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深圳地鐵2A標工程論文
【摘 要】 文章敘述了深圳地鐵2A標工程(購物公園站~香蜜湖站和羅湖~國貿兩條區(qū)間隧道)施工中的難點與對策,所采取的一些施工方法和技術措施,可作為在南方復合地層中盾構掘進施工的借鑒。
【關鍵詞】 地鐵 復合地層 盾構推進 環(huán)境保護
一、工程概況
深圳地鐵2A標工程包括購物公園站~香蜜湖站和羅湖~國貿兩條區(qū)間隧道,總延長約4300m。隧道外徑6000mm,內徑5400mm,每環(huán)由6塊管片拼裝而成,環(huán)寬1200mm。
1、購物公園站~香蜜湖站
購物公園~香蜜湖區(qū)隧道全長約1600m,沿線穿越的重要建(構)筑物有電纜隧道、新洲河、高爾夫球場、別墅群、深南大道和東座酒家等,隧道覆土10~18m,沿線所穿越的地層有礫質粘性土、全~強風化花崗巖和高強度球狀中~微風化花崗巖,工程所處區(qū)域地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水,水源補給源為大氣降水。
2、羅湖站~國貿站
羅湖~國貿區(qū)間隧道地處深圳市繁華鬧市區(qū),全長606m,覆土8~17m不等,整條隧道均位于人民南路下,地表建(構)筑物有需重點保護的羅雨干渠、天橋樁基、上水管和煤氣管等,其中尤以3m(高)×14m(寬)的羅雨干渠和盾構出洞口的天橋樁基對盾構掘進施工影響很大。
該區(qū)間地質構造復雜,斷裂帶較多,隧道斷面內存在多種軟硬不同的巖土(從洪積層至風化巖層),且沿軸線方向隧道斷面內的地層有明顯變化。該區(qū)間隧道所處地層富含地下水,且地下水多為動態(tài)水(流動水),滲透性和補給性強,地下水與深圳水庫和深圳河相通。
二、施工技術難點及對策
2臺盾構分別于2001年6月6日和7月8日從購物公園站始發(fā),至2003年7月16日和8月10日相繼完成2條區(qū)間隧道的掘進任務。由于地質環(huán)境的復雜性和盾構本身存在的局限性等原因,因此,在盾構推進過程中難點不少。
1、購物公園站~香蜜湖站區(qū)間隧道施工
。1)沿線建(構)筑物保護
根據(jù)南方地層普遍自立性較好的特點(即能自穩(wěn)一定時間),在施工中以實施信息化施工為指導原則,同時對各施工參數(shù)進行優(yōu)化,實施動態(tài)施工管理,使沿線的電纜隧道、新洲河、高爾夫球場、別墅群、深南大道和東座酒家等重要建(構)筑物得到保護。
。2)盾構在復雜地層中施工
當2臺盾構成功穿越高爾夫球場和別墅群后,先后遇到球狀風化巖,其中1#盾構(左線)所遇地層為強風化巖層(自立性強、球狀風化巖較少),開倉人工鑿除10塊球狀風化巖后恢復正常掘進,并順利抵達香蜜湖站。而2#(右線)盾構遇到的球狀風化巖,分布在150m長的掘進范圍內,由于距離長、球狀風化巖數(shù)量多且部分區(qū)域隧道上方緊鄰殘積土,故不具備采用開倉人工鑿除球狀風化巖的條件,且工期上也不允許。經(jīng)過反復商討,最終確定采用礦山法處理球狀風化巖,并形成初襯隧洞,然后盾構穿越初襯隧洞并拼裝管片形成最終隧道。
