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大埋深盾构地下拆解扩大洞室地层加固技术分析

摘要:在大埋深盾构地下拆解施工过程中,经常会面临软弱围岩、深埋高压、洞室稳定性不足等问题,在无管片结构支护的情况下,在地下进行盾构拆解极容易发生地下坍塌、施工人员和拆解设备遭到损伤的状况。本文通过实际案例,分析当前盾构拆解模式的研究现状,探讨大埋深盾构地下拆解以及扩大洞室地层加固技术,以期为相关工程项目提供安全技术参考和借鉴。
  随着我国社会经济的不断发展,出现了大量的在建或者即将建设的地下工程,在施工建设中,相应设备的施工开展向更大埋深发展,盾构机作为一种更加高效安全的施工设备,在地铁、地下管廊、隧道等工程领域被广泛使用。在施工区间的末端,需要对盾构进行原位拆解,拆卸洞室的结构力学特性会随着盾构的拆解使纵向卸荷发生较大改变,因此,要通过相应的施工技术对洞室地层进行加固。
1  项目概况
  本标段区间采用海瑞克 S-1036 盾构机掘进,盾构机自发射区及后配套段始发,掘进至拆卸洞室完成区间施工任务,在拆卸洞室内进行地下拆解。根据施工方案,盾构到达预定位置后,先要在发射区及后配套段提前铺设台车轨道,然后,在将配套台车拆解后从后洞运送到发射区已经铺设完毕的台车轨道上。其次,在拆解洞室内安装一台 35 吨门座式起重机,利用该起重机对盾构进行分块拆解。
2  盾构拆解的研究现状
  国内外关于盾构拆解的模式有三种,分别是依靠盾构接收井进行拆解、将盾构运至到洞外进行盾构顺序拆解以及预先挖掘扩大洞室,借助大型吊装设备在地下进行拆解操作。本文对大埋深盾构拆解的研究主要是借助大型吊装设备在地下进行拆解,分为两大方面,一是地下拆解施工方案,二是扩大洞室加固方案。
  在大埋深盾构地下拆解过程中,要对洞室围岩的安全性和稳定性进行研究和分析,在实际工程施工中,由于隧道在开挖盾构拆解后会出现一定的卸荷作用,从而使围岩的应力发生较大的变化并且重新分布,还会出现应力集中的现象。此时,如果围岩应力小于极限弹性的强度,则围岩处于弹性的状态。如果应力大于极限弹性强度,则围岩处于塑性状态,所以,在大埋深盾构地下拆解扩大洞室地层加固施工时,要考虑塑性问题对围岩稳定性的影响,避免发生坍塌或者失稳的状况。
3  大埋深盾构地下拆解
  在本次工程项目中,盾构机拆解模式主要是利用大型吊装设备进行地下拆解。本工程盾构机拆卸洞室呈城门洞形,成洞尺寸宽 9.5m,高 9.75m。一次支护采用锚杆结合挂网喷护加固,挂网钢筋φ8,网格尺寸为 150mm×150mm,内设 I20b 钢拱架,喷护 C20 混凝土厚 250mm,系统锚杆直径25mm,长度 4.0m。二次衬砌采用 C25 钢筋混凝土结构,厚900mm。
  在盾构拆解之前,要做好相应的吊装准备。比如,吊装场地以及相关设备的准备、吊机的安装调试;拆机所需的小型机工具等;人员和设备的安全防护、制定应急预备方案;将台车上的精密仪器、液体、危险品以及电气、水路、液压、气路管线等进行拆除;安装台车上的吊具、吊点;清理台车上的闲杂物品,将可移动的物品进行绑扎;其中,对台车轨道铺设的示意图可如图 1 所示。
4  盾构地下拆解扩大洞室地层加固方案及技术分析
4.1  施工准备
  在本工程项目中,盾构拆解洞室的净空尺寸宽 9.5m,拱顶高 9.75m,标准段长 17.6m,渐变段长 5m。根据施工设计图纸以及实际的施工现状,确定盾构拆解洞室底板、侧墙以及顶板分为三区施工,其中第一区长 9.15m,第二区长 92.5m,第三区长 5m。具体的扩大洞室施工方案流程为施工准备→测量放线→底板垫层施工→底板钢筋绑扎→底板整体混凝土浇筑→侧墙钢筋绑扎→侧墙模板支护→侧墙整体混凝土浇筑→拱顶钢筋绑扎→拱顶模板支护→拱顶混凝土浇筑。
