1、廣州市軌道交通三號線客-大盾構(gòu)區(qū)間施工技術(shù)        摘要文章簡要地介紹了盾構(gòu)法施工的基本概念和工法要點,對廣州軌道三號線客-大區(qū)間盾構(gòu)施工的技術(shù)方案做了初步與評價,并根據(jù)施工過程中的實際體會,深入研究了技術(shù)要點和管理方法,可為今后進一步提高盾構(gòu)法施工技術(shù)水平作。關(guān)鍵詞盾構(gòu)隧道盾構(gòu)機施工技術(shù) 1 工程概況      客-大(客村至大塘)區(qū)間為兩條平行的分離式單線圓形盾構(gòu)隧道,左右線總長為3076.93m(其中盾構(gòu)隧道長3016.93m),共設(shè)3個聯(lián)絡(luò)通

2、道、1個泵房、1個中間風(fēng)井及左右線擴大段礦山法隧道、8個接口洞門。線路最大坡度為30,曲線半徑為1000m,隧道覆土厚度9.624m。      客-大區(qū)間圓形隧道外徑6.0m,內(nèi)徑5.4m,管片厚度300mm,管片寬度1.5m,分塊數(shù)為6塊,采用錯縫拼裝。環(huán)間采用三元乙丙橡膠止水條止水,同步注漿填充管片與地層空隙。管片混凝土強度等級為C50,抗?jié)B等級不小于S12。      該區(qū)間隧道沿線建筑物密集,有170多棟樓房,其中確定房屋樁基底到隧道頂面之距小于3m的共有14座。  

3、;    區(qū)間YCK7+130.408至YCK8+230段圍巖主要為強風(fēng)化和中等風(fēng)化巖石,圍巖級別為級,巖質(zhì)較均一,巖性強度較高,自穩(wěn)能力較好,但節(jié)理裂隙較發(fā)育,局部易碎裂坍塌。      區(qū)間YCK8+230至YCK8+668.4段圍巖主要為全風(fēng)化和可塑至硬塑狀殘積層,圍巖級別為級,土層自穩(wěn)能力較好,但強度較低,且隧道埋深較淺,整體穩(wěn)定性相對較差。      盾構(gòu)隧道采用一臺海瑞克6.25m復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機從大塘站北端頭右線盾構(gòu)工作井下井拼裝始發(fā),向北掘進,在

4、客-大區(qū)間暗挖段洞室內(nèi)調(diào)頭后,返回向南掘進左線,在大塘站北端頭盾構(gòu)工作井解體吊出。盾構(gòu)隧道掘進過程示意見圖1。      本工程的主要特點和難點是盾構(gòu)在密集建筑群下的推進和盾構(gòu)機在暗挖地下洞室內(nèi)的調(diào)頭。      客-大區(qū)間盾構(gòu)施工場地分為兩個階段,右線施工為第一個階段,施工場地在大塘站北部;左線施工為減小軌道運輸?shù)倪\距和便于附屬結(jié)構(gòu)施工,將盾構(gòu)場地轉(zhuǎn)至客-大暗挖區(qū)間的施工豎井場地。      盾構(gòu)機于2003年4月18日進場,經(jīng)組裝、調(diào)試,采用

5、軟巖刀具于5月26日始發(fā),推進480m后于8月9日至8月15日更換硬巖刀具繼續(xù)推進至609m,于8月31日到達(dá)已完工的礦山法隧道和中間風(fēng)井。9月16日由風(fēng)井二次始發(fā),推進898m,于2004年元月2日貫通右線。2004年元月至2月完成在地下洞室內(nèi)的調(diào)頭,2月26日左線始發(fā),在8月19日貫通左線,到達(dá)大塘站,符合實施性施工組織設(shè)計進度安排。施工過程中未發(fā)生坍塌現(xiàn)象,隆降控制良好,隧道上方受影響范圍內(nèi)的170幢房屋安全無恙。總體講基本順利,雖未創(chuàng)出高的掘進水平,但基本掌握了盾構(gòu)法施工技術(shù)。工程進度、安全、質(zhì)量、施工技術(shù)與管理得到業(yè)主、監(jiān)理的充分肯定,被廣州地鐵總公司評為優(yōu)秀項目經(jīng)理部,創(chuàng)出良好的信

6、譽。2 客-大區(qū)間盾構(gòu)施工的總結(jié)與探討      在客-大區(qū)間盾構(gòu)施工過程中,針對工程的特點、地質(zhì)情況和現(xiàn)有的施工技術(shù)水平,借鑒兄弟單位的成功經(jīng)驗,認(rèn)真研究優(yōu)化,提出并實施了不少的成功的方案。2.1 盾構(gòu)機2.1.1 盾構(gòu)機的選型原則      盾構(gòu)機是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵,一般的選型原則是要適合隧道設(shè)計的特點、地質(zhì)特點、環(huán)境特點,選型要有針對性。但是一臺盾構(gòu)機價值幾千萬元人民幣,又有10km的壽命,對施工區(qū)域廣闊的,在選型時不能僅看到眼前的項目,還要應(yīng)對可能出現(xiàn)變化的條件(尤其是地質(zhì)變化),所以,盾

