盾构论文
上海地铁M8线复兴路~淮海路站区间隧道联络通道施工技术
发布:2006-02-13    浏览:2947    来源:    【

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    摘  要:上海轨道交通M8线复兴路站~淮海路站区间隧道的联络通道,采用简易网格式机头顶进施工取得成功。文章对施工过程进行了详细叙述,总结出简易网格式机头顶进施工的特点;并提出了一系列的优化和改进技术措施,供类似工程参考。
    关键词:地铁联络通道 简易网格式机头 顶进施工技术
 
    1  工程概况
    上海市轨道交通M8线淮海路站~复兴路站区间隧道全长828m,在上行线里程SK19+785.640m处设有1座联络通道。其对应的地面位置为与寿宁路交汇处以南30m的西藏南路,地面邻近建筑物多为3层砖木结构老式里弄民房,并有Φ500mm上水管和Φ800mm煤气管等。
    隧道内径为5.5m,外径为6.2m,普通管片宽1m,钢管片宽1.1m;联络通道的断面尺寸为:高2.7m、宽1.58m;顶面标高为-11.56m,底面标高为-14.26m,顶覆土厚15.56~15.62m。联络通道处的上下行隧道中心标高为-12.56~15.62m,中心线距离为12m,外壁净距为5.8m,见图1。
    联络通道采用简易网格式机头,由下行线的XK19+789.577m里程向上行线顶进施工。
图1  联络通道示意图
 
    2 工程地质条件
    根据工程地质资料可知,联络通道处的主要土层从上到下分别是①1层杂填土、②层粉质粘土、③层淤泥质粉质粘土、④层淤泥质粘土和⑤1层粘土。
    顶进时,上半部为④层淤泥质粘土,下半部为⑤1层粘土。
    各土层物理力学指标见表1。
 
表1  主要土层的物理力学指标
地层名称
含水量
/%
重度
/kN×m-3
比重
 
孔隙比
粘聚力
/kPa
内摩擦角
/ °
液限
/%
塑限
/%
压缩模量    /MPa
淤泥质粉质粘土
40.4
17.6
2.73
1.14
13
18
35.9
20.6
3.56
淤泥质粘土
50.3
16.6
2.74
1.44
14
11.5
44.7
23.4
2.25
1
粘土
39.0
17.6
2.73
1.13
16
16.5
41.2
22.3
3.73
 
    由表1和工程地质资料可知:联络通道所处的④淤泥质粘土层和⑤1粘土层,基本上均属微透水性、抗剪强度较高的土层,其自立性较好。
    3 联络通道施工设计
    考虑到联络通道所处的④淤泥质粘土层和⑤1粘土层自立性较好,若采用简易网格式机头顶进施工,则在保证安全的前提下,可以节省人力、物力、经费及缩短工期。
    3.1  施工设备
    简易网格式机头由正面网格切土装置、垂直法兰、中继间(内设纠偏千斤顶)、主顶进装置、后靠和导轨组成(见图2)。
图2  简易网格式机头示意图
 
    ⑴ 正面网格切土装置是由下行线隧道内的382、383环钢管片中的6块洞口块紧固连接成一体后加工而成的。将钢管片中间2列开口打通,考虑到控制出土量和风险因素,还须制作相应数量的胸板,一旦出现突发事件,可以马上封堵出土口。
    ⑵ 主顶进装置由6台1 000 kN的千斤顶、高压变量油泵、换向阀和高压软管组成。
    ⑶ 纠偏千斤顶设在中继间内,用来纠正顶管的姿态,其数量和规格由正面的土压力及复合管节外壁的摩擦力来确定。
    ⑷ 后靠支撑系统是由与隧道内弧面密贴的船底板加强肋板组成,后座与管片的接触面须均匀密贴。其具体尺寸是根据联络通道的埋深和土质情况,通过计算推进反力来确定的。
    ⑸ 导轨由2根可以自由拆卸的型钢组成,按设计的轴线铺设,让电机车将复合管节运输至千斤顶顶进的范围,并导向其顺利顶入土中。
    3.2  工作原理
    简易网格式机头在主顶千斤顶的推力下顶进,网格前的土体受被动土压力的作用,当被动土压力大于网格舱内土压时,土体就会被挤入舱内,然后人工把泥土运走。出土量由网格的开口率大小来控制。
    3.3  管节
    联络通道由6节宽1.58m、高2.7m、壁厚为0.2m的预制复合管节组成,其中2节长1.2m,为进出洞复合管节,4节标准复合管节长1.5m。复合管节由钢壳和内衬混凝土组成,钢壳背板涂2度环氧沥青漆,内衬混凝土等级为C30,抗渗强度为0.8MPa,混凝土保护层厚2.5mm,平整度和密实度符合设计规定,并预留压浆孔(见图3)。
图3  矩形复合管节
 
