盾構(gòu)隧道長距離硬巖地層鉆爆法開挖管片襯砌施工

1、盾構(gòu)隧道長距離硬巖地層鉆爆法開挖管片襯砌施工1 1 前言隨著城市化進(jìn)程的加快,盾構(gòu)法施工技術(shù)以其平安、快速、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用.目前已應(yīng)用于 X X市、X X 市、廣州、深圳、南京、X X 市等地鐵工程.全世界大約采用了 3003000 0多臺盾構(gòu)機(jī),國外興旺國家盾構(gòu)技術(shù)較為先進(jìn),尤以日本最為突生.廣州地鐵三號線莫標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間隧道施工中,對于短距離硬巖及軟硬交互的復(fù)合地層,通過刀具選型和布置、螺旋輸送機(jī)改造、輔助系統(tǒng)性能改造,使盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)了該地層.通過補(bǔ)充地質(zhì)勘察、刀具治理、掘進(jìn)參數(shù)選擇、掘進(jìn)方向掌握,成功通過該地層;對于長距離硬巖地層,首次采用了鉆爆法開挖、 管片襯砌工法

2、,初期支護(hù)與管片背后的空隙用米石和注漿結(jié)合的新工藝進(jìn)行回填,成功通過了該硬巖段.2 2 方案選定2.12.1 工程概況工程位于 Y Y 市 Z Z 區(qū)北 7km7km 處,距 Y Y 市約 15km,15km,由一個(gè)明挖區(qū)段、三個(gè)盾構(gòu)區(qū)段和一個(gè)鉆爆法暗挖區(qū)段構(gòu)成,全長為 40084008雙線延米.隧道穿越的左、右線地層所占的長度.隧道右線 YDK16+708.5YDK16+708.5+937(228.5m)+937(228.5m)、左線ZDK16+730ZDK16+730+929(199m)+929(199m)段地層主要為 8Z-28Z-2、9Z-2,9Z-2,圍巖分類為 I I、n n 級,

3、屬上元古界震旦系花崗巖片麻巖的混合體,單軸抗壓強(qiáng)度 118MPa,118MPa,鉆孔覺察有抗壓強(qiáng)度達(dá) 156.5MPa156.5MPa 的硅化角礫巖,且軟硬巖層互為夾層現(xiàn)象普遍,巖層均一性差,對盾構(gòu)法施工很不利.2.22.2 方案選擇長距離硬巖地層的施工,應(yīng)專心評價(jià)盾構(gòu)機(jī)的設(shè)備適應(yīng)性,辨識、評價(jià)、分析施工風(fēng)險(xiǎn),考慮鉆爆法施工方案的可行性,并進(jìn)行進(jìn)度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬,選擇經(jīng)濟(jì)、合理、可行的施工方案.補(bǔ)充地質(zhì)勘察,彌補(bǔ)初步勘察及具體勘察階段因受地形地貌及其他條件限制導(dǎo)致鉆孔遠(yuǎn)離線路或間距過大的缺乏,使鉆孔間距到達(dá) 50m50m 以內(nèi)的要求.并專心對待特別地段,保證地質(zhì)資料的精確,作為盾構(gòu)機(jī)對地質(zhì)適應(yīng)

4、性的評價(jià)依據(jù).2吸取廣州地鐵二號線的施工經(jīng)驗(yàn),盾構(gòu)機(jī)對廣州地區(qū)軟土及巖石單軸抗壓強(qiáng)度低于 80MPa80MPa 的硬巖地層施工是完全適應(yīng)的,但用軟巖盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度如此高的長距離硬巖地層施工,在國內(nèi)地鐵施工中沒有先例,也未有外國的成功經(jīng)驗(yàn)資料.3盾構(gòu)機(jī)在局部砂巖地層中掘進(jìn)易造成刀具意外破壞和非正常磨損,不僅增加直接本錢,且由于掘進(jìn)速度慢,其他輔助工作費(fèi)用也增大,將造成施工本錢增加.4硬巖中掘進(jìn)時(shí),盾構(gòu)機(jī)震驚猛烈,對設(shè)備造成莫種程度的損壞,影響盾構(gòu)機(jī)使用壽命.5經(jīng)研討,對該段長距離硬巖地層,采用鉆爆法開挖、盾構(gòu)機(jī)拼裝管片通過的施工方法可行,并通過科研,指導(dǎo)施工.盾構(gòu)機(jī)拼裝管片通過已開挖硬巖段的速度

