盾构隧道长距离硬岩地层钻爆法开挖管片衬砌施工

1、盾构隧道长距离硬岩地层钻爆法开挖管片衬砌施工1 1 前言随着城市化进程的加快,盾构法施工技术以其平安、快速、对环境影响小等优点得到越来越广泛的应用.目前已应用于 X X市、X X 市、广州、深圳、南京、X X 市等地铁工程.全世界大约采用了 3003000 0多台盾构机,国外兴旺国家盾构技术较为先进,尤以日本最为突生.广州地铁三号线莫标段盾构区间隧道施工中,对于短距离硬岩及软硬交互的复合地层,通过刀具选型和布置、螺旋输送机改造、辅助系统性能改造,使盾构机适应了该地层.通过补充地质勘察、刀具治理、掘进参数选择、掘进方向掌握,成功通过该地层;对于长距离硬岩地层,首次采用了钻爆法开挖、 管片衬砌工法

2、,初期支护与管片背后的空隙用米石和注浆结合的新工艺进行回填,成功通过了该硬岩段.2 2 方案选定2.12.1 工程概况工程位于 Y Y 市 Z Z 区北 7km7km 处,距 Y Y 市约 15km,15km,由一个明挖区段、三个盾构区段和一个钻爆法暗挖区段构成,全长为 40084008双线延米.隧道穿越的左、右线地层所占的长度.隧道右线 YDK16+708.5YDK16+708.5+937(228.5m)+937(228.5m)、左线ZDK16+730ZDK16+730+929(199m)+929(199m)段地层主要为 8Z-28Z-2、9Z-2,9Z-2,围岩分类为 I I、n n 级,

3、属上元古界震旦系花岗岩片麻岩的混合体,单轴抗压强度 118MPa,118MPa,钻孔觉察有抗压强度达 156.5MPa156.5MPa 的硅化角砾岩,且软硬岩层互为夹层现象普遍,岩层均一性差,对盾构法施工很不利.2.22.2 方案选择长距离硬岩地层的施工,应专心评价盾构机的设备适应性,辨识、评价、分析施工风险,考虑钻爆法施工方案的可行性,并进行进度、技术经济比拟,选择经济、合理、可行的施工方案.补充地质勘察,弥补初步勘察及具体勘察阶段因受地形地貌及其他条件限制导致钻孔远离线路或间距过大的缺乏,使钻孔间距到达 50m50m 以内的要求.并专心对待特别地段,保证地质资料的精确,作为盾构机对地质适应

4、性的评价依据.2吸取广州地铁二号线的施工经验,盾构机对广州地区软土及岩石单轴抗压强度低于 80MPa80MPa 的硬岩地层施工是完全适应的,但用软岩盾构机进行强度如此高的长距离硬岩地层施工,在国内地铁施工中没有先例,也未有外国的成功经验资料.3盾构机在局部砂岩地层中掘进易造成刀具意外破坏和非正常磨损,不仅增加直接本钱,且由于掘进速度慢,其他辅助工作费用也增大,将造成施工本钱增加.4硬岩中掘进时,盾构机震惊猛烈,对设备造成莫种程度的损坏,影响盾构机使用寿命.5经研讨,对该段长距离硬岩地层,采用钻爆法开挖、盾构机拼装管片通过的施工方法可行,并通过科研,指导施工.盾构机拼装管片通过已开挖硬岩段的速度

5、比盾构法在一般较硬岩层地段的掘进速度快,经比拟,每延米至少节约 5h,5h,能够提前工期,节省工程费用.2.32.3 总体方案对该段长距离硬岩地层,将钻爆法与盾构法相结合,在盾构机到达前,通过盾构区间的中间风井,采用钻爆法开挖,盾构隧道与该段硬岩隧道贯穿后,盾构机在已施工的混凝土导向平台上空载通过并拼装管片,初期支护与管片背后的空隙用米石和注浆回填密实.2.42.4施工技术3.13.1 施工工艺流程划分不同工法施工区段-钻爆法隧道参数选择-隧道硬岩段钻爆法施工-盾构机到达-导向平台顺接-盾构机推进至导向平台-拼装管片、吹填豆砾石-盾构机空载推进、同步注浆-补充注浆.3.23.2 选择钻爆隧道参

6、数(1)(1)盾构通过段盾构通过段的隧道设计净空为 6400mm6400mm 的圆形断面,比盾构机外径大 120mmo120mmo 该段采用光面爆破技术开挖、锚喷网联合支护,详细支护参数依据围岩条件和监控量测结果进行调整.(2)(2)盾构接收段隧道贯穿后 3m3m 为盾构接收段,断面形式同样采用圆型断面净空为6800mm,6800mm,以满意盾构机掘进贯穿时的测量误差要求.为便于盾构机到达后对盾构机进行底部处理,底部 700700 范围内半径加大到 3700mm3700mm.(3)(3)导向平台为保证盾构机按设计姿态通过,隧道底部 6060 范围设置半径为3150mm3150mm、厚 150m

