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地铁盾构穿越人工湖的关键技术研究

摘 要:  以成都地铁 18 号线盾构穿越人工湖为研究背景,对盾构机穿越人工湖的关键技术进行了研究。通过分析总结,表明技术可行,以期能为其他类似工程提供技术参考。
1 工程概况
  成都地铁 18 号线一二期为成都新机场线,线路起于火车南站,经高新、华阳、天府新区后穿越龙泉山至天府国际新机场。线路全长约 66. 7 km。地铁穿越人工湖段为海昌路站—福州路站盾构区间,区间左线 ZCK29 + 181 ~ZCK29 + 835 ( 湖面影响长度654 m) 、右线 YCK 29 + 162 ~ YCK29 + 838( 湖面影响长度 676 m)下穿天府公园人工湖的施工范围。
2 地质条件
  隧道主要穿越地层为: 中风化泥岩,中风化砂岩。据调查人工湖最大水深约 6 m,湖底与隧道顶部最近距离约为 5.4 m,湖底
与隧顶底距离小于 7.5 m( 一倍洞径) 有 161.4 m,大于 7.5 m( 一倍洞径) 为 515.1 m,穿越风险较大。
3 施工技术
3.1 施工前的准备工作
  盾构穿越人工湖前必须做好思想、组织、技术、机械、物资等各项准备工作,才能确保盾构安全、顺利通过天府公园人工湖。
  1) 思想及组织准备。组织一次全体员工思想动员大会,让所有参建员工提高对施工难度及重要性的认识。并成立专项领导小组,24 h 不间断值班,出现问题及时处理解决。
  2) 技术准备。对穿越段天府公园人工湖进行详细调查,针对调查结果进行详细分析、评价并制定相应有针对性的措施。在盾构到达前做好措施。在盾构机到达前,提前做一次控制测量和联系测量及人工盾构机姿态,并由三方进行复核,确保盾构姿态的准确性。通过在到达前 50 m 设置试验段,认真总结以往掘进经验,对掘进参数进行分析、优化,以最佳、最合理的参数掘进通过此段,严格控制超挖量。盾构通过后对天府公园人工湖进行跟踪巡视,并及时反馈,视反馈情况及对地层进行补充注浆。盾构通过天府公园人工湖以前,再次对所有技术人员进行一次全面的技术培训和交底。
  3) 物资及设备准备。穿越人工湖前,提前开仓换刀,根据地质条件,选用耐磨刀具,穿越人工湖段不更换刀具。同时对盾尾刷进行更换,保证盾尾密封效果,有效降低穿越风险。为了确保 24 h连续推进,在穿越前对盾构机及龙门吊、电瓶车等后配套进行全面彻底的检修,并备足各种机械设备易耗件,维保人员 24 h 值班。提前准备好穿越所需要的各种物资( 管片、螺栓、止水条、油脂等) 。
3.2 穿越期间专项施工措施
3.2.1 盾构推进控制
  1) 为保证盾构到达人工湖前后方注浆效果及裂隙水阻断情况,盾构在到达人工湖前 100 m 开始进入试掘进,试掘进段保压推进土仓压力不低于 0. 8 bar,每间隔 5 环连续 2 环 ~ 3 环施作封水环。
  2) 穿越人工湖期间,在保证盾构姿态可控的前提下,铰接油缸尽量收缩,控制好铰接油缸行程及行程差,铰接行程控制在95 mm 以内,铰接油缸行程差控制在 50 mm 以内,避免 V 字型掘进,保证盾尾铰接密封完好。
  3) 穿越人工湖过程中,应加强工序衔接,保证连续掘进。交接班需在洞内进行,减少交接班时间影响盾构掘进。
  4) 在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、湖面水深,配合地层分布数据分析,及时调整平衡压力值的设定,同时根据推进速度、出土量、注浆压力,及时调整注浆量,从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内。5) 严格控制好推进里程,对初始出现的小偏差应及时纠正,应尽量避免盾构机走“蛇”形,控制每次纠偏的量,采取“勤纠少纠”的原则。6) 在泥岩砂岩地层中掘进,过程中要随时根据渣土效果调整泡沫比例,保证渣土流塑性,避免土仓结泥饼。
