盾構(gòu)法施工在天津地鐵中的應(yīng)用

盾構(gòu)法施工在天津地鐵中的應(yīng)用摘　要:通過介紹天津地鐵一號(hào)線盾構(gòu)施工中的重要參數(shù)和對(duì)環(huán)境保護(hù),尤其重要構(gòu)(建)筑物的保護(hù)方案、措施,說明在天津地鐵區(qū)間施工引進(jìn)盾構(gòu)施工工法的合理性及實(shí)用性。關(guān)鍵詞:天津地鐵;盾構(gòu)法;重要參數(shù);環(huán)境保護(hù) 法施工屬于地下工程中的“非開挖”技術(shù),其選型和應(yīng)用受到具體土體工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等相關(guān)因素的影響。地質(zhì)資料顯示天津地區(qū)地處沖積平原,土層主要為第Ⅰ陸相層、第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層、第四系上更新統(tǒng)第Ⅲ陸相層、第Ⅱ海相層及第Ⅳ陸相層,主要是粉土和粉質(zhì)黏土軟土地層,從地質(zhì)條件上看,天津地鐵較適合盾構(gòu)法施工。因此,盾構(gòu)法的引入解決了天津地鐵區(qū)間施工對(duì)周圍環(huán)境的影響,同時(shí)工程造價(jià)又低于礦山法。 結(jié)合天津地區(qū)實(shí)際情況,針對(duì)盾構(gòu)法施工在天津地鐵工程中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。1概述 天津地鐵一號(hào)線新建段盾構(gòu)區(qū)間分別為小白樓站—下瓦房站、下瓦房站—南樓站、南樓站—土城站3個(gè)區(qū)間,全長(zhǎng)為3440m。結(jié)構(gòu)管片頂部埋深為6～12m,隧道洞身主要位于第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層和第四系上更新統(tǒng)第Ⅲ陸相層。隧道內(nèi)徑為5500mm,管片厚度為350mm。3個(gè)區(qū)間均采用單向推進(jìn)、不過站、不掉頭的施工工藝。 根據(jù)天津的地質(zhì)條件,3個(gè)區(qū)間均使用土壓平衡盾構(gòu),本次施工采用了德國(guó)海瑞克和日本川崎兩公司盾構(gòu)機(jī),通過工程實(shí)踐,取得了一定的技術(shù)參數(shù)。具體應(yīng)用情況為:小白樓站—下瓦房站、下瓦房站—南樓站2個(gè)區(qū)間使用德國(guó)海瑞克盾構(gòu)機(jī),南樓站—土城站區(qū)間使用日本川崎設(shè)備。 本文結(jié)合小白樓站—下瓦房站區(qū)間施工情況,從以下幾個(gè)方面介紹盾構(gòu)法在天津地鐵的應(yīng)用。2盾構(gòu)機(jī)的選擇 盾構(gòu)機(jī)的選擇主要根據(jù)工程所在區(qū)域的地層工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況、工程的線路情況(包括平面和豎向隧道線型、沿線的環(huán)境條件和地下障礙物情況等)、盾構(gòu)機(jī)的機(jī)械性能等方面。結(jié)合天津地區(qū)土層飽和軟弱地層較均勻的特性,采用適用地層范圍廣、技術(shù)先進(jìn)合理,在其他地區(qū)運(yùn)用較為成熟的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)。3 盾構(gòu)推進(jìn)施工參數(shù)設(shè)定 (1)平衡壓力值的設(shè)定 據(jù)計(jì)算,在盾構(gòu)穿越加固區(qū)時(shí),取值約為0.17MPa;在正常段推進(jìn)中取值約為0.20～0.24MPa。 (2)盾構(gòu)機(jī)的推力設(shè)定 實(shí)際施工時(shí),在盾構(gòu)穿越加固區(qū)時(shí),取值約為10000kN;在正常段推進(jìn)中取值約為10000～13000kN。 (3)推進(jìn)出土量設(shè)定 每環(huán)理論出土量=(π×D2×L)/4=32.05m3/環(huán)。 盾構(gòu)推進(jìn)實(shí)際出土量控制在98%～100%,穿越加固區(qū)時(shí),出土量約為32m3/環(huán);正常段推進(jìn)時(shí)出土量約為31～32m3/環(huán)。 (4)推進(jìn)速度設(shè)定 加固區(qū)推進(jìn)速度宜控制在10mm/min左右;正常推進(jìn)時(shí)在保證地面變形滿足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范的前提下,推進(jìn)速度基本在30～50mm/min。