环球网校2021年一级建造师市政实务精华考点:盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术

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环球网校2021年一级建造师市政实务精华考点:盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术

一、盾构施工阶段划分

盾构施工一般分为始发、正常掘进和接收三个阶段。

始发是指盾构自始发工作井内盾构基座上开始掘进,到完成初始掘进(通常50~100m)止。

始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架,分体始发时还要将后续台车移入隧道内,以便后续正常掘进。

接收是指自掘进距接收工作井100m到盾构到达接收工作井内接收基座上止。

从施工安全的角度讲,始发与接收是盾构法施工两个重要阶段。为保证盾构始发与接收施工安全,洞口土体加固施工必须满足设计要求。

二、洞口土体加固技术

盾构法隧道施工中,洞门土体加固是盾构始发、到达技术的一个重要组成部分,洞门土体也是盾构始发、到达事故多发地带。因此,合理选择洞门土体加固施工工法和必要的加固监测,是保证盾构法隧道顺利施工的非常重要的环节。

(一)洞门土体加固的作用

(1)盾构从始发工作井进入地层前,首先应拆除始发工作井洞门处的围护结构,以便将盾构推入土层开始掘进;盾构到达接收工作井前,亦应先拆除洞门处工作井的围护结构,以便盾构进入接收工作井。

(2)由于拆除洞口围护结构后,在坑外水土压力作用下,会导致洞口土体失稳和地下水涌入工作井,且盾构在始发掘进的一段距离内或到达接收洞口前的一段距离内难以建立起土压(土压平衡盾构)或泥水压(泥水平衡盾构)以平衡开挖面的土压和水压。因此,拆除洞口围护结构前必须对洞口土体进行加固,通常在工作井施工过程中实施。

(3)拆除洞口围护结构及盾构掘进通过加固区域时,防止地层变形,进而引起工作井周边地面建筑物及地下管线等破坏。

(二)常用的洞口土体加固方法

(1)盾构工作井洞口土体加固与一般地基加固的不同之处是不仅仅要有强度要求,还要有渗透性要求,在此基础上,还要考虑经济性要求。这主要由加固范围、加固方法等的选择来决定。

对于地铁盾构隧道,始发与到达端地层加固范围一般为隧道衬砌轮廓线外左右两侧各3.0m、顶板以上3.0m、底板以下3.0m,并根据盾构直径增大而增大。加固长度根据土质而定,富水地层加固长度必须大于盾构本体长度2m及以上(刀盘+盾壳)。

(2)常用的加固有化学注浆法、砂浆回填法、深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法等。国内较常用的是深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法(冷冻法常用的是垂直冷冻法,也可以采用垂直冻结与水平冻结相结合的方式),具体见图 1K413033-1。近期,在工作井围护采用盾构直接切削GFRP(玻璃纤维)筋地下连续墙以及与加固方法相合的钢套筒法在高水压地层也有应用。

(3)冻结法有造价高、解冻后存在沉降等缺点,旋喷桩加固虽然效果好,但其造价远高于深层桩。所以,除工作井较深、洞门处土层为水头较高的承压水层外,洞门土体加固较为广泛采用的是深层搅拌法,并在搅拌桩加固体与连续墙间无法加固的间隙处,用旋喷法进行补充加固。

(三)洞口土体加固的风险防控和处理

(1)洞口土体加固最常见的问题有两点:一是加固效果不好,造成开洞门时土体坍塌;二是加固范围不当,造成始发时水土流失。在盾构掘进至到达工作井时,一种常见的风险事故是洞门处位于承压水地层时,由于加固体长度过短,水土沿着盾构外侧涌入到达工作井。

(2)洞口土体加固的效果不好是始发过程中经常遇到的施工问题。采取的主要措施是必须根据洞口处土体情况选择合理的加固方法,而且要加强过程控制,特别要严格控制加固施工参数。对于加固区与始发井形成的间隙要采取有效方法封堵处理。