初襯隧洞是采用傳統(tǒng)的超前小導管注漿、臺階法挖土、光面法爆破處理巖石和網(wǎng)噴支護工藝來施工的。礦山法初襯隧洞必須根據(jù)線路特點和盾構的外形尺寸以及施工需求進行設計,本初襯隧洞設計成斷面尺寸為直徑6。4m的圓形斷面。經(jīng)優(yōu)化比選,確定采用混凝土導臺進行導向,用粗礫砂和漿液進行同步充填建筑空隙并穩(wěn)定已成型隧道,在接口處管片上安裝雙道止水條加強防水,同時進行二次補壓漿,增強該段隧道的永久防水性。
2、羅湖站~國貿站區(qū)間隧道施工
。1)沿線建(構)筑物保護
、偬鞓驑痘奶幚
在盾構工作井處有一人行天橋的下行梯道,該梯道采用樁基承重,樁基為直徑550mm的空心鋼筋混凝土管樁,管樁離洞門只有3m左右,且均處于隧道斷面內,為保證盾構安全出洞,除在原有洞門外設置纖維鋼筋混凝土圍護樁外,還對洞口外土體進行了旋噴加固。為保證施工安全,故在盾構的刀盤上配置了一定數(shù)量的滾刀,由滾刀直接切削低標號圍護樁纖維鋼筋混凝土和天橋樁基,同時實行開倉人工割除樁基鋼筋,最終確保了2臺盾構的順利出洞。
②羅雨干渠的保護
羅雨干渠是深圳市羅湖區(qū)最重要的市政排水樞紐管道,為確保其運行安全,除在盾構推進施工方面采取嚴密的控制措施(如出土控制、同步注漿、盾構姿態(tài)控制等)外,還制定了專門的監(jiān)測方案(監(jiān)測內容包括地表沉降、羅雨干渠頂部沉降、土體分層沉降和測斜等)和應急預案(主要是實行巡視制度、預先做好跟蹤注漿或回填的準備工作、跟蹤做好交通疏解和維護工作等)。
、蹖τ谏纤、煤氣管等管線采用常規(guī)的開挖暴露、直接監(jiān)測和懸吊保護方案,在做好交通維護的前提下,與交警部門協(xié)調,及時修復受損路面。
。2)盾構在復雜地層中施工
由于羅湖~國貿區(qū)間隧道所處地層富含水、地層種類多、地層變化快、地質構造復雜,而由此帶來的最大難點是刀具磨損快,需頻繁更換刀具,而在這種復雜地層中直接開倉換刀不具備條件。要實施地層加固也較困難。
通過超前定點預加固(旋噴加固),為盾構的定點換刀創(chuàng)造了有利條件,同時也縮短了施工工期。在本工程中,左線隧道共實施了3處超前的預加固,右線隧道因地質情況優(yōu)于左線隧道,故實施了1處超前預加固,在各加固點都順利地實施了刀具的更換。
三、施工技術小結
1、在南方地鐵工程施工中,隧道斷面內的地層普遍存在“上軟下硬”的現(xiàn)象,由于盾構正面巖土強度差異較大,因而在同樣的推力作用下,土體所產(chǎn)生的壓縮變形就不同,從而導致盾構在掘進時所受到的反作用力分布不均,姿態(tài)難以控制。
通過施工實踐,我們認為采取以下措施可以較好地控制盾構的姿態(tài)。
。1)適當降低總推力,減小盾構掘進速度。
。2)根據(jù)盾構行程千斤頂所反饋的信息變化,隨時調整千斤頂編組和各區(qū)域油壓。
。3)充分利用鉸接千斤頂?shù)募m偏作用,根據(jù)不同狀況及時對各組鉸接千斤頂進行行程調整。
。4)根據(jù)不同情況,選擇不同型號管片進行拼裝,同時兼顧管片與盾殼間的空隙變化情況,做到通過盾構后方著力點的導向變化來影響盾構的掘進方向。
。5)通過改變注漿部位、注漿量和注漿時間、步驟,使得盾尾后方成型隧道在盾構推力的反作用下產(chǎn)生一定范圍的變形,從而實現(xiàn)成型隧道與盾構相互之間的影響和制約。
。6)在偏硬的風化巖地層中,可動用超挖刀來加強糾偏力度,達到糾偏效果。
