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浅析城市隧道工程盾构施工几点新技术

摘 要:随着我国城市化建设的不断发展,城市基础设施正在逐步完善当中,城市隧道工程数量也在不断的增加,这大大提高了城市交通便利性,满足了人们的出行需求。 同时,在城市隧道工程的建设当中,盾构法作为主要的施工工法,也取得了较大的发展,本文结合自身的施工经验综合城市隧道盾构施工中的遇到的不同工况,简要阐述盾构新技术的应用,及其特点。
1 城市隧道盾构施工新技术
1.1 盾构穿越地连墙玻璃纤维筋
  玻璃纤维筋是由高性能纤维与合成树脂基体、固化剂采用适当的成型工艺所形成的纤维增强复合材料,其在性能上与普通钢筋相似,与混凝土具有良好的粘接性,且和混凝土由几乎相同的收缩系数,同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度。
  目前随着城市地铁的不断发展,城市地铁线网不断扩大,这就使得部分地铁隧道区间既有可能与城市部分明暗挖隧道线路产生冲突,因此地铁盾构区间需要下穿既有地连墙结构。还有一种情况,即在盾构进出洞时,也需下穿地下连续墙结构。按照传统施工工艺,在盾构下穿前,需要采用人工方式对下穿范围地连墙结构进行破除,作业时间长,安全风险系数高,而对于盾构下穿既有线路结构地连墙,人工破除更是不可能实现的,因此玻璃纤维筋的应用,有效的解决了这一问题。
  在地连墙施工时,盾构下穿位置的钢筋笼使用玻璃纤维筋制成,由于玻璃纤维筋的力学脆性,可以很容易的被复合式盾构机直接切割,而不会造成异常的刀具损坏。因此可极大地缩短施工工期,且有效的降低了下穿过程中由于作业面曝露时间长带来的风险。但是玻璃纤维筋与钢筋最大的差异为玻璃纤维筋的弹性模量小,是典型的脆性材料,应力—应变曲线在断裂前表现出明显的线性关系,极大的影响了玻璃纤维筋笼起吊时的稳定性和基坑开挖阶段玻璃纤维筋连续墙的抗弯、抗剪承载能力,因此在钢筋笼制作及吊运过程中,存在一定风险,这就要求必须制定切实可行的专项方案以保证施工的安全。
1.2 盾构上浮处理
  盾构在复合黏土层施工时,易出现上浮现象,随着上浮的不断加剧,也随之带来了管片破损、浆液渗漏、地面沉降等一些系列质量问题,因此,为确保隧道成型质量,需将盾构机姿态控制在规范范围以内。
  经过分析,导致盾构上浮可能存在管片超前量不足、推理设置不当等原因,为此可采用以下措施:
 (1)通过管片错点位拼装,或在管片侧面采用石棉垫片,增大管片上部超前量,为盾构机下行提供浮动空间,同时可认为对管片圆度进行调整,过程中增设止水条,防止管片渗水。
 (2)在盾构穿越隧道投影区域采取钢板和铁块堆载措施。钢板可采用厚为 10cm,铁块压重厚度约 40cm。
 (3)调整盾构机顶推油缸的分区压力,如压力差无法满足盾构机转向要求,可采用调整油缸油路的方式,在不影响盾构机左右姿态的前提下,将两侧千斤顶的油路部分并入上部油缸分区,从而加大上部油缸分析的推力,但在此过程中,由于各油缸分区压力差过大,易对管片造成不利影响。
 (4)为增加盾构自身重量,将配重防止在盾构机下部空挡处,提供盾构自重,客服浮力在实施过程中,可根据盾构姿态上浮的程度,单独或组合采用以上措施,已达到遏制盾构上浮的目的。
1.3 盾构法联络通道施工
  由于地铁联络通道施工是在“洞中打洞”,作业面小,不便使用大型工具设备,所以目前国内地铁联络通道施工多采用冷冻法+矿山法施工。该方法施工造价较高、工期较长、风险较高。过程中由于冷冻失效、超挖,地下水侵蚀等一系列不利因素,极易造成地下水喷涌、开挖面坍塌、地面沉陷等风险。
