隧道工程軟土地層盾構(gòu)進(jìn)出洞加固VIP

1、隧道工程軟土地層盾構(gòu)進(jìn)出洞加固W-2.7S摘要:本文利用了 SMW工法中水泥土攪拌樁的止水功能與H型鋼的 抗變形能力，在施工場(chǎng)地比較狹小和地下管線復(fù)雜的情況下，將其應(yīng)用于加固某 盾構(gòu)隧道出洞時(shí)的周圍軟土地層，取得了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)類似工程有 一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：S MW工法;盾構(gòu)出洞;軟土地層;技術(shù)措施1概述軟上地層盾構(gòu)進(jìn)出洞加固通常采用深層攪拌樁,并在攪拌樁與連續(xù)墻之間進(jìn)行 旋噴或注漿，但是在施工場(chǎng)地窄小或地下有建筑管線時(shí),這種方 法有時(shí)將變得無(wú) 法進(jìn)行。本文以上海地鐵線VB標(biāo)區(qū)間隧道為例，介紹軟土地層中采取S MW工 法出洞施工技術(shù)。盾構(gòu)出洞是指盾構(gòu)機(jī)安裝調(diào)試完成后，對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中

2、心點(diǎn)、按照中心線路，自 始發(fā)井出發(fā)，穿過(guò)井壁，推過(guò)整個(gè)加固區(qū)的施工過(guò)程。它涉及到盾構(gòu)機(jī) 的安 裝、布置、調(diào)試及其所需的配套設(shè)施的準(zhǔn)備、井壁混凝土的處理、井外地基處 理、洞門防流水涌砂處理、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)控制、管片拼裝和環(huán) 境保護(hù)等工作。2出洞地面準(zhǔn)備2.1 盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)場(chǎng)由于盾構(gòu)機(jī)自身的體積和重量比較大，在城市繁忙的交通條件下，盡量選擇夜 深、人少、車少的時(shí)間進(jìn)場(chǎng)，進(jìn)場(chǎng)前擬定合理的行駛路線,征得交警部門的同意， 并邀請(qǐng)交警協(xié)助運(yùn)送。2.2 臨時(shí)設(shè)施在盾構(gòu)推進(jìn)施工前，接常規(guī)進(jìn)行施工用電、用水、通風(fēng)、排水、照明等設(shè)施的 安裝工作;施工必需材料、設(shè)備、機(jī)具備齊，管片、連接件的儲(chǔ)量需滿足三天推進(jìn) 用量;井上

3、、井下建立測(cè)量控制網(wǎng)并經(jīng)復(fù)核、認(rèn)可;車架 安置到位，電纜、管路等 接至井下;對(duì)隧道沿線的建筑物以及盾構(gòu)將要穿越的需要保護(hù)的管線布置沉降監(jiān) 測(cè)點(diǎn)。沿線盾構(gòu)障礙物在盾構(gòu)推進(jìn)前開(kāi)始拔除。吊運(yùn)盾構(gòu)機(jī)的大型吊車到位，主吊車采用200 t,輔助吊車選擇100t,完成盾構(gòu) 機(jī)的吊運(yùn)。3井下準(zhǔn)備3.1 盾構(gòu)承臺(tái)設(shè)備（亦稱發(fā)射架）作為盾構(gòu)機(jī)在井內(nèi)的支承臺(tái)座,在焊接制作時(shí)，主要考慮其能夠充分承受盾構(gòu) 機(jī)自重，可以進(jìn)行安全的移動(dòng)操作，并用鋼軌、工字鋼或其它材料設(shè)置一條可靠 的盾構(gòu)推進(jìn)軌道，保證起步工作準(zhǔn)確進(jìn)行。3.2 盾構(gòu)機(jī)下井安裝由于盾構(gòu)機(jī)進(jìn)場(chǎng)和吊運(yùn)時(shí)被分為幾個(gè)部分，并在下井時(shí)焊接安裝了吊 鉤等連 接件。盾構(gòu)機(jī)井

