36-盾构浅覆土、立交掘进技术

3-2-36盾构浅覆土、立交掘进施工技术1．前言1.1盾构浅覆土、立交掘进施工概述目前，我国正处于大规模建设时期，基础设施，尤其是交通设施建设如火如荼。在城市中，以地铁为龙头的地下空间综合利用和建设，受既有建（构）筑物和有限空间的限制，出现了大量复杂线型（如小半径、大纵坡）或复合近接（小净距、下穿铁路、立交、叠交）的隧道工程。两线立交盾构隧道掘进时，后掘进隧道会引起地层的应力重分布（加载或卸载），并导致地层的移动，从而产生对先施工隧道的影响，这个影响与距离直接相关，与距离成反比。而两线立交时上部隧道覆土厚度经常小于1.0～1.5D(D为开挖外径)，多为浅覆土隧道。盾构浅覆土经常伴随立交掘进出现。1.2适用范围适用于软土地区土压平衡式盾构机浅覆土及立交掘进。2．盾构浅覆土、立交施工工艺2.1工艺流程图工艺流程如图2-1所示：已建隧道内注浆加固地表压重设置抗浮板已建隧道内设加劲肋初设盾构参数优化盾构施工参数监测先建隧道（沉降、位移、收敛、结构应力）先行盾构施工后行盾构施工降低对先建隧道的影响优化盾构参数浅覆土、两线立交施工完成加强螺栓复紧辅助措施为后行盾构施工提供有利条件监测（地面沉降、深层土体沉降、深层土体位移）方案研究及确定浅覆土、两线立交数值模拟分析工程调研后建隧道内注浆加固后建隧道内设加劲肋图2-1盾构浅覆土、立交掘进工艺流程图2.2盾构掘进顺序方案选择遵循先施工立交段下部隧道，后施工立交段上部隧道的方案。2.3地表辅助措施2.3.1地基加固1、地基加固类型及范围隧道顶覆土厚度小于0.6D（3.8m）的浅覆土地段须进行覆土措施处理，偏于安全取4m。采用深层搅拌加固，加固范围：横向为线路中线以外6m，竖向由地面至隧道底下3m，纵向为沿线路方向覆土厚度小于4m。2、地基加固要求地基加固后土体指标为：无侧限抗压强度qu≥0.8MPa，渗透系数K≤1×10-8cm/s。2.3.2地表压重在浅覆土段盾构掘进时对地表采用袋装钢渣压重，换算覆土厚度应≧1D，待满足覆土要求后方可通过盾构。隧道施工完成后，待洞内注浆浆液达到设计强度后，分期卸载上部压重，同时对隧道变形、隆起进行监测，并据监测结果调整卸载时间和卸载值。①地表压重计算（kg/m2）,该段土层平均比重为1850kg/m3，盾构直径为6.34m：W=1850（6.34-H）W：地表单位面积压重H：隧道覆土厚度②地表压重范围横向：以隧道中线为中心，左右两侧各6m，共宽12m。纵向：浅覆土段整段。2.3.3设置抗浮板为防止在浅覆土段盾构推进过程中盾构机抬头及考虑后期运营抗浮需要，在浅覆土段地表设混凝土抗浮板，板厚50～100cm，抗浮板两侧设φ600～φ800钻孔抗拔桩，桩长为板下20～30m，单桩抗拔力满足运营时隧道抗浮要求。具体参数应根据工程实际情况检算。抗浮板设置及地表压重如图2-2所示。图2-2抗浮板及地表压重示意图2.4隧道辅助措施2.4.1隧道管片壁后注浆加固1、已建隧道内注浆加固在上部隧道施工前，通过下部隧道内的预埋注浆孔对土体进行注浆加固，加强隧道两侧的土体强度，待达到一定强度后，才能施工上部隧道。其加固范围为管片壁后2m。2、上部隧道内注浆加固上部隧道每掘进完成5环，及时通过隧道内的预埋注浆孔对土体进行注浆加固。在立交段均为增设注浆孔管片，每环有16个注浆孔。其加固范围为管片壁后2m。两线立交加固如图2-3所示：图2-3两线立交注浆加固示意图2.4.2已建隧道内压重在立交段，上部隧道开挖后，下部隧道上方由于应力释放而使其失去原有的平衡状态，引起隧道及周围土体一定程度上的“回弹”。在上部隧道推进前，在下部隧道内采用袋装钢渣进行压重。压重范围：立交交叉点前后各15m，共30m。压重重量：5t/m压重时间：盾构开挖面前3环，上部隧道每推进一段，及时在下部隧道内压重一段。分期卸载：盾构通过立交段后，待洞内注浆加固土体达到设计强度后，分期卸载，根据监测数据，适时调整分期卸载重量以及卸载时间。