  对比施工优缺点,宁波地铁 3 号线鄞南区间联络通道借鉴盾构法的可实施性,首次提出了盾构法施工联络通道,并取得了成功,盾构法联络通道是将施工设备运输至已完成的隧道内,快速支撑在主隧道结构上,向隧道墙壁侧面开挖联络通道,直至贯通至对面平行隧道。联络通道掘进机开挖过程中,使用具备密封垫片的钢管片及混凝土管片进行一次性支护成型,无需后续防水或二衬措施。联络通道贯通后,施工人员可以拆卸然后通过主隧道收回掘进机,继续修建下一个联络通道。联络通道盾构法施工技术作为一种革命性技术,具有安全、优质、高效、环保等技术优势。
1.4 地面出入式盾构法
  传统盾构始发接收皆需要盾构工作井,这就需要对在盾构施工之前,在地面进行大规模的地下深基坑作业,这不仅需要考虑深基坑作业自身的安全风险,同时还要考虑建筑物拆迁、地面交通疏解、地下管线迁改,更也不可避免的将对周边环境产生一定不利的影响,加之目前随着城市地铁的高速开发,大面积的开挖势必会长时间阻塞交通,给周边居民的出行产生较强不利影响,加之各别施工场地条件有限,不具备大面积地面开挖的条件,为有效的解决上述问题,可采用出入式盾构法隧道进行施工。
  出入式盾构法是指盾构从地表始发,在浅覆土条件下掘进,最后在目标地点从地表到达。这种方法用盾构掘进代替暗埋段明挖,可以减小地面开挖面积 50%~80%,减少拆迁量以及对周边环境的影响;以浅埋导坑代替深大工作井,可以减少施工风险和土方开挖量,缩短建设工期。但同时在无覆土和超浅覆土下进行盾构隧道建设,也面临了很多技术难题,如结构变形、隧道上浮、接缝渗漏、轴线偏离等,为此可通过如下技术方式加以改进:
 (1)设置管片稳定装置,其作用可在盾构推进过程中支撑和稳定管片,是管片保持性状,有效防止管片错台。
 (2)为提高管片在浅覆土施工过程中的抗剪及接缝防水性能,可在每环管片增设 4 只纵向螺栓,并可改良橡胶密封垫截面形式,合理控制错动及张开量指标,加强管片间防渗水能力。
 (3)由于盾构施工前期,一直处于浅覆土状态,因此围压交底,进出土十分困难,盾构姿态不易控制,因此可在盾构机选型时,对盾构机本身加以优化,采用大开口率刀盘结构,保证出土顺利。同时可根据工程土层实际特点改良碴土性状,保证其具有良好的塑形、流动性,保证开挖面的稳定,从而为盾构轴线控制创造有利条件。
 (4)增设土层压力传感器,准确反映土舱压力变化,为盾构掘进提供更多有效的技术参数,利用参数提高土压波动检测,设计新算法,较好的控制出土量,刀盘转速和推进速度,精确控制开挖面土压平衡。
1.5 MSJ 高压旋喷施工技术
  MSJ 高压旋喷施工技术目前在深基坑围护结构施工中,逐渐被很多人所接受,其优点在于施工较为灵活,可进行垂直、水平、倾斜等多种方式进行施工,且加固深度大、成桩质量好,对地面扰动较小、自动化程度高。鉴于其各项优点,目前在盾构施工中,MJS 高压旋喷桩也在被逐渐采用,其主要用于以下方面:
 (1)盾构始发接收端头水平加固,当加固深度较深,地面不具备加固条件时,可采用 MJS 对端头进行水平加固。特别是在软土地层,加固效果较好,且对周边管线影响较小。
 (2)盾构下穿既有线路或铁路时,对下穿段地层进行 MJS 加固,由于其成桩质量较好,对周边环境扰动较小等特点,即可有效保证既有线路或铁路不收影响,同时可以确保下穿段加固强度和质量,确保盾构下穿时既有线路和铁路的安全。
2 结 语
  城市轨道交通建设能够缓解地面的交通压力,减少城市道路的拥堵,充分的满足人们的出行要求,且城市轨道交通的客载量较大,运行速度快,有效实现了城市交通升级。盾构施工技术在城市轨道交通隧道施工中的广泛运用,具有灵活性、安全性和高效率性等技术优势,不仅大大提高了工程效率,还缩短了施工时间、节约工程成本,整体经济效益极为突出。充分把握好盾构施工技术的关键要点部分,能够进一步满足城市轨道交通隧道施工要求。

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