5、比盾構(gòu)法在一般較硬巖層地段的掘進(jìn)速度快,經(jīng)比擬,每延米至少節(jié)約 5h,5h,能夠提前工期,節(jié)省工程費(fèi)用.2.32.3 總體方案對該段長距離硬巖地層,將鉆爆法與盾構(gòu)法相結(jié)合,在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前,通過盾構(gòu)區(qū)間的中間風(fēng)井,采用鉆爆法開挖,盾構(gòu)隧道與該段硬巖隧道貫穿后,盾構(gòu)機(jī)在已施工的混凝土導(dǎo)向平臺上空載通過并拼裝管片,初期支護(hù)與管片背后的空隙用米石和注漿回填密實(shí).2.42.4施工技術(shù)3.13.1 施工工藝流程劃分不同工法施工區(qū)段-鉆爆法隧道參數(shù)選擇-隧道硬巖段鉆爆法施工-盾構(gòu)機(jī)到達(dá)-導(dǎo)向平臺順接-盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至導(dǎo)向平臺-拼裝管片、吹填豆礫石-盾構(gòu)機(jī)空載推進(jìn)、同步注漿-補(bǔ)充注漿.3.23.2 選擇鉆爆隧道參

6、數(shù)(1)(1)盾構(gòu)通過段盾構(gòu)通過段的隧道設(shè)計(jì)凈空為 6400mm6400mm 的圓形斷面,比盾構(gòu)機(jī)外徑大 120mmo120mmo 該段采用光面爆破技術(shù)開挖、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),詳細(xì)支護(hù)參數(shù)依據(jù)圍巖條件和監(jiān)控量測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整.(2)(2)盾構(gòu)接收段隧道貫穿后 3m3m 為盾構(gòu)接收段,斷面形式同樣采用圓型斷面凈空為6800mm,6800mm,以滿意盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)貫穿時(shí)的測量誤差要求.為便于盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行底部處理,底部 700700 范圍內(nèi)半徑加大到 3700mm3700mm.(3)(3)導(dǎo)向平臺為保證盾構(gòu)機(jī)按設(shè)計(jì)姿態(tài)通過,隧道底部 6060 范圍設(shè)置半徑為3150mm3150mm、厚 150m

7、m150mm 的弧形混凝土導(dǎo)向平臺.3.33.3 隧道硬巖段鉆爆法施工開挖斷面以軌面為界,分上下兩局部開挖.導(dǎo)向平臺分段澆注,長度為 20mo20mo采用光面爆破技術(shù),直眼掏槽,周邊眼采用間隔裝藥,周邊眼間距50cm,50cm,最小對抗線 505080cm,80cm,線裝藥密度 400g/m,400g/m,每次循環(huán)進(jìn)尺 2.2m2.2m.3.43.4 到達(dá)段隧道盾構(gòu)法掘進(jìn)施工盾構(gòu)隧道與鉆爆隧道貫穿前 25m25m 為盾構(gòu)到達(dá)段.盾構(gòu)隧道到達(dá)段采用土壓平衡模式掘進(jìn).進(jìn)入到達(dá)段時(shí),逐步減小推力、降低推進(jìn)速度,并嚴(yán)格掌握生士量.因貫穿面處圍巖條件較好,隧道貫穿前 3 3 環(huán)采用放開模式掘進(jìn),采用小推