一般情況下每天可推進(jìn)8～10環(huán),最快為20環(huán)/d,最慢為5環(huán)/d。 (5)刀盤油壓設(shè)定 加固區(qū)土質(zhì)較硬推進(jìn)較慢,刀盤油壓值相對(duì)較高,一般為16～18MPa;出加固區(qū)后,盾構(gòu)正常推進(jìn),油壓值基本在14～16MPa。4地面變形量控制 影響地面變形的因素主要有2個(gè):盾構(gòu)推進(jìn)和同步注漿與壁后補(bǔ)壓漿。(1)盾構(gòu)推進(jìn)引起的地面變形 本區(qū)間所用盾構(gòu)機(jī)為土壓平衡盾構(gòu)。平衡壓力P0設(shè)置范圍為 (水壓力+主動(dòng)土壓力)<P0<(水壓力+被動(dòng)土壓力) 以平衡壓力與正面的土壓力相匹配為控制目標(biāo),通過實(shí)測(cè)土壓力值P1與P0值相比較,依此壓差進(jìn)行相應(yīng)的排土管理。其控制流程如下: 當(dāng)P0<Pi時(shí),盾構(gòu)機(jī)平衡壓力低于正面土壓,造成超挖,地面將產(chǎn)生沉降; 當(dāng)P0>Pi時(shí),盾構(gòu)機(jī)平衡壓力高于正面土壓,造成欠挖,地面將產(chǎn)生隆起; 當(dāng)P0=Pi時(shí),盾構(gòu)機(jī)正常推進(jìn)。 因此,盾構(gòu)機(jī)的平衡壓力控制直接導(dǎo)致盾構(gòu)正面地面土體的變形量。(2)盾構(gòu)推進(jìn) 盾構(gòu)直徑為6.39m,管片直徑為6.2m,盾構(gòu)施工后的建筑空隙如果不填充,周圍土體就會(huì)向此空隙移動(dòng),造成地面沉降。盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿和襯砌壁后補(bǔ)壓漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑空隙、控制地層變形和減少后期變形的主要手段,也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中的一道重要工序。①同步注漿 每環(huán)理論建筑空隙:1.0π(6.392-6.22)/4=1.87m3 盾構(gòu)外徑:φ6.39m;管片外徑:φ6.2m 每環(huán)壓漿量一般取建筑空隙的150%～250%,即每環(huán)同步注漿量為2.81～4.68m3。泵送出口處的壓力應(yīng)根據(jù)不同深度和土質(zhì)來控制,一般為0.3MPa左右。漿液配比見表1。②壁后注漿 當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)至特殊地段時(shí),地面上有需保護(hù)的建筑物(王仲山故居)或管線時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況和地層變形監(jiān)測(cè)信息及時(shí)調(diào)整進(jìn)行壁后補(bǔ)壓漿。漿液可采用雙液漿,注漿的壓力值、壓入量和具體壓入位置根據(jù)實(shí)際情況而定,一般注漿壓力在0.3～0.4MPa。漿液配比見表2。5　主要施工技術(shù)措施 (1)嚴(yán)格控制盾構(gòu)施工參數(shù) 為確保盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn),必須采取以下措施控制切口土壓力、推進(jìn)速度、出土量,盡量減少平衡壓力的波動(dòng),同時(shí)在曲線推進(jìn)過程中,考慮到刀盤正面所受壓力的差異,需同步調(diào)整控制左右區(qū)間油壓值和左右推進(jìn)千斤頂行程,使之沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)。具體措施為:①根據(jù)出土量和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備,及時(shí)觀察、調(diào)整盾構(gòu)機(jī)平衡壓力;②根據(jù)出土的土質(zhì)狀況和地質(zhì)報(bào)告中地層揭示情況,提前預(yù)測(cè)正面土體壓力,適時(shí)升高或降低盾構(gòu)機(jī)平衡壓力;③嚴(yán)格控制土倉(cāng)壓力及出土量,防止超挖及欠挖;④根據(jù)土體的力學(xué)性能結(jié)合盾構(gòu)機(jī)的機(jī)械性能,控制刀盤的前移距離;⑤加快每環(huán)的拼裝速度,減少盾構(gòu)機(jī)在軟弱土層的停留時(shí)間;⑥正常推進(jìn)時(shí)速度宜控制在2～4cm/min。