7、構(gòu)機的主要技術(shù)參數(shù)選擇要考慮一定的通用性。2.1.2  盾構(gòu)機的使用情況與問題      海瑞克盾構(gòu)機在廣州軌道交通二號線工作良好,成為首選。客-大區(qū)間盾構(gòu)經(jīng)過2.5km的掘進,其主要技術(shù)性能、參數(shù)基本滿足施工要求,但對付硬巖很困難。隨著施工中的體會和廣泛了解,海瑞克盾構(gòu)機還存在許多需改進的地方。(1)盾構(gòu)機的推力和刀盤的扭矩      盾構(gòu)機的設(shè)計總推力為34210kN,但在實際使用中未超過12000kN。軟土地層一般采用土壓平衡模式,推力為50006000kN;在其他巖石單軸抗壓強

8、度超過100MPa的地段,總推力也未超過15000kN,海瑞克現(xiàn)場指導(dǎo)人員也不主張采用超過12000kN以上的推力。推力的設(shè)計首先要保證能夠使刀具按設(shè)定貫入量(刀盤每轉(zhuǎn)刀具貫入巖石的深度)貫入一定強度的巖石,但盾構(gòu)機破巖機理是刀盤旋轉(zhuǎn)帶動滾刀滾動擠壓破巖,所以扭矩必須足夠。      刀盤的扭矩設(shè)計為4500kN·m,脫困扭矩為5300kN·m。實際使用中,在軟巖、軟硬不均地層中,常有超過設(shè)定扭矩值而自動停機的問題。尤其在采用土壓平衡模式粘性土層中掘進時,扭矩也很大,經(jīng)常超過設(shè)定值。   

9、60;  從目前使用情況來看,推力與扭矩的設(shè)置是不匹配的,即推力可減小,扭矩還應(yīng)適當(dāng)增加,應(yīng)詳細(xì)地驗證,修正設(shè)計。(2)刀盤的轉(zhuǎn)速      按海瑞克的設(shè)計,刀盤的轉(zhuǎn)速設(shè)定為兩檔,低檔為03r/min,高檔為36r/min。使用高檔(36r/min)是通過加大液壓油流量來實現(xiàn)的,從而影響了機械壽命和設(shè)計強度。實踐證明,刀盤轉(zhuǎn)速只需要3r/min以下就可以滿足施工要求。(3)刀盤與刀具刀盤的開口率      客-大盾構(gòu)機刀盤的開口率不能變化,且中心區(qū)開口率小,不適應(yīng)有粘性軟土地層的需要,

10、易形成泥餅。拉瓦特、海瑞克都已制造了開口率可調(diào)的盾構(gòu)機,不僅能適應(yīng)各種地層的掘進,而且為在不良地層下?lián)Q刀提供了一定的安全保障。單刃滾刀、雙刃滾刀及刀間距      海瑞克的雙刃滾刀設(shè)計從實踐看來對付40MPa以上的巖石已十分困難。雙刃滾刀要同時破200mm左右范圍的巖石,肯定不如單刃滾刀破100mm范圍巖石的效果好。在軟硬不均的巖層中,應(yīng)采用單刃滾刀及相應(yīng)的刀盤設(shè)計,刀間距應(yīng)取85mm左右。(4)變頻電機直接傳動和液壓傳動      海瑞克采用液壓傳動,但隨著變頻技術(shù)的日益完善,采用變頻電機直接

11、傳動比液壓傳動優(yōu)點多,首先是變頻電機直接傳動的機械效率高;其次可以減少發(fā)熱環(huán)節(jié),減少冷卻水用量,減小噪音,且使用維護相對簡單,所以應(yīng)選擇變頻電機直接傳動。(5)便于操作維修的人性化設(shè)計      威爾特、小松盾構(gòu)機在通道、管片拼裝工作臺的設(shè)計上大大優(yōu)于海瑞克,人員可以直接在通道上從操作室到盾體前部。(6)注漿系統(tǒng)      注漿系統(tǒng)要保持同步,二次注漿設(shè)備也應(yīng)設(shè)計在后拖臺車上,并要求在不影響正常掘進的情況下,可以進行二次注漿施工。      以上