(3)出现开洞门失稳现象时,在小范围的情况下可采用边破除洞门混凝土,边喷素混凝土的方法对土体临空面进行封闭。如果土体坍塌失稳情况严重时,只有封闭洞门重新加固。

(4)加固后地层应具有良好的均匀性和整体性,在凿除洞门后能够自稳,且具有低渗透性。洞口土体加固完成后,应进行钻孔取芯试验以检查效果。在加固区钻水平孔和垂直孔检查渗水量,水平孔分布于盾构隧道上、下、左、右部和中心处各一个,深8m,其渗透系数≤1.0 X 10-8cm/s,其渗水量总计不大于10L/min。垂直孔在加固区前端布置2个,在施工中钻孔误差较大的部位布设1个;其渗水量不大于2L/min。检查孔使用后,采用低强度水泥砂浆封孔。

三、盾构始发施工技术要点

(一)盾构始发施工流程

盾构始发是盾构施工的关键环节之一,其主要内容包括:始发前工作井端头的地层加固、安装盾构始发基座、盾构组装及试运转、安装反力架、凿除洞门临时墙和围护结构、安装洞门密封、盾构姿态复核、拼装负环管片、盾构贯入作业面建立土压(针对土压平衡盾构施工)和试掘进等。

(二)初始掘进长度的确定

决定初始掘进长度的因素有两个:一是衬砌与周围地层的摩擦阻力,二是后续台车长度。

(三)始发掘进施工要点

(1)盾构前如需破除洞门,应在条件验收后进行。

(2)始发前,应对洞口土体加固进行质量检查,合格后方可始发掘进;应制定洞门围护结构破除方案,并应采取密封措施保证始发安全。

(3)始发前,反力架应进行安全验算。

(4)始发时,应对盾构姿态进行复核。

(5)当负环管片定位时,管片环面应与隧道轴线相适应。拆除前,应验算成型隧道管片与地层间的摩擦力,并应满足盾构掘进反力的要求。

(6)当分体始发时,应保护盾构的各种管线,及时跟进后配套设备,并应确定管片拼装、壁后注浆、出土和材料运输等作业方式。

(7)盾尾密封刷进入洞门结构后,应进行洞门圈间隙的封堵和填充注浆。注浆完成后方可掘进。

(8)初始掘进过程中应控制盾构姿态和推力,加强监测,并应根据监测结果调整掘进参数。

四、盾构接收施工技术要点

(一)盾构接收施工流程

盾构接收一般按下列程序进行:洞门凿除→接收基座的安装与固定→洞门密封安装→到达段掘进→盾构接收。

接收设施包括盾构接收基座(也称接收架)、洞门密封装置。接收架一般采用盾构始发架。

(二)盾构接收施工的主要内容

(1)接收井洞口土体加固。

(2)在盾构贯通之前100m、50m处分两次对盾构姿态进行人工复核测量。

(3)接收洞门位置及轮廓复核测量。

(4)根据前两项复测结果确定盾构姿态控制方案并进行盾构姿态调整。

(5)盾构接收架准备。

(6)接收洞门凿除。

(7)靠近洞门最后10~15环管片拉紧。

(8)贯通后刀盘前部渣土清理。

(9)盾构接收架就位、加固。

(10)洞门防水装置安装及盾构推出隧道。

(11)洞门注浆堵水处理。

(12)制作连接桥支撑小车、分离盾构主机和后配套机械结构连接件。

(三)接收施工要点

(1)盾构接收可分为常规接收、钢套筒接收和水(土)中接收。

(2)盾构接收前,应对洞口段土体进行质量检查,合格后方可接收掘进。

(3)当盾构到达接收工作井100m时,应对盾构姿态进行测量和调整。

(4)当盾构到达接收工作井10m内,应控制掘进速度和土仓压力等。

(5)当盾构到达接收工作井时,应使管片环缝挤压密实,确保密封防水效果。

(6)盾构主机进入接收工作井后,应及时密封管片环与洞门间隙。

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