7、m150mm 的弧形混凝土导向平台.3.33.3 隧道硬岩段钻爆法施工开挖断面以轨面为界,分上下两局部开挖.导向平台分段浇注,长度为 20mo20mo采用光面爆破技术,直眼掏槽,周边眼采用间隔装药,周边眼间距50cm,50cm,最小对抗线 505080cm,80cm,线装药密度 400g/m,400g/m,每次循环进尺 2.2m2.2m.3.43.4 到达段隧道盾构法掘进施工盾构隧道与钻爆隧道贯穿前 25m25m 为盾构到达段.盾构隧道到达段采用土压平衡模式掘进.进入到达段时,逐步减小推力、降低推进速度,并严格掌握生士量.因贯穿面处围岩条件较好,隧道贯穿前 3 3 环采用放开模式掘进,采用小推

8、力、低转速进入盾构接收段.盾构进入到达段前 150m,150m,对盾构施工段和钻爆段的全部测量掌握点进行系统的掌握测量复测和联测,对全部掌握点的座标进行精密、精确的平差计算.贯穿前 100m100m、50m50m 时分别人工复测盾构机姿态,准时纠正偏差,保证盾构机顺当进入接收段.盾构机在到达段掘进过程中,派专人负责观看钻爆段贯穿面岩面变化和初期支护状况.觉察围岩或初期支护有异常时,马上通知盾构主司机调整掘进参数,必要时采取加固举措.隧道贯穿时的硝士由人工清理,从竖井运由洞外.硝土清理完成后,用 C30C30 早强混凝土将盾构前体下部至钻爆隧道段已施工的导向平台进行顺接,保证盾构机顺当过渡到导向

9、平台.3.53.5 盾构机空载推进依据刀盘与导向平台间的关系,调整各组油缸的行程,使盾构姿态沿设计方向推进.开头段推进速度掌握在 151540mm/min,40mm/min,娴熟后掌握在606085mm/min,85mm/min,总推力约 300t,300t,下部油缸压力略大于上部油缸.曲线段,计算由盾构机每进一环的偏转角与较接油缸行程差和推进油缸行程差.盾构推进前复核钻爆隧道与盾构机轴线误差,并调整较接油缸、推进油缸,保证盾壳与钻爆隧道间的间隙,确保盾构按隧道轴线推进.3.63.6 安装管片及变形掌握3.6.13.6.1 管片选型与安装管片选型应满意隧道线形,安装后盾尾间隙要满意下一掘进循环

10、限值,保证有足够的盾尾间隙,预防盾尾直接接触管片造成管片破损.选型时要依据盾尾间隙与油缸行程差,结合盾构姿态选择适宜的管片.管片安装从隧道底部开头,先安装标准块,依次安装相邻块,最终安装封顶块.封顶块安装前,对止水条进行润滑处理,安装时先径向插入约 6/76/7 管片宽度,调整位置后缓慢纵向顶推.管片块安装到位后,准时伸由相应位置的推进油缸顶紧管片,推进油缸的压力设定为 50bar,50bar,然前方可移开管片安装机.3.6.23.6.2 管片防水举措盾构机步进时,盾壳与导向平台间的摩擦力约 100t,100t,管片与盾尾尾刷间的摩擦力为 20t,20t,拖拉盾构机后配套的拉力为 75t,75

11、t,总反力为 195t195t.施工时盾构机油缸推力均在 300t300t 以上,且管片防水使用的是遇水膨胀橡胶止水条,盾构机推力满意管片防水的要求,没有由现因止水条挤压不紧而造成管片漏水现象.为保证管片的防水效果,采取以下举措：隧道贯穿前安装管片时,每环管片用小 2222 钢筋与上一环管片相连,预防因贯穿时刀盘前方忽然失去反力引起已安装的管片松动；在盾构机步进前方,利用导向平台上的预埋钢板焊接牛腿,安设两个 80t80t 的千斤顶供给反力,也可直接在刀盘前方堆硝供应盾构机步进所需的反力；安装管片时,在该环管片的螺栓紧固完毕后,对上环管片的螺栓进行二次紧固.3.6.33.6.3 预防管片错台的

12、举措盾构机在掘进过程中,由于刀盘的支撑,在盾构机前体与管片之间形成一个类似于简支梁的结构,当盾构机推力缺乏时,在自重作用下,盾构机主机后部悬空局部会下沉,从而导致管片产生错台.但当盾构机在导向平台上向前推进时,盾构机的前体、中体以及盾尾的盾壳与导台是紧密接触的,只要留意管片选型与姿态调整,并严格掌握注浆压力,就不会产生大的错台.为预防错台,采取了以下举措：每 3 35 5 环对管片姿态进行人工测量,依据测量结果结合盾尾间隙进行管片的选型；增强米石及注浆回填效果的检查,保证管片与钻爆隧道间充填密实；在安装好的管片上增加纵向连接拉杆.3.73.7 背衬回填技术由喷射米石、同步注浆、补充注浆等三局部