過建筑物時(shí)推進(jìn)速度宜控制在1cm/min左右。 (2)嚴(yán)格控制糾偏量 盾構(gòu)的曲線推進(jìn)實(shí)際上是處于曲線的切線上,因此,推進(jìn)的關(guān)鍵是確保對(duì)盾構(gòu)頭部的控制。在曲線時(shí),盾構(gòu)推進(jìn)施工環(huán)環(huán)都在糾偏,必須做到勤測(cè)勤糾,而每次的糾偏量應(yīng)盡量小,確保楔形塊的環(huán)面始終處于曲率半徑的徑向豎直面內(nèi)。控制和掌握盾構(gòu)單次糾偏的幅度,使糾偏盡量均勻穩(wěn)定,以減少糾偏對(duì)周圍土體造成的影響。同時(shí),在確保盾構(gòu)正面變形控制在良好的情況下,使盾構(gòu)均衡勻速施工,以減少盾構(gòu)施工對(duì)地面的影響。在曲線段施工管片拼裝位置應(yīng)嚴(yán)格控制。若管片位置不理想,且曲線管片無法滿足糾偏時(shí),應(yīng)采用軟木楔子進(jìn)行調(diào)整,使管片處于較理想位置狀態(tài),確保盾構(gòu)軸線。 (3)控制襯砌背后注漿 推進(jìn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制漿液的質(zhì)量、注漿量、注漿位置和注漿壓力,并根據(jù)施工中的變形監(jiān)測(cè)情況,隨時(shí)調(diào)整注漿參數(shù),必要時(shí)采用壁后補(bǔ)壓漿的方法進(jìn)行控制。在施工過程中采用推進(jìn)和注漿聯(lián)動(dòng)的方式,注漿未達(dá)到要求時(shí)盾構(gòu)暫停推進(jìn),以防止土體變形。注漿工藝應(yīng)注意以下幾點(diǎn),以確保注漿效果:①控制注漿時(shí)間,確保在最佳的時(shí)間采取注漿措施;②根據(jù)土質(zhì)情況,確定采用同步注漿、半同步注漿或推進(jìn)后注漿、后方注漿;③根據(jù)土層條件(土的種類、土壓、承壓、水壓等)和掘削條件的不同確定同步注漿壓力和注漿量;④采取措施防止背后注入漿液從盾尾、工作面管片接頭等處泄露;⑤根據(jù)填充效果和目的(是否考慮抗?jié)B等問題),適當(dāng)采取二次注漿;⑥確保注漿材料質(zhì)量和注漿工藝的恰當(dāng)性。 雖然設(shè)計(jì)軸線為圓滑曲線,但在實(shí)際推進(jìn)過程中,掘進(jìn)軸線必然為一段段折線,且曲線外側(cè)出土量又大。這樣,必然造成曲線外側(cè)土體的損失,并存在開挖施工建筑空隙增大。因此,在曲線段推進(jìn)過程中在進(jìn)行同步注漿的工程中必須加強(qiáng)對(duì)曲線段外側(cè)的壓漿量,以填補(bǔ)施工空隙,同時(shí)加固外側(cè)土體,使外側(cè)土體給予管片足夠的支撐力,減小已成隧道的水平位移,確保盾構(gòu)順利沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)。(4)對(duì)于出現(xiàn)超沉建筑物的補(bǔ)救措施及加強(qiáng)地面跟蹤注漿 盾構(gòu)穿越重要地段時(shí),加強(qiáng)對(duì)地面變形情況的監(jiān)測(cè)分析,及時(shí)調(diào)整推進(jìn)參數(shù)。若地面建筑物變形量超過警戒范圍時(shí),則需在隧道內(nèi)通過管片注漿孔進(jìn)行壁后雙液注漿,并進(jìn)行地面跟蹤注漿來保護(hù)建筑物。6施工中的難點(diǎn) (1)盾構(gòu)穿越“王仲山舊居”施工 在浦口道和南京路之間,盾構(gòu)軸線上方有百年歷史的“王仲山舊居”(磚木結(jié)構(gòu)),坐落于天然地基上,基礎(chǔ)為1.0m的磚墻基礎(chǔ)。為保護(hù)此建筑物,對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)的軸線和地面變形控制要求嚴(yán)格,為控制重點(diǎn),在施工中采取了前述幾點(diǎn)技術(shù)措施加以控制,同時(shí)還采取以下措施。 ①加強(qiáng)地面跟蹤注漿 由于“王仲山舊居”對(duì)變形非常敏感,盾構(gòu)穿越建筑物前200m時(shí),沿建筑物周邊提前埋設(shè)可以反復(fù)注漿的注漿花管,并布置一定數(shù)量的監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)。