8、力、低轉(zhuǎn)速進(jìn)入盾構(gòu)接收段.盾構(gòu)進(jìn)入到達(dá)段前 150m,150m,對盾構(gòu)施工段和鉆爆段的全部測量掌握點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的掌握測量復(fù)測和聯(lián)測,對全部掌握點(diǎn)的座標(biāo)進(jìn)行精密、精確的平差計(jì)算.貫穿前 100m100m、50m50m 時(shí)分別人工復(fù)測盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),準(zhǔn)時(shí)糾正偏差,保證盾構(gòu)機(jī)順當(dāng)進(jìn)入接收段.盾構(gòu)機(jī)在到達(dá)段掘進(jìn)過程中,派專人負(fù)責(zé)觀看鉆爆段貫穿面巖面變化和初期支護(hù)狀況.覺察圍巖或初期支護(hù)有異常時(shí),馬上通知盾構(gòu)主司機(jī)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù),必要時(shí)采取加固舉措.隧道貫穿時(shí)的硝士由人工清理,從豎井運(yùn)由洞外.硝土清理完成后,用 C30C30 早強(qiáng)混凝土將盾構(gòu)前體下部至鉆爆隧道段已施工的導(dǎo)向平臺進(jìn)行順接,保證盾構(gòu)機(jī)順當(dāng)過渡到導(dǎo)向

9、平臺.3.53.5 盾構(gòu)機(jī)空載推進(jìn)依據(jù)刀盤與導(dǎo)向平臺間的關(guān)系,調(diào)整各組油缸的行程,使盾構(gòu)姿態(tài)沿設(shè)計(jì)方向推進(jìn).開頭段推進(jìn)速度掌握在 151540mm/min,40mm/min,嫻熟后掌握在606085mm/min,85mm/min,總推力約 300t,300t,下部油缸壓力略大于上部油缸.曲線段,計(jì)算由盾構(gòu)機(jī)每進(jìn)一環(huán)的偏轉(zhuǎn)角與較接油缸行程差和推進(jìn)油缸行程差.盾構(gòu)推進(jìn)前復(fù)核鉆爆隧道與盾構(gòu)機(jī)軸線誤差,并調(diào)整較接油缸、推進(jìn)油缸,保證盾殼與鉆爆隧道間的間隙,確保盾構(gòu)按隧道軸線推進(jìn).3.63.6 安裝管片及變形掌握3.6.13.6.1 管片選型與安裝管片選型應(yīng)滿意隧道線形,安裝后盾尾間隙要滿意下一掘進(jìn)循環(huán)

10、限值,保證有足夠的盾尾間隙,預(yù)防盾尾直接接觸管片造成管片破損.選型時(shí)要依據(jù)盾尾間隙與油缸行程差,結(jié)合盾構(gòu)姿態(tài)選擇適宜的管片.管片安裝從隧道底部開頭,先安裝標(biāo)準(zhǔn)塊,依次安裝相鄰塊,最終安裝封頂塊.封頂塊安裝前,對止水條進(jìn)行潤滑處理,安裝時(shí)先徑向插入約 6/76/7 管片寬度,調(diào)整位置后緩慢縱向頂推.管片塊安裝到位后,準(zhǔn)時(shí)伸由相應(yīng)位置的推進(jìn)油缸頂緊管片,推進(jìn)油缸的壓力設(shè)定為 50bar,50bar,然前方可移開管片安裝機(jī).3.6.23.6.2 管片防水舉措盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)時(shí),盾殼與導(dǎo)向平臺間的摩擦力約 100t,100t,管片與盾尾尾刷間的摩擦力為 20t,20t,拖拉盾構(gòu)機(jī)后配套的拉力為 75t,75

