图文详解盾构法隧道施工全套技术(4)(史上最全)

③密封舱内砂土积聚，切削推进困难土压平衡式盾构穿越砂性土地层时，若砂土中含有少量粘粒，则在盾构密封舱内的压力较高时，渣土往往无法顺利排出，在这样的情况下如果继续强行推进，那么密封舱内的砂粒失水固结越压越紧，将会使千斤顶的顶推力增加，刀盘的扭矩变大盾构无法正常推进，甚至会使刀具损伤，主轴承断裂，盾构严重损伤。上海地铁明珠二期I临平路—溧阳路区间盾构隧道，在粉砂地层中施工，盾构推进时遇到这个问题，密封舱的闭塞密封舱内压力失控、扭矩变大、盾构推进困难，同时还引起较大的地层位移和地表沉降。密封舱闭塞问题产生原因：土压平衡式盾构在砂性土层中掘进时，密封舱压力较在粘性土中掘进时高。含有少量粘粒的砂性土经刀盘切削进入密封舱后，由于砂性土本身具有较大的内摩擦力，加上少量粘粒所提供的粘结力，使得渣土在较高的密封舱压力作用下，发生应力重分布，在螺旋出土器的进出口附近容易产生拱作用，拱外渣土无法进入出土器，造成密封舱闭塞。消除密封舱闭塞现象的关键在于消除压力拱，参照普氏理论，压力拱形成的一个重要原因就是松散体之间存在较大摩擦力和粘结力，因而应当从降低渣土的内摩擦角着手考虑。④舱内泥砂“结饼”当土压平衡式盾构在粘聚力和内摩擦角都比较大的土层中施工时，在密封舱内，主轴承附近的土体往往会排水固结，形成饼状，若不及时采取措施，结饼的范围将不断的扩大，最终充满整个密封舱，使得刀盘扭矩增大、切削困难甚至无法进行。2002年，深圳地铁一期工程就遇到了这样的问题，最后不得不停止推进，打开密封舱人工处理，由此引起了临近建筑物沉降，地表塌陷，对工程的影响巨大。密封舱结饼现象问题产生原因：在砾质粘性土等同时具有较大的粘聚力和内摩擦角的土层中进行盾构掘进时，由于刀盘转动较慢，密封舱中的土体受到的搅拌作用的影响由周边向中间递减，在密封舱主轴处的土体基本上只受到沿盾构轴向的压力，在此荷载下，渣土中的孔隙水排出，发生固结，形成泥饼。若不及时处理，泥饼将向周边不断扩大直至充满整个密封舱。与密封舱闭塞现象相似，引起结饼现象的关键在于砾质粘性土本身所具有的较大的粘聚力和内摩擦角，如何降低渣土的粘聚力和内摩擦角是解决结饼问题的核心。⑤排土口喷涌，污染盾构作业面通常情况下，在螺旋出土器的出口处，所排出的渣土中的水的压力为零，渣土在自重作用下落入传输带，然而在渗透性较大的砂性土中施工时，密封舱和排土器内的土体不能完全有效地抵抗开挖面上较高的水压力，会在螺旋出土器的口部产生喷涌。采用土压平衡式盾构施工的深圳地铁曾经遇到过这样的问题，广州地铁施工中也出现过因为喷涌而严重影响施工工期的情况。喷涌发生问题产生原因：盾构正面的砂土中的水头压力所产生的向螺旋出土器出口的渗流力经过密封舱以及螺旋出土器过程的水头损失，还会在螺旋出土器的出口产生喷涌。喷涌发生的主体是强度较低的扰动土，发生路径是筒状的螺旋出土器，而且土体本身处于运动中，只是由于运动的速度和压力失控发生的现象。喷涌发生的关键是砂性土具有良好的渗透性，不能对流经的水造成较大的水头损失。管片分类•管片宽度为1.2m，厚度为350mm；•隧道拼装形式一般分为以下三种：•1、通缝拼装；•2、错缝拼装；•管片类型：•钢管片•钢筋混凝土管片技术名词解释管片端头──每块管片的二个纵向端面；张角──两块管片端面接头缝在径向向外张开称外张角，反之称内张角；喇叭──两块管片端面接头缝在纵向向推进方向张开叫前喇叭，反之称后喇叭；踏步──前后两环管片内弧面的不平整度；纵向螺栓──环与环之间的连接螺栓；环向螺栓──同一环管片块与块之间的连接螺栓；端肋──管片中每块管片两端头的肋板；环肋──管片环向的肋板；纵肋──管片在纵向的加劲肋；椭圆度──圆环垂直、水平两直径之差值；超前──指圆环环面与推进设计轴线垂直度的误差，有上、下超前和左、右超前之分。