4.2  测量放线与底板施工
  首先,在施工准备工作完成后,要进行测量放线作业,即是施工用控制点从设计单位复核过的点位,通过导线测量技术引入实际施工段中;然后,对底板开展施工活动,本次应用的施工段底板厚度为 0.9m 左右,长度约为 23.7m,其洞室底板浇筑和纵断面如图 2 所示。
4.3  满堂式脚手架安装施工
  在洞室底板施工完毕后,要保障其强度达到 75% 以上,才可以继续搭建满堂脚手架,为了使用施工技术要求,将满堂脚手架之间的排距调整为 0.9、步距约为 1.2m,同时,每隔 4.8m 设置一道水平剪力撑,并在脚手架的周围布置竖向的剪力撑。在本标段工程中,主要是结合了二次衬砌的结构形式,在主体内利用满堂式钢管脚手架作为加固支撑体系。该技术要求应用扣件式钢管搭设脚手架,以符合安全施工的相关技术要求,起到承受施工中所产生的垂直作用力以及水平作用力,保障施工作业的安全性。
4.4  洞室钢筋安装
  满堂架施工完成后可以进行拆解洞室的钢筋安装,第一步是要使横向以及纵向钢筋的每个节点进行焊接和绑扎。并且所有的焊接钢筋都要采用双面焊的技术方法,在搭接的过程中,要间隔错开布置。在底板浇筑时要注意预留主筋,比如,在竖墙主筋之间可以采用绑扎连接,而且要保障同一受力钢筋的两处搭接间距不得小于 1.5m。除此之外,在大埋深盾构地下拆解扩大洞室地层加固钢筋施工中箍筋的连接点,要在纵向和横向钢筋的交叉位置,确定合理的间距后进行绑扎或者是焊接。受力主筋与模板之间的设计要符合施工要求。此外,在加工和连接直螺纹钢筋套筒丝头时,根据本工程的施工场地现状,统一采用直螺纹套筒,在施工前,要细致检查连接套筒的质量,杜绝存在锈蚀、油脂等对混凝土质量有严重影响的杂物。
4.5  洞室地层加固模板安装
  在大埋深盾构地下拆解扩大洞室地层加固技术中,对模板的安装能够直接关系到洞室的稳定性。所以,在本次工程中主要采用竹胶板,分为侧墙模板以及顶拱模板,其中侧墙模板为立强,高度为 4.2m,顶拱是半径为 4.75m 的半圆形。在施工中,为了避免二次衬砌出现侵限的现象,以满足顶拱弧度的要求,可以按照设计弧度加工工字钢,将模板紧密的固定在工字钢上。
4.6  洞室混凝土的浇筑
  洞室混凝土的浇筑施工对其稳定性和安全性有非常重要的作用,也是地层加固技术中最为关键的组成部分之一。由于洞室位于地下,常规的大型罐车无法直接进入运输混凝土,因此,先将混凝土材料运输到支洞口,再由小型罐车倒车转运至洞室内,由于每次运输只能通过一辆小型罐车,施工难度较大,施工人员要根据这一特点合理地调配混凝土拌和时间。要注意的技术细节主要有在混凝土泵卸料时要应用高速或者中速旋转拌筒,最大限度地保障浇筑混凝土处于拌和均匀的状态,避免发生混凝土的分层离析而导致洞室结构失稳。
  随后在对洞室开展浇筑施工时,要严格按照设计方案,规范操作工艺,还要确保水、电、照明系统的连续,保障混凝土浇筑的连续性,从而最大限度地提高大埋深盾构地下拆解扩大洞室地层加固技术的水平。
5  结语
  综上所述,在大埋深盾构地下拆解扩大洞室地层加固技术中,施工人员要根据施工情况选择合理的盾构拆解模式,保障拆解效率。同时,还要严格遵循洞室施工方案,通过各个流程中的加固技术提高洞室的安全性和稳定性,保障施工活动的顺利进行。
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