2014,4(11):115-117.
        [2]苟敏,赵金先.地铁盾构施工风险分析[J].沈阳建筑大学学报(社会科学版),2014,4(1):390-393,396
        [3]张伟.地铁盾构法施工问题及解决方案[J].科技视界,2014,(20):623—666.
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