4、下組裝時(shí),要將這些連接件割除，并將各組件焊接 組裝。其安裝 位置以設(shè)計(jì)上的中心位置和高度為基礎(chǔ)確定。3.3 反力支撐設(shè)備（后盾反力系統(tǒng)）3.3.1 后盾反力裝置及發(fā)射架安裝后盾反力裝置由鋼反力架、146鋼弧形環(huán)、鋼支撐、鋼門及臨時(shí)襯砌 組成。后盾臨時(shí)襯砌由寬度為1m的管片組成，采用通縫連接。332反力架安裝根據(jù)首環(huán)管片的里程，決定反力架的平面位置。反力架安裝時(shí)，用經(jīng)緯儀雙向 校正兩根立柱的垂直度，使其形成的平面與推進(jìn)軸線垂直。在反力架固定牢靠后， 用素殮找平其與車站結(jié)構(gòu)間的空隙。3.3.3 負(fù)環(huán)安裝負(fù)環(huán)管片安裝前，先在反力架上測(cè)出最后一環(huán)后盾管片的投影位置和縱向螺 栓位置，彈好控制線，并預(yù)先把

5、縱向螺栓焊接在反力架上，以便于今后施工。最后三環(huán)（即 12、 11、-10環(huán)）管片需待盾構(gòu)機(jī)下井后，用吊車吊至井下 安裝。由于 9環(huán)管片已伸入盾構(gòu)機(jī)中，因此，從-9環(huán)開(kāi)始，所有負(fù)環(huán)都在盾 構(gòu)機(jī)中安裝。在安裝10環(huán)管片之前,必須先涂好盾尾油脂。同時(shí)，控制好-11環(huán)管片的法 面，必要時(shí)需粘貼糾偏材料。當(dāng)-9環(huán)管片安裝完畢后，盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備前進(jìn)，同時(shí)，開(kāi)始打開(kāi)洞門。此時(shí)橡膠 簾布板已安裝完畢，起重工應(yīng)在洞門完全打開(kāi)以前把-8環(huán)管片全部準(zhǔn) 備到位。 洞門打開(kāi)，迅速清理洞門垃圾，盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)約30 c m,拼裝-8環(huán)管片。盾構(gòu) 機(jī)繼續(xù)推進(jìn)，管片緊隨拼裝。-6環(huán)拼裝結(jié)束后，盾構(gòu)機(jī)頭部進(jìn)入橡膠簾布板，開(kāi)始前倉(cāng)

6、回土，再推進(jìn)100cm后拼裝5環(huán)管片。-5環(huán)管片拼裝結(jié)束后，再推進(jìn)約30 c m,安裝146鋼 弧形環(huán)及鋼支撐。鋼弧形環(huán)及鋼支撐安裝完畢，再推進(jìn)約15 cm,盾構(gòu)機(jī)應(yīng)已開(kāi) 始出土，大刀盤突尖已出洞，推進(jìn)時(shí)應(yīng)控制前倉(cāng)壓力及盾構(gòu)千斤頂油泵壓力，防 止因切削速度過(guò)快，引起塌方。4井外土體加固工作軟土地層盾構(gòu)出洞施工前的井外土體加固通?？梢圆捎蒙顚訑嚢?樁、SMW 樁或凍結(jié)法進(jìn)行施工。本工程的兩個(gè)始發(fā)井分別位于虹口足 球場(chǎng)站和曲陽(yáng)路站， 虹口足球場(chǎng)站地下2.0m以下分別為粉土層和粘土層，曲陽(yáng)路站在地下16m范圍 基本為砂質(zhì)粉土層，這樣的土層自身缺少自立性和防水性，一旦有較大的臨空面 時(shí)，土體就可能產(chǎn)生

