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对我国当前盾构施工技术存在问题的探讨建材与装饰2008年1月中旬刊张智1施工技术比较我国城市轨道交通地下工程的建设,就地层特性,可分为4大类:①以砂卵层为主,如成都、北京等地;②以岩层为主,如重庆、青岛等地;③软弱地层与岩层(风化岩层)交变,如南京、广州等地;④软弱地层,如上海市,隧道和地下车站修筑在软土层中。由于地质条件不同,所采用的施工方法差异较大,这就造成了我国城市轨道交通建设中工法多样性的特点。我国城市轨道交通的施工先后采用了明挖法、矿山法、暗挖法、盖挖法、盾构法等施工技术,有的已经达到了国际先进水平。(1)明挖法需要在隧道沿线占用比较多的施工场地,在城区交通流量大,道路狭窄的情况下,已经基本无法满足其施工场地要求。施工场地暴露,对周围地区的环境影响大,无法满足环保要求;(2)矿山法虽然占用施工场地较小,但其施工所造成的地表沉降较难控制,通常情况下,对地面建筑物及地下管线都有一定的影响甚至造成破坏。同时,施工必须确保开挖面无水作业,因此需要在沿线普遍降低地下水。降水施工需要在地面施工大量的降水井,不仅提高了工程造价,还造成了对地下水的污染,而且在城区道路狭窄和地面建筑物密集区,没有施做降水井的条件。由于人工开挖和支护,因此施工进度慢,作业效率低,劳动强度大,安全性差。施工的防水质量不易保证。施工对地表沉降的控制难度较大,尤其是在不良地质段或地面房屋密集区施工时,很难将地表沉降控制在较小范围内;(3)暗挖法虽然地面干扰小,造价低,但机械化程度低,进度慢,劳动强度高,环境恶劣,风险大;(4)盖挖法虽然占用场地时间短,对地面干扰小,安全,但施工工序复杂,交叉作业,施工条件差。它多用于修建地铁车站;(5)盾构法对城市的正常功能及周围环境的影响很小。除盾构竖井处需要一定的施工场地以外,隧道沿线不需要施工场地,无需拆迁,因而对城市的商业、交通、住居影响很小。可以在深部穿越地上建筑物、河流;在地下穿过各种埋设物和已有隧道而不对其产生不良影响。施工一般不需要采取地下水降水等措施,也无噪声、振动等施工污染。可根据施工隧道的断面大小、埋深条件等施工隧道特点和地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造盾构机,所以此法是适合于某一区间的专有方法。此外它的施工精度高。如管片的制作精度几乎近似于机械制造的程度。由于断面不能随意调整,对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。可以看出,盾构法对地面结构影响可能性最小;对环境无不良影响,地下水位可保持;对工作人员较安全,劳动强度低,进度快;机械化程度高;隧洞形状准确;质量高,衬砌经济。2我国盾构技术的发展正是由于盾构施工的这些优点,使得这项技术已经发展、细化为大量、复杂的施工技术,并逐步在实际工程上广为利用。盾构法在国际上起步较晚,但近年发展较快。我国盾构法隧道施工技术近年来也有了较大的发展。国内盾构技术发展开始于20世纪50年代,首先应用于修建煤矿巷道,1963年上海结合地下铁道的筹建,开始开发盾构技术,并于1990年开始在地铁一号线大量引进盾构进行施工。1991年上海地铁1#线引进法国FCB公司的7台土压平衡式盾构,采用大刀盘开挖、螺旋输送机排土,同时备有同步压浆、计算机控制系统等,性能比较完善。上海利用这7台盾构机建成地铁1#线区间隧道,全长18.5km。该盾构直径为6.2m,混凝土管片厚度0.35m,每环6块,环宽1.0m。隧道经过淤泥土和淤泥质亚粘土,覆土深度5~18m,盾构进尺为4~6m/d地面沉降控制在10~30mm。该工程于1995年4月10日正式全线试运营,为我国在含水软土地区的城市中修建隧道提供了宝贵的经验。经过多年的发展,在上海等软弱地质条件的盾构施工技术已相当成熟。近年来随着我国综合国力的提高,很多城市大力发展地铁,如北京、上海、广州、南京、深圳等城市,到2003年以上述城市引进了近40台盾构用于地铁施工。目前,国内许多城市的轨道交通建设采用了盾构施工技术。