管片成环后的尺寸•隧道管片成环后，其管片外径为6200mm，内径为5500mm；（指单圆隧道，盾构直径为6340mm）管片外径(6200)盾壳(6340)管片内径(5500)•管片进场必须对其进行验收，保证管片质量，对管片的生产日期和养护期、合格证进行校对•管片吊卸必须小心轻放，防止管片被撞坏，影响管片的质量管片进场验收•管片堆放时，管片与管片之间必须防止枕木，防止管片受力不均，使管片产生裂缝•管片的堆放高度不得高于3块管片的高度管片防雨设施•管片堆场放置移动遮雨棚；•可以在雨天中用来遮雨，并在雨天中可进行管片涂料工作移动遮雨棚1-4管片遮盖防雨油布•在下雨天中，用油布遮盖管片，对管片的止水带起保护作用；•止水带遇水膨胀，失去止水作用；防水橡胶膨胀止水带的制作止水带制作包角粘子管片的垂直运输•管片依靠32T行车的吊运进行垂直运输，吊运至井下•使管片平稳的堆放在电机车托运的平板车上水平运输•管片水平运输靠电机车进行水平运输；•运输至车架内，井下施工人员使用车架内的单、双轨梁对管片进行调运、安放；管片运输车双轨梁运输管片同步注浆拌浆作业•盾构机在推进时，必须压注同步注浆浆液，控制地面的沉降；•管片与盾构间的建筑间隙，由单液浆对其进行有效的填充，减小盾构推进时对地面管线、建筑物的影响。•并进行浆液稠度测试，测试值为9～11。•单液浆的材料：•1、黄砂•2、水泥•3、粉煤灰•4、膨润土•5、水稠度仪拌浆间同步注浆的作用•同步注浆可以对管片的环与环之间的高差进行有效的控制，以免管片推出盾尾后管片下沉或上浮量过大，引起管片碎裂。•如图所示盾壳管片建筑间隙盾构同步注浆孔位置•盾构注浆孔一般分为6个注浆点，可以随时根据管片姿态与盾构姿态对盾构的注浆点进行更换。•如图所示######管片拼装形式•一般分为三种：1、为通缝拼装；2、错缝拼装；通缝拼装隧道错缝拼装隧道管片拼装的特点•通缝拼装：各环管片的纵缝对齐的拼装方法，这种拼装方法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易穿进，拼装施工应力小，但容易产生环面不平，并有较大累计误差，导致环向螺栓很难穿进，环缝压密量不够。•错缝拼装：错缝拼装即前后环管片的纵缝错开拼装，一般错开1/2～1/3块管片弧长，用此法建造的隧道整体性好，拼装施工应力大，纵向穿螺栓困难，纵缝压密差。但环面较平正，穿环向螺栓比较容易。成环隧道的直径`•成环管片外径为Ø6200mm；•成环管片的内径为Ø5500mm；•管片拼装成环一共由6块管片组成：1块落底块D块、2块标准块B1、B2块、2块邻接块L1、L2块、1块封顶块F块。•如右图所示•红色为外径；•蓝色为内径；管片内径管片外径管片拼装顺序•管片拼装顺序一般为：先下后上的拼装顺序；•第一步：拼装落底块D块；•第二步：拼装标准块B1、B2，左右交叉；•第三步：拼装邻接块L1、L2左右交叉；第四步：拼装封顶块F，纵向插入；成环后管片位置拼装落底块拼装邻接块拼装标准块拼装封顶块管片拼装顺序示意图第一步第二步第四步第三步拼装前的准备•管片拼装前，盾尾夹仓必须清理干净，里面不能有管片碎裂或小石块，以免使落底块拼装时，无法使其与上一环管片环面相平；•管片拼装时，检查管片的止水带有无脱落的现象，以免在管片拼装时翻到槽外，使与前一环的环面不密贴，引起管片的渗漏水现象；•检查管片的环面是否平整，如果不平整，应用及时采用黏贴楔子，对其进行管片的纠偏；•一般楔子的厚度分为种：1mm、2mm、3mm；楔子的黏贴量一般最厚为6mm，并且在黏贴时在膨胀止水带上多黏贴一条红色止水条，楔子的黏贴一般以阶梯式进行黏贴，楔子的黏贴不易过厚，以免使管片产生裂缝，影响隧道质量；封顶块F块的拼装•拼装封顶块F块，为纵向插入式；•在其左右两侧涂刷润滑剂，使在插入时不会过紧，使止水带向外逃出，影响下一环管片的拼装；止水带外逃直接影响下一环管片在拼装时管片邻接块L1、L2两角部容易碎裂，并引起管片渗漏水；管片成环后管片超前量的制作管片的超前量直接控制着整条隧道的质量，管片的超前量一般由井下测量人员使用垂线对其进行垂吊，并计算出管片的超前量;施工队按照管片的实际超前量与设计超前量并与盾构机现在的盾构姿态，对管片的超前量做出相应的调整；如果实际管片的超前量比设计超前量过多，并且落低块已经与盾壳相碰，那么此时应对管片做下超，相反为上超，如果管片标准块B1与盾壳相碰或间隙过小，那么管片应做右超，相反为左超。