    4 联络通道施工技术
    4.1  顶进施工前的准备工作
    4.1.1  土体加固
    为防止网格打开后正面的土体坍塌,造成水土流失,同时也为防止顶进时隧道发生横向位移和管片变形,因此,须对简易网格式机头出进洞处混凝土管片外的土体进行注浆加固,经加固后的土体有很好的自立性、均质性,无侧限抗压强度达0.2~0.3MPa。
    4.1.2  测量放样
    联络通道施工前,采用地面控制网,根据进出洞门的中心连线,定出顶进的轴线和导轨面标高、后靠和千斤顶组的中心位置,减小因上下行线在施工中管片排布的差异而引起的相应预留孔方位差异造成的施工难度;同时,将测量台固定在不受顶进影响的管片上,避免因后靠系统的变形而影响复测的精度。
    4.1.3   管片支撑体系
    联络通道施工前,应在隧道内设置型钢支撑,形成柱状钢支撑,支撑联络通道口两侧的10环混凝土管片;在钢支撑上(沿隧道纵向)设置钢桁架梁,支撑点设在开口环上,开口位置上的支撑点处,必须填充混凝土。为了给钢支撑施加预应力,在各钢支撑顶端设液压千斤顶,采用三角形垫块与混凝土管片密贴(见图4)。
图4  管片支撑体系
 