如北京市南北交通路网中的北京地铁五号线工程,线路全长27.6km,南起丰台区的宋家庄,北至昌平区的太平庄,途经天坛、东单、雍和宫和和平里等重要地区,就是采用盾构法施工技术。3我国盾构技术需要解决的主要问题任何新技术的开发、产生要根据市场需求和国情,进行仔细的论证。就目前我国盾构技术在城市轨道交通系统建设使用的情况而言,一些问题的解决、新技术的开发将成为当务之急。(1)研究盾构机,生产国产盾构机。目前的盾构机以进口为主,这就增加了盾构法施工的费用。在如今经济迅猛发展的形式下,应将盾构机的生产转为国内为主。(2)在国产盾构机还没有被接纳的情况下,造价的问题同时使得盾构机的反复使用变得明显。盾构机是根据施工隧道的特点和围岩情况进行设计、制造。盾构机必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造是适合于某一区间的专用设备。但是,由于盾构机本身是一个非常昂贵的设备,以我国的工程造价水准,还不具备一项工程完全折旧的能力。因此,在购置设备时,一定要考虑到机械的反复使用问题,尽可能设计多功能、多用途的机械以充分发挥其作用。(3)研究长距离施工。因为盾构法施工效率高,因此适合长距离施工。在一些地铁施工、排污隧道施工中也经常遇到长距离施工的问题。这一问题的解决除依靠提高盾构机的耐磨性能以外,研究刀头等易磨损部件的更换技术也是比较实用的方法。当然地下接合技术也是一个非常有效的技术,但必须考虑到使用时地下接合对盾构机的要求和对施工管理精度的要求。(4)结合国内主要隧道结构形式,研究双圆形或眼镜形盾构。我国的地铁隧道采用单圆双线隧道施工,容易出现后续隧道对先行隧道发生影响和超近距离施工的问题。如果采用双圆形或眼镜形盾构进行施工,这些问题将会得到解决。而这一新技术能否得到使用的另一个决定因素就是造价问题,也就是施工两个单圆隧道和施工一个双圆形或眼镜形隧道的经济性比较问题。(5)研究采用3圆形盾构,减少施工费用。由于地铁车站一般设置在城市繁华地区,很多工程已经遇到难以确保施工用地或施工用地拆迁费过高的问题。如果能够采用3圆形盾构施工地铁车站将会使这一难题得到解决。(6)研究管片技术,保证衬砌管片不发生裂缝、踏步、渗漏和长期耐久性。目前为止,我国使用的管片种类比较单一,而且分块、接头也比较简单。由于管片技术的发展必须与管片设计理论相结合,而且需要相应的试验验证工作。盾构施工技术除了上述问题外,还存在着其它待改进和提高的问题。如隧道设计和盾构施工中除了要保证工程本身安全、质量的要求外,更重要的是如何控制对隧道沿线环境的影响以及从做好地铁建成后隧道保护要求来考虑,要提高隧道衬砌环抵抗隧道纵向变形的能力。盾构隧道设计、施工和管理等方面工作要围绕如何加快重点工程建设进度进行精心施工要做到方便施工,简化工序,节约投资,加强盾构隧道的耐久性,提高隧道的抗渗、抗蚀能力。盾构法施工的几点问题及其发展方向张荣国武汉理工大学国外建材科技2004年第25卷第4期2盾构施工引起地表下沉的问题及隧道沉降在软土中采用盾构法进行隧道施工时,一般会引起隧道上方地表下沉,并且在隧道施工阶段和运营阶段还会产生隧道沉降。因此,必须认真研究盾构施工中地表下沉的原因,分析影响地表下沉和隧道沉降的各种因素。在设计和施工中采取合理的措施,减少和控制地面地表下沉和隧道沉降。2.1地表下沉的原因盾构施工时,导致地表下沉的原因是多方面的,其主要原因可以分为以下几点:①开挖面上的土水压力不平衡导致开挖面失去稳定性。此时,压力舱压力大于开挖面土压力和水压力时出现地基隆起,相反会出现地基沉降。②盾构推进对围岩的扰动。盾构壳板和围岩的摩擦、以及围岩的扰动会引起地基隆起和沉降。尤其在蛇曲修正、曲线推进时如采用超挖,会使围岩松动的范围变大加大地基的沉降量。③盾尾空隙的发生和壁后注浆的不足。盾构施工必然产生盾尾空隙,这一空隙会引起地基的应力释放而产生弹塑性变形。一般可通过实施壁后注浆来控制,但壁后注浆的材料、注浆时间、位置、压力、注浆量都会影响地基的变形量。④管片的变形和变位。管片从盾尾脱出后,受到围岩荷载作用发生一些变形或变位,造成地基沉降,但其量一般较小。⑤地下水位下降。由于漏水或降水引起的地基沉降。