12、僅就盾構(gòu)機的一些問題進行分析,結(jié)論是:海瑞克應(yīng)做出設(shè)計理念的清理和設(shè)計方案的改進。2.1.3 盾構(gòu)機的國產(chǎn)化與零部件的代用      盾構(gòu)機應(yīng)有大量的結(jié)構(gòu)部件可國產(chǎn)化,現(xiàn)已國產(chǎn)化的絕大部分是鋼結(jié)構(gòu)件,對于許多泵(如泡沫泵、膨潤土泵等)及液壓管路、空壓機、皮帶輸送機,國內(nèi)已有成熟的電器設(shè)備、零部件可直接代用,但國產(chǎn)刀具還需進一步研究。輔助性的螺栓、擋板進口一件動輒幾百元,而代用自制產(chǎn)品僅幾十元。2.1.4 盾構(gòu)機的保養(yǎng)與維修      做好盾構(gòu)機的保養(yǎng)與維修是保證盾構(gòu)機正常工作,尤其是保證盾構(gòu)機使

13、用壽命的關(guān)鍵。建立強制保養(yǎng)制度十分重要,但根本的保證是要培養(yǎng)一班穩(wěn)定的熟練維修保養(yǎng)人員,包括技術(shù)干部和技術(shù)工人。2.2盾構(gòu)施工的主要配套設(shè)備2.2.1施工平面設(shè)計是配套設(shè)備選型的前提      關(guān)鍵設(shè)備龍門吊的起重能力、跨距、提升高度、卸土方向及方式是決定龍門吊設(shè)計和造價的重要參數(shù)。客-大盾構(gòu)始發(fā)井洞口大且長,周圍還有風(fēng)亭和出入口,平面布置給龍門吊設(shè)計和造價帶來很大的影響,功能復(fù)雜、造價高、故障率也高。管片擺放、下井的位置也影響管片龍門吊或汽車吊的配置。      管片進場擺放既要便于管片運輸車

14、的進場卸貨,又要便于及時選擇管片的點位和下井。      實踐證明,平面布置應(yīng)以盡量減小提升土斗龍門吊的壓力為原則,由此才能保證掘進進度。2.2.2 運輸方案的選擇與機車車輛的配置      采用一列車將一環(huán)碴土運完,并足量供應(yīng)同步注漿漿液等輔助材料,有利于快速掘進。但要求盾構(gòu)機后配套,即皮帶運輸機要足夠長,機車牽引力足夠(因為地鐵線路縱坡一般較大),機車、車輛制動性能良好。      實踐證明,采用兩列車裝完一環(huán)碴土的方案只要安排合理,各項工作

15、穿插進行,總體講不會影響進度。這樣,可以選擇小噸位的機車,能減少投資。機車、碴車編組,還有許多方案可設(shè)計,如保證不間斷掘進“雙機車分部牽引方案”等,應(yīng)進一步研究。1         2.2.3 漿液拌合設(shè)備      對同步注漿漿液的拌合設(shè)備及配套設(shè)施一定要符合環(huán)保要求,事后采用措施效果不佳。本項目因轉(zhuǎn)場后環(huán)保要求高,只能增加一輛運輸車,將經(jīng)初拌的潮料運至場內(nèi)加水二次拌合。2.2.4 管片模具的選型      通用性

16、管片,即采用單一左或右轉(zhuǎn)環(huán)擬合隧道線型,K型塊將可能處于隧道底部泥水、淤泥、雜物處,對拼裝質(zhì)量有一定影響,但不用挑管片、安排各類管片的生產(chǎn)等,對管片寬度為1.2m以下可適用。      采用左、右轉(zhuǎn)和標(biāo)準(zhǔn)三類管片,對寬管片擬合曲線及糾偏均有利,封頂塊也在上部,但要注意左右轉(zhuǎn)環(huán)的模具及產(chǎn)量要大于用于曲線擬合的數(shù)量,以供糾偏時使用。2.3輔助添加材料2.3.1泡沫劑、膨潤土泥漿      基本功用是改良土體,在粘性土中對防止泥餅形成等有很好的效果,泡沫劑并非法國的就好。在軟、硬不均的巖層中掘進,適當(dāng)

17、添加泡沫或澎潤土泥漿,能起到冷卻、潤滑的作用,有助于減少刀具磨損。2.3.2 盾尾油脂      要達(dá)到相當(dāng)?shù)恼扯?以能抗衡地層土水壓力、注漿壓力,質(zhì)量不能含糊,國產(chǎn)的盾尾油脂完全能用。要特別注意,在始發(fā)前一定要將尾刷內(nèi)的油脂徹底填滿,日常的自動加注也要經(jīng)常檢查,保護尾刷,保證盾尾密封。2.4 盾構(gòu)掘進的主要施工方案2.4.1 盾構(gòu)在軟巖地段的掘進      YCK8+668.4YCK8+188.4段隧道主要穿越的地層為5-2硬塑或中密狀殘積土、6巖石全風(fēng)化帶地段。在該地層盾構(gòu)機采用土壓平衡模式