盾構(gòu)穿越建筑物時(shí),若地面建筑物變形量超過警戒范圍時(shí),除需在隧道內(nèi)通過管片注漿孔進(jìn)行壁后雙液注漿,更要及時(shí)進(jìn)行地面跟蹤注漿來調(diào)整和控制建筑物的沉降量,只有地面的注漿措施對(duì)于保護(hù)建筑物更為有效、直接。 根據(jù)建筑物與線路的關(guān)系,沿周邊按照1.5m間距布置可以反復(fù)注漿花管,埋入地下8～10m。漿液主要材料配比見表3。 ② 采用靜力水準(zhǔn)方法監(jiān)測(cè) 針對(duì)建筑物的平面布局和基礎(chǔ)形式,結(jié)合結(jié)構(gòu)與線路的平面關(guān)系,在結(jié)構(gòu)的每個(gè)角部和每條邊的中部埋設(shè)監(jiān)測(cè)連通管。 由于采取了得當(dāng)?shù)氖┕ご胧┖褪┕ば畔⒒姆答伖ぷ鞯轿?最終沉降量為-10.4mm,完全控制在其允許沉降范圍內(nèi)(據(jù)推斷分析,“王仲山舊居”最大沉降量約為25mm),確保了名人故居的安全。(2)穿越磚砌污水方涵 磚砌方涵斷面尺寸為2.35m×2.35m,位于天津市河西區(qū)大沽南路、圍堤道和尖山路交會(huì)的五岔路口,總體走向?yàn)閲痰婪较?與大沽南路斜交。據(jù)調(diào)查,方涵建于1958年,目前仍在使用。方涵與南樓站—土城站區(qū)間的左右線隧道相交處隧道埋深分別為13.224m和13.596m。方涵位于地下3m以下,距隧道凈距約為8.246m。 根據(jù)理論計(jì)算和分析,方涵沉降量應(yīng)控制在20mm以內(nèi)。施工時(shí)通過該地下結(jié)構(gòu)時(shí),通過采取以下措施,盾構(gòu)推進(jìn)引起的地面沉降變形基本控制在5～20mm: ①根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備和地面監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù),及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)正面壓力,合理控制推進(jìn)速度; ②嚴(yán)格控制土艙壓力及出土量,防止超挖、欠挖; ③控制盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)的變化,保持均衡勻速的施工,減少對(duì)地層的擾動(dòng),方涵處盾構(gòu)隧道洞體位于300m半徑曲線上,控制好盾構(gòu)姿態(tài)和單次糾偏幅度,使糾偏量均勻、穩(wěn)定,以減少因糾偏對(duì)周圍土體造成的影響; ④控制同步注漿的漿液質(zhì)量和注漿壓力、注漿量,減少盾構(gòu)推進(jìn)過后土體的變形。7 結(jié)論 (1)盾構(gòu)選型考慮了小半徑的施工,因此,選擇了具有糾偏千斤頂裝置的鉸接盾構(gòu)。調(diào)整盾尾的位置,使盾尾與管片的相關(guān)位置得到改善,從而便于管片的拼裝,更好地控制隧道的推進(jìn)軸線。 (2)調(diào)整好刀盤的開孔率和壓力對(duì)控制地面沉降極為重要,再加以輔助措施,實(shí)踐證明沉降還是可以很好地控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的。 (3)對(duì)于施工中的重點(diǎn)部位,加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和確保實(shí)現(xiàn)信息化施工,是達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的重要手段。參考文獻(xiàn):［1］林宗元主編.巖土工程治理手冊(cè)［K］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1996.［2］GBJ—89，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.［3］葉書麟，等.地基處理與托換技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.［4］張庭華.土壓平衡盾構(gòu)土艙壓力控制技術(shù)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005（8）.［5］劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1991.［6］張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.