如果管片的楔子不及时跟上，会引起在盾构推进时管片外弧被盾壳拉坏，引起管片的渗漏水。管片超前量的制作•施工队根据隧道的设计轴线、管片的设计超前量、盾构目前的盾构姿态与井下实测管片的超前量相比较，制定出下一步管片楔子的粘贴量；•并由管片涂料人员按照施工队的要求，并按照楔子粘贴示意图进行粘贴楔子；下超前向下踏步(右)向上踏步(左)上超前纵向错缝环向错缝纵、环向错缝•管片的超前量是非常重要的，它控制着整条隧道的质量；•管片超前量由井下测量人员对其进行测量计算；•使用5.5m的锤球对管片的超前量进行垂吊；•管片的环面垂直于设计轴线；管片超前量的测量垂球垂吊位置量测位置管片超前量示意图•1、当隧道管片高程处于超标时，隧道管片就利用楔子对管片高程进行相应的调整；•2、管片的高程、平面标准为±5mm，超出±5mm为超标；•3、楔子的粘贴制作以阶梯式进行粘贴，使管片拼装后，在推进时，所受到的顶力均匀，不宜出现裂缝或渗漏水现象；管片超前量示意图管片的超前量示意图上超6mm下超6mm管片超前量示意图右超6mm左超6mm管片环面错位纠偏•对于管片十字缝错位，将采用楔子对其进行环面纠偏；•楔子的厚度一般为3mm、2mm、1mm；十字缝错缝管片环面的状态主要有以下几种：下超前（右超前）向下踏步(右)上超前（左超前）向上踏步(左)纵向错缝环向错缝纵、环向错缝环面不平或纵缝前后喇叭前喇叭后喇叭推进方向千斤顶封顶块前突楔子粘贴•管片十字缝错位纠偏应把楔子粘贴于管片的侧面，根据十字缝错位的大小，进行调整楔子的粘贴量和粘贴部位；防止管片拼装成环后出现喇叭口楔子粘贴后楔子未粘贴楔子的特性•一般楔子的厚度分为种：1mm、2mm、3mm；•楔子的粘贴量一般最厚为6mm，并且在粘贴时在膨胀止水带上多粘贴一条红色止水条，楔子的粘贴一般以阶梯式进行制作，楔子的粘贴不易过厚，以免使管片受力后，因受力不均匀而产生裂缝，影响隧道质量；胶粘剂楔子楔子粘贴盾构开舱作业•应建立完善的开舱控制程序，严格开舱管理，确保开舱施工安全。•开舱管理应遵循下列原则：（1）合理制定开舱里程、地层预处理方案等开舱计划；（2）开舱条件应安全、可靠；（3）尽可能减少对地面环境影响；（4）开舱作业应连续，快进、快出。•开舱程序控制为使开舱作业有序地进行，应制定开舱作业程序，并建立相应的签认制度。（1）开舱准备工作确认为保证开舱作业的连续、快速，必须做好充分的准备，准备工作包括预计更换刀具准备、开舱作业工具准备、洞内风水电准备等。准备工作由专人负责，完成后由相关工程师确认，机电总工程师审核；（2）开舱位置确定根据开舱计划，必须在盾构到达既定里程后方可进行开舱作业。开舱位置由土木工程师确认，土木总工程师审核。通过签认后即可打开舱门；（3）工程地质确认开舱后先按要求对土舱进行冷却与空气置换，然后由有经验的地质工程师判断工作面的地质条件，仔细观察后签署意见，并由土木总工程师进行审核确认。确认安全后其他人员方可进入土舱执行下一步作业；（4）刀具检查与处理方案确定由具有刀具管理经验的机械工程师对刀具进行检查，做好记录，并由机电总工程师进行审核确认，制定刀具处理方案。由土木工程师对工作面稳定情况进行进一步判断后，决定是否可进行既定方案的刀具处理施工。进行刀具处理的过程中，必须有一名土木工程师不间断地对工作面稳定情况进行观察；（5）刀盘清理及舱门关闭确认刀具处理完毕关闭舱门前对土舱及刀盘前方进行全面的检查，避免工具、杂物遗留在内。检查完毕由当班班长签认，负责机械工程师确认，确认后关闭舱门，舱门关闭情况由负责机械工程师确认，机电总工程师审核。完成后及时恢复掘进施工。•安全保障措施与安全事故抢救（1）开舱安全保障措施开舱作业必须在既定的位置进行，如果因施工需要必须在其他位置进行开舱作业时，必须充分分析并报业主及监理同意后，由项