7、大量滑坡、坍塌、涌水和涌沙現(xiàn)象。綜合考慮地質(zhì)情況、施 工場(chǎng)地條件、施工工期和工程 造價(jià)，決定在虹口足球場(chǎng)站始發(fā)井外采取深層攪拌 樁結(jié)合注漿加固;在曲 陽(yáng)路站始發(fā)井外采取SMW樁結(jié)合旋噴加固（在距端頭井 4m位置有二根上水管，深層攪拌樁加固范圍不夠）。注漿和旋噴加固的主要作 用是使攪拌樁或SMW樁與井壁外側(cè)形成的加固盲區(qū)得已補(bǔ)充,使得加固區(qū)形成 一個(gè)整體，避免開(kāi)洞門時(shí)漏漿。本文主要介紹s MW工法出洞加固施 工。4.1SMW樁加固區(qū)的選定型鋼采用5002001016窄翼緣型鋼，攪拌樁采用700直徑。型鋼每孔插 入 一根。插入深度18mo其平面布置見(jiàn)圖2。4.2 加固體中型鋼的強(qiáng)度和變形檢算 型鋼

8、W=1927cm3,A=115.5cm2力口固后 土體按:=1.9kN m3, =22上述是按照每米土體兩根型鋼來(lái)承受,其強(qiáng)滿足要求。同時(shí)其變形經(jīng)計(jì)算滿足SM W樁型鋼的拔除要求。4.3 SMW樁施工參數(shù)的確定該地基加固工程采用650mm水泥土攪拌，攪拌體長(zhǎng)18.6mo貼近墻體邊的加勁部分為H5002001016型鋼，以密插方式插入;共計(jì)四排水泥土攪拌樁，采 用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻合比15%,水灰比1.5左右，墻體抗?jié)B系數(shù)小 于10-7 c m s o 28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于0.8M P a ;漿液配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)， 參考配比水泥:水=1 ： 15樁體垂直偏差不大于1 200,樁

9、位偏差不大于20mm。5盾構(gòu)出洞5.1 加固效果檢測(cè)經(jīng)過(guò)改良的土體，要求其有一定的自立性和穩(wěn)定性，同時(shí)不能漏水、流沙， 根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)和規(guī)范規(guī)定，對(duì)于該類型的土體改良要檢查其土體強(qiáng)度和抗?jié)B性能 指標(biāo)。土體強(qiáng)度通過(guò)鉆芯取樣測(cè)定其抗壓強(qiáng)度，如果條件允許也可通過(guò)靜力觸探 或貫入法測(cè)定其強(qiáng)度和攪拌的均勻性;抗?jié)B指標(biāo)一般 進(jìn)行探孔取樣，通過(guò)對(duì)樣品 的目測(cè)，征求監(jiān)理、業(yè)主和質(zhì)檢站的意見(jiàn)，確定其抗?jié)B是否能夠達(dá)到開(kāi)洞門的要 求。5.2 洞口井壁碗鑿除通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析，改良土體如果達(dá)到設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)，即可開(kāi)始鑿 除井壁混凝土。在出發(fā)井施工時(shí)，井壁上已經(jīng)按照設(shè)計(jì)要求預(yù)埋好洞門鋼圈， 洞門鑿除的部分也就是鋼圈所

10、包圍的范圍。洞口井壁混凝土鑿除前，必須復(fù)核洞門中心坐標(biāo)及高程，保證滿足盾 構(gòu)機(jī)出 洞的要求;洞口井壁碗采用高壓風(fēng)鎬鑿除，鑿除工作須分二層漸進(jìn)，根據(jù)井壁厚 度，先鑿除其外層3 4,（約600mm），并割除鋼筋預(yù)埋件。夕卜層鑿除工作先 上部后下部。鋼筋及預(yù)埋件割除須徹底。以保證預(yù)埋門洞的直徑。里層井壁鑿除方法是將剩余的1/4厚度分割成九大塊,具體做法是在 洞門中 心位置上鑿二條水平槽，沿洞門周圍鑿一條環(huán)槽，然后開(kāi)二條豎槽，其中一條鑿 在地坪接縫處。開(kāi)槽鑿除碗,露出井壁鋼筋，同時(shí)在每一塊殮 塊上鑿出栓鋼絲繩 的位置。拆除洞口腳手架改搭臨時(shí)易拆操作平臺(tái),鋼筋割斷與混凝土塊吊離應(yīng) 先下部 后上部，先中間