18、,以齒刀、刮刀為主切削土層,以低轉(zhuǎn)速、大扭矩推進,主要掘進參數(shù)為:推力控制在60007000kN,刀盤轉(zhuǎn)數(shù)為1.52.0r/min,刀盤扭矩為25003200kN·m,土艙壓力為0.10.13MPa,推進速度為3080mm/min,注漿壓力0.2MPa左右。      該地層的掘進,要在保證注漿量的前提下,控制好土艙壓力,盡量做到快速均衡施工。要加強地面沉降監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)要及時反饋到盾構(gòu)機操作室,以調(diào)整掘進參數(shù),確保安全可靠掘進。      客-大區(qū)間盾構(gòu)由于施工控制嚴(yán)格,提前做出預(yù)測

19、,實行了信息化施工,在建筑群下軟土層的掘進中,無坍塌,隆降控制在+5mm-15mm之間,確保了環(huán)境安全。      在粘性土中掘進特別要注意防止泥餅的形成,采取加泡沫、設(shè)定合適的略低的土艙壓力、適當(dāng)控制推進速度和推力等措施是有效的。2.4.2 盾構(gòu)在硬巖地段的掘進      YCK8+160YCK7+233段隧道主要穿越的地層為8巖石中風(fēng)化層、9巖石微風(fēng)化層,巖性為泥質(zhì)粉砂巖。在該地層盾構(gòu)機采用敞開模式掘進,采取小推力、高轉(zhuǎn)速,以滾刀破巖為主掘進,主要的掘進參數(shù)為:推力控制在800010000k

20、N,刀盤扭矩為20003000kN·m,刀盤轉(zhuǎn)數(shù)2.53.0r/min,推進速度2540mm/min,注漿壓力0.1MPa左右。      在該地層掘進首要的是保護刀具、刀盤,要強制性地對刀具、刀盤按時進行檢查,適時更換、修復(fù)。      在硬巖富水地層,管片上浮是一種較為普遍的現(xiàn)象。采取改進同步注漿漿液的配合比、縮短漿液初凝時間、足量注漿是防止管片上浮的主要措施,同時加密管片姿態(tài)的測量頻率,根據(jù)測量結(jié)果,適當(dāng)將盾構(gòu)機姿態(tài)壓低于設(shè)計軸線,補償因管片上浮對軸線的偏離。2.4.3盾構(gòu)在軟硬

21、不均地層中的掘進      在軟硬不均地層中掘進,為保護盾構(gòu)及其刀具,不宜追求太高的施工進度。在此地層中掘進必須控制掘進參數(shù),推力不宜太大,刀盤轉(zhuǎn)速不宜太快(一般為1.0r/min左右),刀具貫入量不宜太深(一般為5mm/轉(zhuǎn))。同時掘進期間要經(jīng)常、有計劃地檢查刀具、刀盤狀況。2.4.4 同步注漿的控制      同步注漿首先要把握好漿液配合比,否則容易造成堵管現(xiàn)象(表1)。       在軟土區(qū)應(yīng)以控制注漿量為準(zhǔn),在硬巖區(qū)應(yīng)以注漿壓力為主要控制參

22、數(shù)。對制漿、運輸過程的管理要到位,注漿手要精心操作,發(fā)生堵管要采取措施及時疏通,不能大意。2.4.5管片的選型和拼裝      盾構(gòu)機VMT系統(tǒng)能預(yù)測5環(huán)擬拼裝管片的型號和點位,但施工中不要完全照辦,還要本著糾偏不能過急的原則,并考慮現(xiàn)場所存放各類管片的數(shù)量,確定管片型號的選擇。      管片拼裝是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),不必太快,拼裝機操作手是關(guān)鍵,環(huán)向螺拴應(yīng)注意緊固。因推進千斤頂分為四組,在盾構(gòu)機推進時一定要把握各組推力不要相差過大。2.5輔助施工方案2.5.1盾構(gòu)井端頭加固方案 &

23、#160;    針對大塘站北端頭地層由上而下依次為:<1>雜填土、<2-1>淤泥及淤泥質(zhì)土層、<4-1>沖洪積土層、<5-1>可塑或稍密狀殘積土層、<5-2>硬塑或中密狀殘積土層、<6>全風(fēng)化泥巖、<7>強風(fēng)化粉砂巖等地層的特點,在廣州市盾構(gòu)施工中首次選用鉆孔灌注樁+注漿+攪拌樁加固方案。為了保證洞門破除和盾構(gòu)始發(fā)的安全,應(yīng)根據(jù)當(dāng)時場地條件,采用曾確定的挖孔咬合樁方案,不僅能降低成本,還能使工期縮短。2.5.2 建筑物保護方案      房屋A186、A187、A063、A130、A130、A192、