    4.2  出洞施工技术
    4.2.1  施工参数
    顶进速度控制在10mm/min左右, 出土量宜控制在理论值的95%~98%;当千斤顶的顶力偏大时,可把网格适当放大(即上下2排网格打通);反之,用胸板堵住网格。
    4.2.2  注意事项
    ⑴ 为防止简易网格式机头发生“磕头”,须将纠偏装置(中继间)与前2节复合管节紧密连接,确保相邻管节的外形平整,控制顶管的姿态。
    ⑵ 为控制顶管的姿态,顶进时要随时调整主顶千斤顶的位置,即控制千斤顶的合力位置,若顶管有向上的趋势,则将下部的千斤顶向上移动;反之,让上部的千斤顶向下移动。
    4.3  正常顶进施工
    4.3.1  施工参数
    顶进速度一般控制在20~30mm/min,如果发现正面土体挤入很慢,且顶进压力也变得越来越大时,应放慢顶进速度,即控制在10mm/min左右,否则极易造成顶管上抛。
    正常情况下,出土量控制在理论值的97%~100%之间;如果千斤顶的顶力过大时,则可以适当提高网格开口率。
    4.3.2  注意事项
    ⑴ 密切关注地表沉降、土质的变化、覆土的厚度及地面建筑物等的监测数据,及时调整出土量,控制地层变形;
    ⑵ 优化主顶千斤顶的编组,控制顶管的姿态;
    ⑶ 在主顶千斤顶编组能控制的情况下,尽量不用纠偏装置,以免影响后面整体复合管节的姿态和测量;
    ⑷ 当一节管节顶进结束吊放下一节管节时,应保证止水密封橡胶带在对接拼装时与管节充分密贴,且受力均匀。
    4.4  进洞施工技术
    4.4.1  导轨的铺设
    简易网格式机头在进洞前,应安装好导轨装置,导轨的坡度应与联络通道的坡度相吻合。
    4.4.2  布置应力释放孔
    将钢管片两旁的压浆孔作为应力释放孔,预先安装上球阀。当机头即将靠近洞门时,根据实际情况,用球阀来控制应力释放孔的闭启,避免封门变形或正面的土体涌入隧道内。
    4.4.3  施工参数
    顶进速度一般控制在10mm/min左右;为降低对封门的压力,防止土体涌入隧道内,必须尽量挖空正面土体。
    4.4.4  注意事项
    ⑴ 拆除封门时要有专人指挥,布置好最佳的吊点;简易网格式机头必须保持良好的状态,一旦封门拆除,简易网格式机头立即顶出土体,尽量缩短进洞的时间;
    ⑵简易网格式机头进洞后,用钢板将洞门圈和复合管节间的空隙封焊住,防止水土流入隧道;
    ⑶ 联络通道完全贯通后,通过复合管节上预留的注浆孔,压注足量的浆液填充建筑空隙,防止地面沉降和管节渗水,并处理好压浆孔。
    5  施工监测
    ⑴ 在联络通道上方邻近的建筑物和管线处布置地表变形测点,测点间距为2~5m;测量频率视地表变形速度及可能对地面结构造成影响的程度而定;采用自动安平水准仪和线条式铟瓦水准标尺等仪器进行测量,测量精度在±0.3mm左右。
    ⑵ 隧道变形的监测范围为沿隧道40m,测点间距为2~5m(联络通道附近的测点应加密布置,用同上的仪器量测管片的水平和垂直位移,测定隧道的变形。
    ⑶ 联络通道顶进施工的实际时间仅为40h,地面累计(30天)最大沉降量为6.12mm,管线及建(构)筑物的累计最大沉降量为3.41mm;已建成的隧道测得最大位移值为+1mm;测得最大变形值为1 mm;顶进结束后10d,测得周平均沉降值< 0.5mm;联络通道内未见渗漏水点。
    6  结束语
    通过本工程的施工实践,可以得出:简易网格式机头施工工艺较适用于上海软土地层内的联络通道施工。
    简易网格式机头的施工工艺具有以下特点:
    ⑴ 准备期、实施期均很短(约为冰冻法的1/3),且联络通道的后期稳定时间亦较短;
    ⑵ 对土体的扰动小,不仅全面增强了邻近建筑和管线的安全,而且能使联络通道始终处于较稳定的土体中;
    ⑶ 一旦遇到险情时,可立即封堵,有效地控制险情的扩展;
    ⑷ 施工成本较低(约为冰冻法的2/3),且顶进设备可重复利用,经济效益显著;
    ⑸ 由于管节为高精度的预制构件,且在施工过程中便于控制,使联络通道质量得到提高。外观质量优良,未见渗漏水点。
    为使该施工工艺在今后的类似工程中可得到广泛的推广应用,进一步做好设计、施工一体化,需对下列几方面进行优化与改进:
    ⑴ 根据盾构机的性能,尽量放大隧道内钢管片(联络通道预留口)的宽度,尤其是钢管片的开口宽度,以实现更大空间的顶进法联络通道施工;
    ⑵ 将作为简易网格式机头的顶出钢管片,由现在的径向开口改为水平开口;并使接收侧隧道内的洞门钢管片尺寸略大于始发侧,便于顶管机的进出洞施工;
    ⑶ 在盾构推进至联络通道位置时,尽量减小对土体的扰动,并尽快实施土体加固和环箍注浆等措施,隔绝同步浆液流窜,保证顶进时的土体均匀性;
    ⑷ 在满足隧道内施工空间的前提下,尽量采用长行程(大于管节长)千斤顶作为主顶千斤顶,这样就不必多次更换顶块,可使顶进施工连续进行,既加快了施工速度,又有利于顶进轴线的控制、降低起重作业风险、提高总体质量。
    建议在有集水井的联络通道中,采用简易网格式机头进行施工,即在顶进管节的相应位置,预留类似钢管片的可顶出结构,进行向下顶进施工,构筑集水井。
 
李慕涵
来源:《上海隧道》2005年第4期
盾构概貌

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