13、组成.向盾壳外喷射米石,在管片脱离盾尾时对管片进行支撑,预防管片下沉产生错台,并增加盾构向前推进的摩擦力.盾构机步进时,管片背后同步注浆,使管片与地层紧密接触,提升支护效果.检查注浆后的效果,必要时补充注浆.3.7.13.7.1 喷射米石采用5 510m10mm m连续级配的花岗岩米石作为回填料.管片拼装时进行喷射米石回填.喷射米石分两次：第一次,每隔 4.54.56m6m 在盾构机的切口四周不小于 6060300300的范围用袋装砂石料围成一个围堰,预防管片背后的米石、砂浆前窜,利用混凝土喷射机从刀盘前方向盾构前方吹米石,喷射压力 0.250.250.3MPa0.3MPa.当盾壳顶部与砂袋围

14、堰顶部形成自然坡度时,停止喷射；第二次,管片脱由盾尾后,从管片注浆孔向管片背后吹米石,进一步填充管片与钻爆隧道的空隙3.7.23.7.2 同步注浆同步注浆采用水泥砂浆,初凝 8h,8h,终凝 10.5ho10.5ho 施工时依据浆液的流淌状况,适当调整浆液胶凝时间.同步注浆在每环管片米石回填后进行,与盾构机步进同步,采用手动掌握,依据状况随时调整注浆流量、速度、压力.为保证填充效果,同时预防砂浆前窜至刀盘前方,注浆压力为 0.050.050.08MPao0.08MPao 同步注浆时盾壳外围是放开的,压力变化不大,不以压力作为注浆结束的掌握标准.当注浆量到达理论注浆量的 80%80%以上时,即可

15、结束注浆.在管片安装1 10 0环后,间隔4 4环管片在管片注浆孔处开口检查注浆效果.依据检查效果,打算是否进行补充注浆.3.7.33.7.3 补充注浆(1)(1)第一次.目的是填充管片背后尤其是顶部的空洞.盾构机步进过程中,每前进 4 4 环通过管片注浆孔检查同步注浆效果.管片背后假设存在空洞,从管片上部3 30 0或3303300 0位置的注浆孔进行注浆.注浆时,避开封顶块位置.浆液采用水泥单液浆.浆液配比为： 水泥： 水=1:0.8=1:0.8.注浆压力为0.30.30.4MPa0.4MPa. .注浆结束标准采用注浆压力单指标掌握.(2)(2)第二次.盾构机通过钻爆隧道后,依据渗漏水状况

16、,采用双液注浆泵注浆堵水.浆液采用水泥-水玻璃双液浆.浆液配比为水泥:水玻璃为 1:1,1:1,注浆压力为 0.20.20.3MPa,0.3MPa,注浆速度不大于10L/min10L/min.注浆结束标准采用注浆压力单指标掌握.3.83.8 盾构机姿态掌握(1)(1)保证导台精度导台是盾构机通过钻爆隧道时的下部支撑,导台的精度直接打算着盾构机的姿态.搞好施工测量和验收,保证导台精度 0 015mm15mm. .(2)调整好隧道贯穿时盾构机的姿态盾构机从盾构隧道进入钻爆隧道时,保证盾构由洞时的旋转值 RollRoll 小于3mm/m3mm/m.盾构机在导台上步进时,调整盾构机的旋转值RollRo

17、ll 小于5mm/m5mm/m. .(3)(3)做好管片的选型及安装考虑盾构机姿态、盾尾间隙、油缸行程及盾构机步进状况等因素,合理选择管片安装类型,使盾构机的姿态偏差在土 20mm20mm 以内,上下左右盾尾间隙均在 70mm70mm 左右,最大油缸行程差在25mm25mm 以内,保证管片受到的油缸推力较平均.在管片脱由盾尾时,盾尾内壳不挤压管片外壁,有效预防管片产生错台、裂缝.(4)(4)准时人工复测管片姿态盾构机配备的 SLS-TSLS-T 导向系统能全天候地动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差,主司机依据显示的偏差准时调整盾构机的姿态.为保证导向系统的精确性,保证盾构机掘进方向,每周两次由人工对 SLS-TSLS-T 导向系统的数据进行测量校核.管片安装完成后,每 3 35 5 环人工进行一次管片姿态的复测.4 4 工程效果施工速度快、工效明显.盾构机拼装管片通过钻爆隧道到达平均每天 11m11m 的施工进度.经实测,管片高程和平面偏差均小于 30mm,30mm,符合?地下铁道工程