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  2. 淺談在運營地鐵車站采用鋼套筒接收盾構機技術

    2020-07-10 15:44:52 admin 123

    摘 要:在地鐵工程盾構法區間隧道施工中,盾構始發和接收是整個工程中的關鍵工序,也是難度較大、風險較高的環節。由于盾構進入到達接收洞口前難以建立起土壓以平衡開挖面的土壓和水壓,目前只有兩種比較有效的方法,一種是傳統的水土進洞,另外一種是采用鋼套筒法。文章通過昆明地鐵1號線支線春融街站~市政府站區間在運營春融街地鐵站采用鋼套筒接收工藝,確保了盾構機順利接收和1號線春融街運營安全。文章詳述這種工法的技術原理、組裝流程、接收工藝。

    1 概況

    昆明軌道交通1號線支線春融街站~市政府站區間采用2臺土壓平衡盾構機,左右線并行掘進,由市政府站站西端始發,到達運營的春融街站后,由預留的2個盾構井接收并調出。

    設計的春融街站~市政府站區間左右線在春融街站南端頭接收位置均距離既有線較近,其中左線最小凈距3.8m。根據首期工程春融街站在該盾構端頭井頂板埋深約6m,地下含水豐富,常規加固措施難以滿足施工要求,更難以保證運營線安全,為此經相關單位共同研討,將盾構機接收調整為鋼套筒接收。

    2 鋼套筒接收方案

    在盾構機到達端頭不具備加固條件或加固條件不能滿足盾構接收條件時,使用鋼套筒接收機。為保證1號線運營線的結構安全及運營正常,春融街站南端頭盾構接收端采用旋噴樁+鉆孔素咬合樁+鋼套筒接收方案。

    2.1 接收端頭加固設計

    接收端頭加固采用旋挖咬合樁+旋噴樁,咬合樁為φ1000@800mm

    布置,在端頭設置3排,成孔后采用C5水下混凝土灌注,待灌注至加固標高后,空樁部分采用灌砂注漿密室;咬合樁成孔時采用“隔三跳一”的方式打孔,在車站圍護結構與咬合樁之間施工單排三重管旋噴樁,旋噴樁為為φ800@600mm,旋噴樁水泥摻量為25%~40%,經加固的土體有很好的均質性、自立性,其28d無側限抗壓強不小于1MPa,滲透系數不應大于10-7cm/sec,抽驗標準為檢驗數量不小于樁總數的1%,且不少于3點。

    加固范圍立面為隧道結構上下各3m,加固長度:右線平面位置為隧道結構東側2.2m,西側3m;左線平面位置為隧道結構東西各3m;加固寬度:為春融街站圍護墻以南3.2m。

    2.2 接收筒

    盾構接收筒主要用于輔助盾構到達接收,整個裝置設計一端開口與洞門鋼環連接,另外一段全封閉的容器。鋼套筒內在盾構到達之前要進行填料。鋼套筒結構主要有筒體、后端蓋、反力架及支撐等。見下圖。

    3 施工關鍵技術及措施

    區間隧道盾構到達端頭近鄰既有線,隧道埋深較深,需對到達前水文地質情況調查清楚,制定針對性措施。特別是對既有線影響要控制到最小,過程中必須按照經專家評審后方案實施。

    3.1 關鍵施工準備工作

    盾構機鋼套筒輔助接收工法增設了鋼套筒,對應的工序較繁雜,關鍵技術卡控主要有:鋼套筒安裝、洞門地連墻混凝土鑿除、鋼套筒填料及檢驗;盾構機掘進穿越加固區(素混凝土樁加固區+旋噴樁加固區)進入鋼套筒,盾構機到達后鋼套筒拆解的安全保障措施。

    (1)鋼套筒定位安裝

    a.確保車站端頭井底板平整,防止因底板標高偏差過大引發鋼套筒受力不均。

    b.根據洞門實際中心進行測量放樣,確定好鋼筒安裝位置。

    c.過渡環在地面組裝、加固,整體吊裝,安裝。

    d.洞門鋼環與過渡環連接位置力求保證密封良好,采用焊接方式;鋼套筒的過渡連接板與預埋鋼鋼環相接觸后,要檢查兩個平面是否全部貼緊。

    e.在地面把三節鋼套筒下半段拼裝緊固好,尤其是底部連接螺栓力求一次緊固到位。然后進行整體起吊,安裝就位后,同樣將三段上半部分連接緊固,吊裝。

    f.反力架安裝要求鋼管斜撐在底板預埋件上,施加合適的預應力。

    (2)接收筒主要檢驗項目

    一是接收筒圓度,二是接收筒的滲漏情況。

    滲漏檢測:在安裝鋼套筒內部未填料前從水孔加水,至加滿水檢查,直至壓力穩定且并未發現有漏點時方可確認鋼套筒的密封性。

    (3)鋼套筒內填料及檢驗

    盾構機到達鋼套筒后模擬在黏土及粉土中掘進。鋼套筒當檢查完畢后,向鋼套筒內填料,主要是填黏土及粉土,并對土體進行改良,增強土體的流動性。填料工序作為順利接收的重要保證。填料在回填飽滿后要進行滲漏、加壓和位移的再次監測。主要包括以下內容:

    a.填料密實度要高,易于掘進、螺旋機輸送及皮帶機運輸。若填料不夠密實會導致內外壓力失衡,造成水土流失。

    b.在加壓過程如果發現有滲漏或者連接有缺陷的情況,必須馬上進行泄壓,及時處理。維修后必須再次進行檢驗,檢驗合格后方可投入使用。

    3.2 盾構穿越加固區及進入接收筒施工

    (1)進入加固區前

    掘進速度和土倉壓力與正常段掘進一樣,按常規控制, 土倉壓力根據隧道實際埋深進行調整,避免地層中推進時壓力有較大的波動,掘進速度稍減慢,由原來正常段的30~60mm/min減至15~30mm/min。進入加固區前,進行剩余洞門破除。

    (2)加固區內掘進

    盾構機進入加固土體后,推力控制在800~1500t,盾構在加固區內掘進速度一般為5~10mm/min,應在密切監控地表和洞口的情況下逐步減少壓力,隨著盾構掘進盡可能降低土壓力直至為0,在洞門破除施工期間,對盾尾后續管片進行雙液注漿,形成止水環箍,阻斷原狀土體與加固體的來水通道,并在注漿完成后兩小時后通過盾構機徑向注漿孔觀察加固土體是否有涌水、涌砂現象,如沒有出現涌水、涌砂現象則恢復接收施工;如出現涌水、涌砂現象則通過盾尾管片開孔壓注油溶性聚氨酯,阻斷后續來水,確保盾構機刀盤脫出洞門鋼環的安全性。

    隨后掘進過程中,每一環施工完成立即進行盾尾后續管片的二次注漿,以確保盾構后續來水通道隔斷。

    (3)盾構刀盤進入鋼套筒內

    洞門破除完成后,刀盤進入鋼套筒以后,盾構機進行正常掘進,并且確保土壓和出土量。

    3.3 鋼套筒拆解及對應安全保證措施

    盾構進入鋼套筒制定里程后,由于盾構機在鋼套筒內,盾尾已經脫離了洞門鋼環,最后一環管片與鋼環及盾構開挖直徑間隙是否已經封堵完好至關重要。因此該部位處理措施尤為關鍵:通過車站側墻上預留的注漿管、特殊管片上預留的注漿孔的球閥,觀察出水量,若水量較大,則繼續通過預留注漿管、注漿孔注漿,直至打開球閥無水流出后,方可拆解鋼套筒和盾構機,清理鋼套筒內的回填料,并吊出轉場。

    4 工法優缺點

    4.1 優點

    (1)適應范圍廣

    鋼套筒輔助盾構接收基本適應于大多數地層,尤其是在有限的施工條件下,現場能夠滿足鋼套筒安裝要求的場地便可以施工。

    (2)可以多次利用

    鋼套筒結構由鋼模塊組成,組裝拆卸便利,易于多次使用。首次加工制作費用較高,經過多次倒用可以節省端頭加固管線遷改費用,經濟效益較好。

    (3)安全性高

    由于鋼套筒接收為盾構帶壓接收,比傳統的接收更易控制其風險,尤其對水土流失控制較好,特別適用于對環境保護要求高的施工地方,更安全有效提高盾構接收安全性。

    4.2缺點

    (1)出洞操作困難

    傳統的盾構接收在盾構機刀盤露出后可以直觀的進行測量和判斷下一步盾構走向,鋼套筒直接連接洞門鋼環形成一個封閉體,對盾構機接收制造了很多限制,因此對盾構姿態及測量的精度要求極高。

    (2)運輸及保管困難

    鋼套筒是一個直徑6900mm,長10500mm圓柱體,即使拆分為單塊也叫龐大,運輸上存在一定困難,保管上也很占地方。單塊拆分后容易變形,會對下次組裝帶來一定的困難。

    (3)費用高

    鋼套筒制作安裝費用在100萬左右,加上運輸保管費用整體較高。

    5 結論與建議

    鋼套筒接收工法使用范圍廣,尤其適用于對周邊環境保護要求高的施工場地。昆明地鐵呈貢支線二工區春融街站~市政府站區間成功的應用了該工法,保證了既有線的安全。鋼套筒接收工法還有一薄弱環節,就是在鋼套筒填料之前進行洞門破除工序,該工序需要進行一定的端頭加固,在條件允許的情況下,圍護結構采用玻璃纖維筋,盾構機刀盤配置滾刀,可切割強度較高的混凝土,規避洞門破除過程中造成水土流失的風險。

    參考文獻

    [1]王健.盾構到達鋼套筒輔助接收系統的改進設計及施工[J].現代交通技術,2014,11(4):59-62.

    [2]趙保.鋼套筒輔助盾構接收技術概述[J].文摘版:工程技術,2015(13):267-269.

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