11、后二側(cè)，割一塊吊一塊。合理安排割斷順序,使用長(zhǎng) 割具，防止 碗塊傾倒。盡可能縮短殮塊吊離工作的時(shí)間,防止土體塌方，吊 離完畢后盾構(gòu)機(jī) 須迅速進(jìn)入洞門。5.3 洞口止水簾布安裝由于洞口與盾構(gòu)（或襯砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，從而引起地 表 沉降，因此，須在洞口安裝出洞裝置，出洞裝置包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形 板及相應(yīng)的連接螺栓和墊圈。安裝前須對(duì)簾布橡膠板上所開(kāi)螺孔位置、尺寸進(jìn)行 復(fù)核，確保其與洞圈上預(yù)留螺孔位置一致，并用螺絲攻清理螺孔內(nèi)螺紋。安裝順 序?yàn)楹煵枷鹉z板圓形板扇形板，自上而下進(jìn)行。安裝時(shí)圓形板的壓板螺栓應(yīng)可靠 擰緊，使簾布橡膠板緊貼洞門,防止盾構(gòu)出洞后同步注漿漿液泄漏。5.4

12、盾構(gòu)機(jī)出洞掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)出洞前，切口進(jìn)入簾布前，須先在密封倉(cāng)內(nèi)填充粘土（如何胚）或人 工漿液約30m3,防止出洞后端頭井外側(cè)地表坍陷。同時(shí)為避免刀盤上的刀頭損壞 洞口密封裝置，在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。盾尾鋼絲刷需用專 門的裝置安裝牢固,盾尾鋼絲刷中必需充滿盾尾油脂。當(dāng)盾尾脫出工作井壁后，調(diào)整洞圈止水裝置中的弧形板，并與洞門特 殊環(huán)管 片連接成一體，以防止土體從間隙中流失而造成地面的塌落。出洞時(shí)盾構(gòu)應(yīng)迅速上靠，在油壓顯示約等于靜止土壓力時(shí)，用刀盤切削水泥 攪拌樁，并穿越下面加固區(qū)。在這段區(qū)域施工時(shí)，土壓力設(shè)定值應(yīng)略低于理論值， 推進(jìn)速度不宜過(guò)快，盾構(gòu)坡度可略大于設(shè)計(jì)坡度，待盾構(gòu)出加固

13、區(qū)時(shí)，為防止由 于正面土壓變化而造成盾構(gòu)突然磕頭，必需將土壓力 的值設(shè)定成略高于理論值， 并在推進(jìn)時(shí)按工況條件在盾構(gòu)正面加入發(fā)泡劑或泥，以改良正面的土體，施工過(guò) 程中根據(jù)地層變形量等信息反饋，對(duì)土壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)作及時(shí) 調(diào)整。6出洞的安全和應(yīng)急措施地下工程的施工風(fēng)險(xiǎn)隨時(shí)都存在，即使準(zhǔn)備很充分，也可能有意想不到的情 況發(fā)生。進(jìn)出洞施工尤其突出，這種風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在洞門鑿開(kāi)后土體的穩(wěn)定性和 止水性，為了降低開(kāi)洞門后土體坍塌或流砂帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，在土體改良達(dá)到規(guī)范要 求的時(shí)間后,對(duì)改良效果進(jìn)行檢測(cè)，主要檢測(cè)其強(qiáng)度 和止水性，目前新采用的檢 測(cè)方法為鉆芯取樣和正面捋孔取樣。施工中常 見(jiàn)的是洞門