2、在南方地鐵工程施工中,盾構切削的土壤中含有20%左右的粘粒和礦物質成分,使得粘粒的粘性變強。當土倉內溫度較長時間保持在35℃以上時,就極易形成泥餅(泥餅是指由土顆粒凝聚而成,具有整體性強并有一定強度的土團或土塊),附著在土倉面板、刀盤表面或諸如中心軸承、攪拌棒等物體上,加快刀盤面板和刀具的磨損。泥餅的形成會降低掘進效率,從而導致土倉溫度急劇升高。待泥餅形成一定的體積直至完全堵塞外界土體進入螺旋機的通道時,盾構將因出土受阻而無法掘進。
解決泥餅問題的技術措施有:
。1)通過加水或加泡沫,對切削下來的土體進行改良,以減小土體的粘性和含水量。
。2)施工過程中嚴格控制溫度,一方面可以通過向土倉適當加水降溫。另一方面可通過調節(jié)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水的溫度來提高降溫速度。再者可實行停機冷卻,待溫度降至35℃以下時再繼續(xù)推進。
。3)加強操作控制和管理,避免誤操作,對各施工參數(shù)進行優(yōu)化,防止對土體的過分壓縮而促進泥餅的形成。防止人為的集中出土或不均勻出土。防止土體中的固有水份過分流失。防止注漿漿液流入開挖面或土倉內,造成土體固結等。
。4)施工過程中根據(jù)參數(shù)特征,定時或不定時實行洗倉,消除既有泥餅,并防范大的泥餅產(chǎn)生。洗倉時宜采用肥皂水,因其能增加土體和易性及減小土顆粒之間的凝聚力。加水量應嚴格控制,若加水量過大則會污染工作面,而加水量過小又會加劇泥餅的形成。洗倉要經(jīng)過若干次循環(huán),既能消除泥餅,又不會對正面土體造成大的擾動或破壞。
3、在本工程中,隧道的絕大部分處于礫質粘性土和風化巖層中,由于這些地層中均含有大量的砂礫質成份,故要求刀具必須具有良好的耐磨性,本工程所選用的刀具均在其表面堆焊了硬質合金,以增強其耐磨性,此外在刀盤上布置了周邊滾刀、先行刀(亦稱撕裂刀)和割刀三種主要刀具(保護刀、超挖刀除外),針對不同的巖土,以提高刀具的破土效率和使用壽命。正確、規(guī)范操作盾構,對刀具的使用壽命亦有相當大的影響,特別是在地質情況比較特殊或地質發(fā)生突變的情況下,盾構司機應能及時調整操作方法和相關施工參數(shù),使盾構的運作處于平穩(wěn)、良性狀態(tài),保證各運行參數(shù)在盾構本身允許的范圍內合理波動。根據(jù)實踐經(jīng)驗,施工中應特別注意刀盤扭矩、刀盤轉速、油溫和出土土溫、掘進速度等施工參數(shù)的變化,并隨時進行調整,保證各參數(shù)處于正常范圍并使之相匹配。
4、在購物公園站~香蜜湖站區(qū)間隧道施工中,采用礦山法處理球狀風化巖,并形成初襯隧洞,然后盾構穿越初襯隧洞并拼裝管片形成最終隧道,在國內則是首例。
5、施工效果
通過及時、動態(tài)地掌握信息,對施工進行指導,使羅雨干渠主體結構沉降均控制在10mm以內,保證了羅雨干渠的正常使用和運行安全。購物公園站~香蜜湖站區(qū)間隧道沿線的建(構)筑物變形均控制在合同和有關規(guī)范的允許范圍內,其中電纜隧道、別墅群和東座酒家的沉降均控制在1cm左右,其它沿線地表沉降亦控制在3cm以內。
本文提到的一些施工方法和技術措施,可作為在南方復合地層中進行盾構掘進施工的借鑒,但我們的認識還存在諸多不足之處,望各位專家多提寶貴意見。
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