2.4.3隧道内设纵向加劲肋1、已建隧道内设加劲肋针对上部隧道施工对已建下行线的影响，在下行线隧道靠近开挖面前20m，后20m，共40m范围管片设置加强肋。加强肋采用双拼[18a槽钢用钢板焊接成型，然后用螺栓将其与管片的预留注浆孔进行连接，从而将隧道纵向连接起来，以加强隧道纵向刚度。2、上部小曲线隧道内设加劲肋立交段上部隧道若位于小半径曲线上，隧道纵向位移较大，在上部隧道靠近开挖面后60m范围管片设置加强肋以增强隧道纵向刚度，控制其纵向位移。加强肋采用双拼[18a槽钢用钢板焊接成型，然后用螺栓将其与管片的预留注浆孔进行连接，从而将隧道纵向连接起来，以加强隧道纵向刚度。加劲肋部位及构造详见加强肋构造图1及加强肋构造图2。2.4.4加强螺栓复紧每环推进结束后，必须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下环推进时进行复紧，克服作用于管片推力产生的垂直分力，减少成环隧道浮动。2.5盾构施工参数选择1、掘进速度掘进速度：1～2cm/min。即避免因推力过大而引起的侧向压力的增大，又减小盾构推进过程中对周围土体的扰动。2、土仓压力土压力设定值：以开挖面前端土体略微隆起0.5～1.0mm为宜。其波动值控制在0.02MPa以内3、出土量控制盾构出土量为理论计算量的97%左右，同时视监测情况合理调整出土量。4、超挖超挖量：≤5‰。5、注浆参数同步注浆量：2.6～2.8m3/环，浆液稠度：9～11cm。二次洞内注浆频率：每掘进完成2环。每拼装两环即对后面两环管片进行复合早凝浆液二次压注，浆液配比采用：水泥:氯化钙:水玻璃＝30:1:1，水灰比为0.6。二次注浆压力控制在0.3Mpa以下；注浆流量控制在10～15L/min，注浆量约0.5m3/环。6、左右千斤顶行程差单环变化量25±5cm，当前量：≤20cm。2.6盾构及管片纠偏盾构掘进中，由下述方法保证盾构推进轨迹和隧道设计中心线的偏差在设计允许范围内。1、采用调整盾构千斤顶的组合来实现纠偏盾构共有22个千斤顶，按上、下、左、右四个扇形分布，推进千斤顶的油泵为变量泵，当盾构需要调整方向时，可通过比例阀调整四个区域的油压，来调节千斤顶的顶力。如盾构偏离设计轴线，而需纠偏时，可在偏离方向相反处，调低该区域千斤顶工作压力，造成两千斤顶的行程差，也可采用停开部分千斤顶方法，获得行程差。但这样易造成衬砌部分区域受力不匀，使管片损坏。盾构纠偏时，要使千斤顶各区域压力分布呈线性状态，如盾构要向右纠，除左区要较右区有一个较大的压力差外，上、下区域的压力也要适当，一般可取左、右区域压力的平均值。同理，如需上、下纠偏时，可造成上、下区域千斤顶的压力差。2、采用微量楔形料进行隧道管片纠偏在曲线段采用管片环面上粘贴楔形低压棉胶板的方法，使直线段管片成为微量楔形轴线和设计轴线拟合。石棉橡胶板的压缩率为12%，分段粘贴好的石棉橡胶板经推进过程中千斤顶压缩后，成一平整楔形环面。管片在制造中，会存在微小的误差（特别是环宽的误差），管片在拼装过程中也会产生误差，这些误差的积累和发展，会导致盾构虽未偏离设计轴线，但盾尾的管片变得越来越难拼装，测量管片的偏差，会发现管片中心线已呈偏离设计轴线的趋势，采取以下预防措施：a、在每一环管片拼装时，测量上一环管片与盾构内壳上、下、左、右各点的间隙，若各点间隙均在1cm以上，可视作管片轴线与盾构轴线拟合。若测得某点间隙小于1cm，则可视作管片已开始偏离盾构轴线，此时可用微量石棉橡胶楔形料进行纠偏，将最大楔形量贴于间隙小处的衬面上。b、一次最大楔形量不得大于5mm，若超过5mm，管片橡胶止水条的压缩量变小，会失去止水效果。所以在曲线段掘进时当安装楔形管片后仍需粘贴纠偏条时，应分数环粘贴，不应一环粘贴过厚。c、若最大楔形量为5mm（经压缩后为4.10mm）一次可纠偏斜率为千分之零点六六。测得管片与盾构的偏差斜率后，即可算得纠偏的环数。