浅谈在运营地铁车站采用钢套筒接收盾构机技术

2017-07-11 15:19:08 admin 115

摘 要:在地铁工程盾构法区间隧道施工中,盾构始发和接收是整个工程中的关键工序,也是难度最大、风险最高的环节。由于盾构进入到达接收洞口前难以建立起土压以平衡开挖面的土压和水压,目前只有两种比较有效的方法,一种是传统的水土进洞,另外一种是采用钢套筒法。文章通过昆明地铁1号线支线春融街站~市政府站区间在运营春融街地铁站采用钢套筒接收工艺,确保了盾构机顺利接收和1号线春融街运营安全。文章详述这种工法的技术原理、组装流程、接收工艺。

1 概况

昆明轨道交通1号线支线春融街站~市政府站区间采用2台土压平衡盾构机,左右线并行掘进,由市政府站站西端始发,到达运营的春融街站后,由预留的2个盾构井接收并调出。

设计的春融街站~市政府站区间左右线在春融街站南端头接收位置均距离既有线较近,其中左线最小净距3.8m。根据首期工程春融街站在该盾构端头井顶板埋深约6m,地下含水丰富,常规加固措施难以满足施工要求,更难以保证运营线安全,为此经相关单位共同研讨,将盾构机接收调整为钢套筒接收。

2 钢套筒接收方案

在盾构机到达端头不具备加固条件或加固条件不能满足盾构接收条件时,使用钢套筒接收机。为保证1号线运营线的结构安全及运营正常,春融街站南端头盾构接收端采用旋喷桩+钻孔素咬合桩+钢套筒接收方案。

2.1 接收端头加固设计

接收端头加固采用旋挖咬合桩+旋喷桩,咬合桩为φ1000@800mm

布置,在端头设置3排,成孔后采用C5水下混凝土灌注,待灌注至加固标高后,空桩部分采用灌砂注浆密室;咬合桩成孔时采用“隔三跳一”的方式打孔,在车站围护结构与咬合桩之间施工单排三重管旋喷桩,旋喷桩为为φ800@600mm,旋喷桩水泥掺量为25%~40%,经加固的土体有很好的均质性、自立性,其28d无侧限抗压强不小于1MPa,渗透系数不应大于10-7cm/sec,抽验标准为检验数量不小于桩总数的1%,且不少于3点。

加固范围立面为隧道结构上下各3m,加固长度:右线平面位置为隧道结构东侧2.2m,西侧3m;左线平面位置为隧道结构东西各3m;加固宽度:为春融街站围护墙以南3.2m。

2.2 接收筒

盾构接收筒主要用于辅助盾构到达接收,整个装置设计一端开口与洞门钢环连接,另外一段全封闭的容器。钢套筒内在盾构到达之前要进行填料。钢套筒结构主要有筒体、后端盖、反力架及支撑等。见下图。

3 施工关键技术及措施

区间隧道盾构到达端头近邻既有线,隧道埋深较深,需对到达前水文地质情况调查清楚,制定针对性措施。特别是对既有线影响要控制到最小,过程中必须按照经专家评审后方案实施。

3.1 关键施工准备工作

盾构机钢套筒辅助接收工法增设了钢套筒,对应的工序较繁杂,关键技术卡控主要有:钢套筒安装、洞门地连墙混凝土凿除、钢套筒填料及检验;盾构机掘进穿越加固区(素混凝土桩加固区+旋喷桩加固区)进入钢套筒,盾构机到达后钢套筒拆解的安全保障措施。

(1)钢套筒定位安装

a.确保车站端头井底板平整,防止因底板标高偏差过大引发钢套筒受力不均。

b.根据洞门实际中心进行测量放样,确定好钢筒安装位置。

c.过渡环在地面组装、加固,整体吊装,安装。

d.洞门钢环与过渡环连接位置力求保证密封良好,采用焊接方式;钢套筒的过渡连接板与预埋钢钢环相接触后,要检查两个平面是否全部贴紧。

e.在地面把三节钢套筒下半段拼装紧固好,尤其是底部连接螺栓力求一次紧固到位。然后进行整体起吊,安装就位后,同样将三段上半部分连接紧固,吊装。

f.反力架安装要求钢管斜撑在底板预埋件上,施加合适的预应力。

(2)接收筒主要检验项目

一是接收筒圆度,二是接收筒的渗漏情况。

渗漏检测:在安装钢套筒内部未填料前从水孔加水,至加满水检查,直至压力稳定且并未发现有漏点时方可确认钢套筒的密封性。

(3)钢套筒内填料及检验

盾构机到达钢套筒后模拟在黏土及粉土中掘进。钢套筒当检查完毕后,向钢套筒内填料,主要是填黏土及粉土,并对土体进行改良,增强土体的流动性。填料工序作为顺利接收的重要保证。填料在回填饱满后要进行渗漏、加压和位移的再次监测。主要包括以下内容:

a.填料密实度要高,易于掘进、螺旋机输送及皮带机运输。若填料不够密实会导致内外压力失衡,造成水土流失。

b.在加压过程如果发现有渗漏或者连接有缺陷的情况,必须马上进行泄压,及时处理。维修后必须再次进行检验,检验合格后方可投入使用。

3.2 盾构穿越加固区及进入接收筒施工

(1)进入加固区前

掘进速度和土仓压力与正常段掘进一样,按常规控制, 土仓压力根据隧道实际埋深进行调整,避免地层中推进时压力有较大的波动,掘进速度稍减慢,由原来正常段的30~60mm/min减至15~30mm/min。进入加固区前,进行剩余洞门破除。

(2)加固区内掘进

盾构机进入加固土体后,推力控制在800~1500t,盾构在加固区内掘进速度一般为5~10mm/min,应在密切监控地表和洞口的情况下逐步减少压力,随着盾构掘进尽可能降低土压力直至为0,在洞门破除施工期间,对盾尾后续管片进行双液注浆,形成止水环箍,阻断原状土体与加固体的来水通道,并在注浆完成后两小时后通过盾构机径向注浆孔观察加固土体是否有涌水、涌砂现象,如没有出现涌水、涌砂现象则恢复接收施工;如出现涌水、涌砂现象则通过盾尾管片开孔压注油溶性聚氨酯,阻断后续来水,确保盾构机刀盘脱出洞门钢环的安全性。

随后掘进过程中,每一环施工完成立即进行盾尾后续管片的二次注浆,以确保盾构后续来水通道隔断。

(3)盾构刀盘进入钢套筒内

洞门破除完成后,刀盘进入钢套筒以后,盾构机进行正常掘进,并且确保土压和出土量。

3.3 钢套筒拆解及对应安全保证措施

盾构进入钢套筒制定里程后,由于盾构机在钢套筒内,盾尾已经脱离了洞门钢环,最后一环管片与钢环及盾构开挖直径间隙是否已经封堵完好至关重要。因此该部位处理措施尤为关键:通过车站侧墙上预留的注浆管、特殊管片上预留的注浆孔的球阀,观察出水量,若水量较大,则继续通过预留注浆管、注浆孔注浆,直至打开球阀无水流出后,方可拆解钢套筒和盾构机,清理钢套筒内的回填料,并吊出转场。

4 工法优缺点

4.1 优点

(1)适应范围广

钢套筒辅助盾构接收基本适应于大多数地层,尤其是在有限的施工条件下,现场能够满足钢套筒安装要求的场地便可以施工。

(2)可以多次利用

钢套筒结构由钢模块组成,组装拆卸便利,易于多次使用。首次加工制作费用较高,经过多次倒用可以节省端头加固管线迁改费用,经济效益较好。

(3)安全性高

由于钢套筒接收为盾构带压接收,比传统的接收更易控制其风险,尤其对水土流失控制较好,特别适用于对环境保护要求高的施工地方,更安全有效提高盾构接收安全性。

4.2缺点

(1)出洞操作困难

传统的盾构接收在盾构机刀盘露出后可以直观的进行测量和判断下一步盾构走向,钢套筒直接连接洞门钢环形成一个封闭体,对盾构机接收制造了很多限制,因此对盾构姿态及测量的精度要求极高。

(2)运输及保管困难

钢套筒是一个直径6900mm,长10500mm圆柱体,即使拆分为单块也叫庞大,运输上存在一定困难,保管上也很占地方。单块拆分后容易变形,会对下次组装带来一定的困难。

(3)费用高

钢套筒制作安装费用在100万左右,加上运输保管费用整体较高。

5 结论与建议

钢套筒接收工法使用范围广,尤其适用于对周边环境保护要求高的施工场地。昆明地铁呈贡支线二工区春融街站~市政府站区间成功的应用了该工法,保证了既有线的安全。钢套筒接收工法还有一薄弱环节,就是在钢套筒填料之前进行洞门破除工序,该工序需要进行一定的端头加固,在条件允许的情况下,围护结构采用玻璃纤维筋,盾构机刀盘配置滚刀,可切割强度较高的混凝土,规避洞门破除过程中造成水土流失的风险。

参考文献

[1]王健.盾构到达钢套筒辅助接收系统的改进设计及施工[J].现代交通技术,2014,11(4):59-62.

[2]赵保.钢套筒辅助盾构接收技术概述[J].文摘版:工程技术,2015(13):267-269.

[3]白洋,崔蓬勃,王庆磊.地铁盾构区间钢套筒接收施工技术研究[J].四川水泥,2015(11).