11、t,總反力為 195t195t.施工時(shí)盾構(gòu)機(jī)油缸推力均在 300t300t 以上,且管片防水使用的是遇水膨脹橡膠止水條,盾構(gòu)機(jī)推力滿意管片防水的要求,沒有由現(xiàn)因止水條擠壓不緊而造成管片漏水現(xiàn)象.為保證管片的防水效果,采取以下舉措：隧道貫穿前安裝管片時(shí),每環(huán)管片用小 2222 鋼筋與上一環(huán)管片相連,預(yù)防因貫穿時(shí)刀盤前方忽然失去反力引起已安裝的管片松動(dòng)；在盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)前方,利用導(dǎo)向平臺上的預(yù)埋鋼板焊接牛腿,安設(shè)兩個(gè) 80t80t 的千斤頂供給反力,也可直接在刀盤前方堆硝供應(yīng)盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)所需的反力；安裝管片時(shí),在該環(huán)管片的螺栓緊固完畢后,對上環(huán)管片的螺栓進(jìn)行二次緊固.3.6.33.6.3 預(yù)防管片錯(cuò)臺的

12、舉措盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中,由于刀盤的支撐,在盾構(gòu)機(jī)前體與管片之間形成一個(gè)類似于簡支梁的結(jié)構(gòu),當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推力缺乏時(shí),在自重作用下,盾構(gòu)機(jī)主機(jī)后部懸空局部會(huì)下沉,從而導(dǎo)致管片產(chǎn)生錯(cuò)臺.但當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)向平臺上向前推進(jìn)時(shí),盾構(gòu)機(jī)的前體、中體以及盾尾的盾殼與導(dǎo)臺是緊密接觸的,只要留意管片選型與姿態(tài)調(diào)整,并嚴(yán)格掌握注漿壓力,就不會(huì)產(chǎn)生大的錯(cuò)臺.為預(yù)防錯(cuò)臺,采取了以下舉措：每 3 35 5 環(huán)對管片姿態(tài)進(jìn)行人工測量,依據(jù)測量結(jié)果結(jié)合盾尾間隙進(jìn)行管片的選型；增強(qiáng)米石及注漿回填效果的檢查,保證管片與鉆爆隧道間充填密實(shí)；在安裝好的管片上增加縱向連接拉桿.3.73.7 背襯回填技術(shù)由噴射米石、同步注漿、補(bǔ)充注漿等三局部

13、組成.向盾殼外噴射米石,在管片脫離盾尾時(shí)對管片進(jìn)行支撐,預(yù)防管片下沉產(chǎn)生錯(cuò)臺,并增加盾構(gòu)向前推進(jìn)的摩擦力.盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)時(shí),管片背后同步注漿,使管片與地層緊密接觸,提升支護(hù)效果.檢查注漿后的效果,必要時(shí)補(bǔ)充注漿.3.7.13.7.1 噴射米石采用5 510m10mm m連續(xù)級配的花崗巖米石作為回填料.管片拼裝時(shí)進(jìn)行噴射米石回填.噴射米石分兩次：第一次,每隔 4.54.56m6m 在盾構(gòu)機(jī)的切口四周不小于 6060300300的范圍用袋裝砂石料圍成一個(gè)圍堰,預(yù)防管片背后的米石、砂漿前竄,利用混凝土噴射機(jī)從刀盤前方向盾構(gòu)前方吹米石,噴射壓力 0.250.250.3MPa0.3MPa.當(dāng)盾殼頂部與砂袋圍

14、堰頂部形成自然坡度時(shí),停止噴射；第二次,管片脫由盾尾后,從管片注漿孔向管片背后吹米石,進(jìn)一步填充管片與鉆爆隧道的空隙3.7.23.7.2 同步注漿同步注漿采用水泥砂漿,初凝 8h,8h,終凝 10.5ho10.5ho 施工時(shí)依據(jù)漿液的流淌狀況,適當(dāng)調(diào)整漿液膠凝時(shí)間.同步注漿在每環(huán)管片米石回填后進(jìn)行,與盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)同步,采用手動(dòng)掌握,依據(jù)狀況隨時(shí)調(diào)整注漿流量、速度、壓力.為保證填充效果,同時(shí)預(yù)防砂漿前竄至刀盤前方,注漿壓力為 0.050.050.08MPao0.08MPao 同步注漿時(shí)盾殼外圍是放開的,壓力變化不大,不以壓力作為注漿結(jié)束的掌握標(biāo)準(zhǔn).當(dāng)注漿量到達(dá)理論注漿量的 80%80%以上時(shí),即可