14、鑿除以后的流砂現(xiàn)象， 這樣勢(shì)必造成井壁外地面周圍建筑物和管線沉降。在出洞施工中，洞門碗必須鑿除、吊離后，盾構(gòu)機(jī)才能推進(jìn)，其風(fēng)險(xiǎn)要比進(jìn) 洞大得多，所以洞門鑿除前要進(jìn)行每個(gè)探孔取樣，觀察分析樣品，確保洞 門打開(kāi) 后土體的安全。同時(shí)，在開(kāi)洞門時(shí)，要先剝落內(nèi)側(cè)約50 cm厚，剩余30 cm厚 的碗要分塊鑿除。分塊鑿除要從上而下，鋼筋割斷后，鑿幾個(gè)較大的孔，觀察內(nèi) 部土體的情況，一旦土體不穩(wěn)定,且有流砂情況，立即封堵，并在井外采取注漿或 旋噴,必要時(shí)，可在洞門范圍內(nèi)正面打孔注漿。漿液使用快凝型水泥水玻動(dòng)漿液， 水泥漿液和水玻動(dòng)之比，按照小樣的初凝時(shí)間確定，一般在0.51 h范圍內(nèi)。注漿完成24 h后可以

15、重新開(kāi)孔觀察，直至確定加固土體的穩(wěn)定性和上水性，方可分塊拆除吊離洞門碗，碗吊離后，迅速將盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)，及時(shí)靠到臨空土體上， 此時(shí)扇形板和簾布板牢牢地靠在盾構(gòu)機(jī)上，即盾構(gòu)安全出洞。出洞施工中，只要有土體坍塌或者流砂現(xiàn)象,就必然有地面、周邊建筑物和管 線沉降，所以要在出洞階段加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，視監(jiān)測(cè)到的變形情況采取注 漿、懸吊等措 施。7 SMW工法盾構(gòu)出洞施工技術(shù)要點(diǎn)7.1 出洞口前土體加固盾構(gòu)出洞前土體加固需根據(jù)地質(zhì)、型鋼規(guī)格、環(huán)境條件等加以確定。加固質(zhì) 量一定要保證，防止流砂出現(xiàn)。型鋼焊接一定要牢靠，每根型鋼要進(jìn)行探傷試驗(yàn)， 確保每根型鋼都能拔出。7.2 基座定位盾構(gòu)中心的坡度與隧道設(shè)計(jì)軸線坡度保持一

16、致,考慮到盾構(gòu)后期沉降因素,盾 構(gòu)中心可比設(shè)計(jì)軸線略高3050mm熱后對(duì)基座加支撐，防止 盾構(gòu)基座移動(dòng)。7.3 鑿除洞門混凝土可以盾構(gòu)為后座，用枕木垛支撐洞口墻體，自上而下鑿除，當(dāng)洞口加固范圍 因條件限制達(dá)不到要求時(shí)，經(jīng)驗(yàn)算后可在盾構(gòu)底以上一定高度范圍堆放qu=0.1 0.2M p a的夯實(shí)回填土，以減少加固土體承受的正面土壓力而保安全。7.4 出洞門裝置及導(dǎo)軌安裝洞門碎混凝土清理完畢后,安裝出洞裝置（即襪套）、圓環(huán)板等,須保證襪套 完整及導(dǎo)向軌道在洞口襪套處斷開(kāi)，洞圈內(nèi)要重新燒焊支點(diǎn),防止盾構(gòu)叩頭。7.5 防止盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)、上飄盾構(gòu)出洞時(shí)，正面加固土體強(qiáng)度較高。由于盾構(gòu)與地層間無(wú)摩擦力，盾構(gòu)易旋 轉(zhuǎn)，應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的測(cè)量，如發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)有較大轉(zhuǎn)角，可以采用大刀盤正反轉(zhuǎn)的 措施進(jìn)行調(diào)整。盾構(gòu)剛出洞時(shí)，推進(jìn)速度緩慢，大刀盤切削土體中可加水降低盾 構(gòu)正面壓力,防止盾構(gòu)上飄，加強(qiáng)后盾支撐觀測(cè)，盡快完善后盾鋼支撐。7.6 洞圈封堵盾構(gòu)全部進(jìn)入洞門,立即封堵洞圈，焊接扇形鋼板，以防洞門漏漿，當(dāng)盾尾離 開(kāi)洞門約3m時(shí)，應(yīng)對(duì)洞口注聚胺酯