3.2.2 管片拼装控制
  盾构施工的区间隧道,特别穿越天府公园人工湖地段,管片衬砌是隧道防水的重要环节。管片拼装质量上影响盾尾漏浆的主要原因是管片错台和形成喇叭口。管片错台以后,盾尾刷与管片之间形成的不再是一个完整的圆,在注浆压力高的情况下出现错台的地方就由于高压而被击穿导致漏浆。管片一旦形成喇叭口,在掘进时,管片就会刮伤盾尾刷,使盾尾刷失效,导致漏浆。在拼装作业中,严格把控管片拼装质量。
3.2.3 盾尾密封控制
  为防止盾构推进时,地下水及同步注浆浆液从盾尾窜入隧道,须在盾尾钢丝刷位置注盾尾油脂,以达到盾构的密封功能。
  1) 保持好盾构姿态,控制好盾尾间隙;
  2) 采用较好耐磨性能的材料制作盾尾钢刷,提高盾尾钢刷的耐磨性;
  3) 采用优质的盾尾油脂,保证较好的盾尾密封性能;
  4) 准备聚氨脂备用。
3.2.4 防喷涌措施
  提高泡沫注入率,加强渣土改良效果,也能有效的防止喷涌。根据以往区间的施工经验,泡沫浓度设置为 2% ~ 5% ,发泡率设置为 5 ~ 10,泡沫注入率 30% ~ 50% 。泡沫采用优质的泡沫。
3.2.5 防结泥饼措施
  有针对性的向土仓和刀盘面板适量注高质量的泡沫或膨润土或其中的两种混合液等,以改善土体的“和易性”“塑性”。地层相对自稳时,设定的出土压力不宜超过主动土压,并且最好控制在 0. 1 MPa 以下,即考虑采用欠土压平衡模式掘进。掘进中密切关注出土量变化,发现出渣量异常时,要及时各方检查是否结泥饼状态。控制好盾构掘进参数及同步注浆量,同时在洞内严格进行二次补浆。
3.2.6 掘进通过后补充注浆加固
  在采取以上各项措施的同时,为尽量降低施工风险,将在洞内补充注浆作为盾构下穿天府公园人工湖的补充措施。
  盾构机通过天府公园人工湖后,由于对地层扰动及少量超挖,当洞内同步注浆未及时对孔洞进行填充时,空洞会向地表发展,地层易发生沉降变形,会引起地面沉降。洞内补充注浆的作用是及时      填充和固结空隙,有效地控制天府公园人工湖和地面下沉。补充注浆根据使用浆液选用单液注浆机进行注浆。
  补充注浆采用二次注浆机对管片四周进行注浆加固。每孔注入 0. 5 m3左右( 具体根据实际情况注入) ,注浆压力为 0. 2 MPa ~0. 4 MPa; 浆液采用 P42. 5 水泥,单液浆液配比: 水泥: 水 = 1:1; 根据经验,施工中应特别注意以下几点:
  1) 注浆应连续进行尽量避免中断;
  2) 在注浆过程中应注意控制注浆压力。
3.3 穿越过程中的施工监测
  穿越天府公园人工湖,地面无法布置监测点,盾构机下穿天府公园人工湖隧道期间,安排专人每天在天府公园人工湖区域内隧道上方区域划船巡视二次,白天、晚上各一次,每 12 h 测一次,将巡视结果及时上报监理和分管领导。若发生异常情况,立即通知相关领导,并立即停止掘进,确定方案后再进行掘进。
4 结语
  总结盾构穿越人工湖,应坚持“压力合理、均衡掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈、预案恰当”的原则。采用了上述措施后,盾构机匀速、安全的穿越了人工湖,未发生事故。
  随着城市轨道交通远期规划的实施,穿越江河湖的工程将越来越多,本文介绍的盾构机穿越人工湖的技术措施,以期为类似工程提供参考及依据。

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