2.7监控量测及信息反馈2.7.1施工监测内容针对该区间隧道沿线的建（构）筑物及地下管线设施，结合盾构推进施工中引起地面沉降的机理和对已建好隧道可能造成的变形和具体情况，投入如下监测内容：（1）地表环境沉降监测地表沉降地下管线沉降建（构）筑物沉降（2）已建正线隧道变形监测已建隧道沉降监测已建隧道位移监测已建隧道收敛监测（3）在推隧道沉降监测2.7.2施工监测方法及点位布置（1）地面沉降、管线沉降：观测范围为盾构前20环，后30环。（2）建筑物沉降：对盾构推进切口附近方圆30m内涉及的建筑物进行监测。（3）在建隧道（环片）沉降：隧道沉降是伴随着施工过程进行的，沉降监测也因该同步进行。每次监测范围为新施工区段100环，前期已完成区段100环。（4）已建隧道变形观测：对盾构推进切口前20m、后30m内已建隧道进行监测。2.7.3监测技术要求及监测频率在监测工作中，监测精度应满足以下要求：（1）深层土体测斜误差≤1mm；（2）平面位移监测误差≤1mm；（3）沉降位移监测误差≤0.5mm；（4）压力测试误差≤10%；（5）分层沉降测量误差≤1mm。监测工作必须随施工需要实行跟踪服务，监测频率必须据施工需要调整，根据《上海地铁基坑施工规程》（SZ—08—2000）相关要求，监测工作自始至终要与施工进度相结合，监测频率与施工工况相一致，应根据施工的不同阶段，对影响范围内的监测对象，合理安排施工监测频率：（1）地面沉降、管线沉降：在区间隧道盾构出洞前布设监测点，测2次，取得稳定的测试数据，在盾构出洞后即开始监测，在盾构推进期间正常情况下2次/天，施工区域30～100米以远的已完成区段1次/周，1个月后且沉降速率小于3mm/周监测频率可根据工程需要随时调整，以满足保护环境的要求。（2）建筑物沉降：监测频率2次/天，及时了解建筑物的变化情况，在盾构穿越危房时要增加监测频率，根据沉降量及沉降速率及时调整监测频率，保证监测信息准确及时。（3）在建隧道（环片）沉降：测试频率为：距推进面100m范围内2次/周；距推进面100～200m范围，1次/15天；距推进面200m以外以完成隧道，连续2次本次沉降3mm，监测频率降为1次/月，否则1次/15天；隧道贯通后一个月一次，直至隧道初次结构验收。（4）已建隧道变形观测：监测频率1次/天，在变形值超报警时要增加监测频率，2次/天，根据沉降量及沉降速率及时调整监测频率，保证监测信息准确及时。2.7.4信息反馈与参数调整隧道施工时应加强监测工作，包括对先期施工隧道进行监测，监测资料应及时反馈，以根据监测资料及时调整掘进参数和注浆参数。3劳动力组织劳动力组织如表3-1所示：表3-1劳动力配置表盾构司机2起重工2电瓶车司机4电工3桁车司机2焊工3反挖司机2防水工4盾构维修人员3注浆工6测量工2碴土车司机6机修工4普工6合计49注：上表标准为软土地区的盾构配置，其他类型盾构则增加2～3名修理人员。4机具设备配置机具设备配置如表4-1所示：表4-1主要设备配置表机械设备名称型号规格数量备注土压平衡盾构机1套根据地质选取类型龙门吊32t/5t1台龙门吊16t1台根据场地需要电瓶机车18～25t直-交2台根据牵引负荷选取碴土车8～18m35～6台运浆车5～7m31台用于同步注浆运浆车5～7m31台用于改良直流充电机2台与蓄电池配套蓄电池组4组与电瓶车配套始发反力架承受推力800～1500t6台与地质、盾构有关移动始发托架承重400～500t6台与盾构配套砂浆搅拌机3m31台惰性浆液浆液搅拌系统25m3/h1台水泥砂浆通风机2×37KW1台密封运碴车15t以上4～6辆自卸汽车1辆潜水泵3～6台卷扬机5t2台卷扬机1t1台砂轮机1台台钻1台电焊机2～4台5质量控制要点5.1盾构推进参数的设定采用土压平衡式盾构掘进机施工，其原理主要是利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定。同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳，控制每次纠偏量不过大，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。同时根据推进速度、