15、結(jié)束注漿.在管片安裝1 10 0環(huán)后,間隔4 4環(huán)管片在管片注漿孔處開口檢查注漿效果.依據(jù)檢查效果,打算是否進(jìn)行補(bǔ)充注漿.3.7.33.7.3 補(bǔ)充注漿(1)(1)第一次.目的是填充管片背后尤其是頂部的空洞.盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)過程中,每前進(jìn) 4 4 環(huán)通過管片注漿孔檢查同步注漿效果.管片背后假設(shè)存在空洞,從管片上部3 30 0或3303300 0位置的注漿孔進(jìn)行注漿.注漿時(shí),避開封頂塊位置.漿液采用水泥單液漿.漿液配比為： 水泥： 水=1:0.8=1:0.8.注漿壓力為0.30.30.4MPa0.4MPa. .注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采用注漿壓力單指標(biāo)掌握.(2)(2)第二次.盾構(gòu)機(jī)通過鉆爆隧道后,依據(jù)滲漏水狀況

16、,采用雙液注漿泵注漿堵水.漿液采用水泥-水玻璃雙液漿.漿液配比為水泥:水玻璃為 1:1,1:1,注漿壓力為 0.20.20.3MPa,0.3MPa,注漿速度不大于10L/min10L/min.注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采用注漿壓力單指標(biāo)掌握.3.83.8 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)掌握(1)(1)保證導(dǎo)臺精度導(dǎo)臺是盾構(gòu)機(jī)通過鉆爆隧道時(shí)的下部支撐,導(dǎo)臺的精度直接打算著盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài).搞好施工測量和驗(yàn)收,保證導(dǎo)臺精度 0 015mm15mm. .(2)調(diào)整好隧道貫穿時(shí)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)盾構(gòu)機(jī)從盾構(gòu)隧道進(jìn)入鉆爆隧道時(shí),保證盾構(gòu)由洞時(shí)的旋轉(zhuǎn)值 RollRoll 小于3mm/m3mm/m.盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)臺上步進(jìn)時(shí),調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的旋轉(zhuǎn)值RollRo

17、ll 小于5mm/m5mm/m. .(3)(3)做好管片的選型及安裝考慮盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、盾尾間隙、油缸行程及盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)狀況等因素,合理選擇管片安裝類型,使盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)偏差在土 20mm20mm 以內(nèi),上下左右盾尾間隙均在 70mm70mm 左右,最大油缸行程差在25mm25mm 以內(nèi),保證管片受到的油缸推力較平均.在管片脫由盾尾時(shí),盾尾內(nèi)殼不擠壓管片外壁,有效預(yù)防管片產(chǎn)生錯(cuò)臺、裂縫.(4)(4)準(zhǔn)時(shí)人工復(fù)測管片姿態(tài)盾構(gòu)機(jī)配備的 SLS-TSLS-T 導(dǎo)向系統(tǒng)能全天候地動(dòng)態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置相對于隧道設(shè)計(jì)軸線的位置偏差,主司機(jī)依據(jù)顯示的偏差準(zhǔn)時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài).為保證導(dǎo)向系統(tǒng)的精確性,保證盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向,每周兩次由人工對 SLS-TSLS-T 導(dǎo)向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量校核.管片安裝完成后,每 3 35 5 環(huán)人工進(jìn)行一次管片姿態(tài)的復(fù)測.4 4 工程效果施工速度快、工效明顯.盾構(gòu)機(jī)拼裝管片通過鉆爆隧道到達(dá)平均每天 11m11m 的施工進(jìn)度.經(jīng)實(shí)測,管片高程和平面偏差均小于 30mm,30mm,符合?地下鐵道工程