(2)做好盾尾建筑空隙的充填压浆①确保压注工作的及时性,尽可能缩短衬砌脱出盾尾的暴露时间,以防地层塌陷。②确保压浆数量,控制注浆压力。③改进压浆材料的性能。(5)管片技术:目前为止,我国使用的管片种类比较单一,而且分块、接头也比较简单。由于管片技术的发展必须与管片设计理论相结合,而且需要相应的试验验证工作。这一方面尚需要进行大量的研究工作。盾构法施工过程中的常见问题及防治措施任怀志(中铁十九局)3隧道内漏水原因与防治3.1隧道内漏水原因盾构隧道是由一片片独立的管片通过螺栓联接起来,管片接缝部位为防水的薄弱环节,隧道内漏水部位一般出现在管片接缝处。产生漏水的主要原因是:管片拼装过程中偏差、止水条老化或失效。3.2隧道漏水防治3.2.1加强管片制作、运输和拼装的管理①提高管片的制作精度和质量,控制水平拼装环、纵缝间隙小于2mm,确保管片密实无裂缝,抗渗要求达到设计标准。②加强管片起吊、运输及堆放管理,避免出现贯穿性裂缝。管片堆放时内弧面向上,宽度方向应上下对齐,不准倾斜。管片间放两条木垫板,垫板上下对齐,使中间隔空。③管片拼装前查看前一环管片与盾尾间隙,结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施。④管片拼装要防止出现错缝、台阶差,可以通过加贴楔子微量调整间隙来保持环面的平整度,楔子不得超过4mm。竖曲线段推进时,应计算上下左右的超前量,分段粘贴低压石棉板,在推进过程中,使其经千斤顶压缩后成一平整楔行环面,粘贴环面的面积一般应大于整个环面的一半。纠偏楔子厚度超过设计厚度时,止水带也应加贴遇水膨胀条。封顶块两侧的止水条在拼装前涂表面润滑剂,以减少封顶块插入时的摩阻力。⑤管片如遇损坏,轻则就地修补,重则重新调换后方可继续进行。3.2.2加强止水条质量管理①隧道采用的遇水膨胀橡胶止水带是在氯丁橡胶密封条上加覆一层遇水膨胀条制成的,由于施工期间常遇到下雨或者隧道低部积水,操作不会使遇水膨胀止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水预膨胀或变形,影响止水效果,故应在粘贴止水带的地方做好防雨措施,搭设活动防雨棚和在止水带表面涂缓膨剂。②冬季施工时应设置烘房设施,作橡胶止水带加温。③角部加贴的自粘贴橡胶薄片厚度长度应符合设计要求,以免影响止水带效果。④“F”块插入间隙偏小,摩阻力大,止水带容易延伸拉长,角部形成“疙瘩”,影响压密,所以在拼装前应涂水性润滑剂,以减少封顶块插入时摩阻力。盾构法隧道施工背后注浆技术朱科峰广东土木与建筑!#年$月!#$!%&$!#’()*+,(+’,(*-*.,$!*$,,’*$!第$期/.!#$01$%前言随着城市地下空间的开发,盾构施工技术越来越多地应用于城市的地铁隧道以及市政设施隧道中。当盾构机在一定深度地层中推进时,可根据盾构机与地表上某点的相对距离,将盾构掘进过程分成到达前、到达时、通过、脱出、脱出后等2个子过程。当盾构机从该点脱出后,在管片衬砌和天然土层之间会留下空隙,该空隙理论上为环形,厚度通常约为34455,对其的填充通常需要采用背后注浆技术来完成。如果这一空隙不能及时有效地得到填充,则天然土体将处于侧向无支撑状态,从而产生很大的地面沉降,造成地表建筑物的破坏。因此,背后注浆技术是盾构法隧道施工中的一项关键技术,本文将介绍国内外背后注浆技术的发展现状,旨在促进该技术今后的推广应用。!背后注浆的作用和种类在盾构机脱出后,采用背后注浆技术具有以下2个方面的作用,即:!及时充填盾尾空隙,抑制天然土体变形,控制地面沉降,保证环境安全;增强隧道的防水能力,作为衬砌防水的第一道防线,提供长期、均质、稳定的防水功能;#可使外力作用均匀化,有利于管片衬砌三维位置的稳定;$作为隧道衬砌结构的加强层,提高其耐久性;%在采用泥水平衡盾构时,能够减少和抵制泥水回窜至盾尾及已建成的隧道外,从而控制隧道的上浮量,使隧道尽快达到稳定。背后注浆有两种形式,一是采用盾壳外表设置的注浆孔随盾构推进同步注浆;二是由
本文标题:对我国当前盾构施工技术存在问题的探讨
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