小曲线半径盾构施工重难点及控制措施

时间：2024-08-31

中电建武汉建设管理有限公司湖北武汉 430000

地铁设计规范中线路平面最小曲线半径的取值标准为切入,指出曲线最小半径的取值和地铁线路的分类有关,认为其他行业对盾构隧道的最小半径取值标准规定未基于实际使用服役环境工况,预测未来城市复杂环境下地下管廊基础设施的规划、设计和建设不可避免面临更多的小半径曲线盾构隧道。结合工程实测数据,对小半径盾构隧道管片行为进行了分析,发现小半径曲线段盾构施工总推力与直线段存在明显差异,认为合理控制小半径曲线段施工管片所承受的不平衡推力、保证管片与围岩体之间开挖空隙的有效注浆填充及提高注浆体初凝强度应成为预防管片病害的关键性技术。

1 工程概况

某轨道交通盾构下穿降桥市场人行天桥为例。左线隧道与桩底竖向净距约1．0m,右线隧道与桩底竖向净距约0．6m,下穿地质条件为泥岩、粉砂质泥岩,且下穿段处于右转450m的小半径曲线上,施工风险极大。

2 施工难点分析

由调查显示,天桥为四跨等截面连续钢箱梁,天桥桥墩采用异形桥墩造型,主梁基础采用1．2m钻孔灌注桩,桩长14m,梯道基础则采用直径为0．8m的钻孔灌注桩,桩长10m。现场已经发现桥梁伸缩缝渗水严重,上部结构混凝土构件及墩台底部混凝土剥落严重,钢筋露出、锈蚀严重。右线隧道盾构穿越时距天桥桩基底部仅0．6m(刀盘约0．46m),且处于450m小半径的曲线上,如果盾构穿越过程中控制不当,那就有可能造成天桥发生不均匀沉降,导致天桥裂缝发育,危及天桥及盾构。

3 关键施工技术措施

3．1 超前控制措施

3．1．1 斜管注浆对天桥桩侧土体采用袖阀管进行斜管预注浆加固。注浆采用低压慢注,于桩基两侧对称同步注浆。根据现场周边管线情况布设袖阀管并调整埋设角度。注浆过程中对天桥及周边重要管线进行直接监测,严格控制注浆对天桥及管线的影响。

3．1．2 型钢支撑盾构穿越过程临时封闭天桥,对盾构下穿桥墩处采用型钢支架支托措施,型钢支架顶部安装千斤顶,如盾构穿越天桥时不均匀沉降超过5mm,应采用千斤顶于天桥支座处对桥梁主体进行顶升至不均匀沉降小于5mm,并在其支座处加人橡胶支座垫片。型钢支架待天桥桩基沉降稳定且结构确认安全后方可拆除。

3．1．3 特殊管片盾构掘进时,将在盾构隧道位于桥桩下方位置安装预制钢管片,为天桥的结构安全及盾构的顺利施工创造条件。

3．1．4 监控量测盾构掘进距离人行天桥桩基础20m前,即对人行天桥桩基础及周边土体进行持续监测。

1)施工全过程安排测量人员24h监测巡视。

2)沉降监测桥墩沉降监测点直接设置于桥墩上并进行保护,具体布置位置及数量由现场确定。

3)倾斜监测使用投影法计算倾斜角进行实时监测。

4)裂缝监测在监测建筑物上设置裂缝监测点,对裂缝使用布设铁皮的方法进行监测。

3．2 掘进过程控制

3．2．1 参数控制 1)严格控制盾构姿态,在盾构到达下穿天桥前10环内将姿态控制在适宜范围内。2)严格控制土仓土压,防治土体因超挖量过大造成的塌陷。3)控制驱动速度控制在30～40mm/min,刀盘转数1．2～1．6r/min。4)同步注浆压力小于0．3MPa,注浆量至少保证理论注浆量的120%～150%。

3．2．2 盾构姿态控制下穿人行天桥时,盾构处在右转450m小半径曲线段,为了确保隧道的最终控制轴线在技术规范允许的范围内的偏差,同时保证天桥的安全,提前将盾体前端水平姿态控制在＋10～30mm,前点姿态控制在－20～0mm。

4 参数现场施工控制措施

4．1 掘进参数为保安全快速的下穿天桥;根据以往掘进经验及该段的相关理论依据。盾构在实际掘进过程中,速度控制在驱动速度控制在30～40mm/min,推力控制在1200～1500t,刀盘转速控制在1．2～1．6r/min,扭矩控制在2600～3200k Nm,螺旋机的转速根据掘进速度与土仓压力的变化来控制;由于该段转弯半径较小,采用短行程多循环的掘进方法,也就是说,在推进过程中,每隔400～500mm适当收缩千斤顶,不但可以释放千斤顶与管片的不均匀应力,而且有助于调整盾构掘进的方向,同时水平油缸压力差值不宜过大,差值应不大于40bar,以避免推进时压力过大对管片造成损伤。

4．2 渣土改良盾构在掘进过程中向掌子面和土仓内适当注入泡沫剂能有效降低泥岩强度以利于开挖,降低了刀盘扭矩,减小了刀具磨损,同时减小了渣土透水性。发泡剂的使用量参数主要取决于3个参数:稀释液浓度(x)、发泡倍率(FER)和注入率(FIR),根据计算每环泡沫剂用量为48L。实际施工过程中根据出土的流塑性、刀盘扭矩、推力来调整泡沫剂的比值和注入量,实际用量约为60～70L/环。

4．3 出土量控制对出土量进行三控,即体积、重量、实测。1)体积根据土箱体积计算。2)重量根据龙门吊称重系统进行计算。3)实测根据天然状态下泥岩地质密度及每环加水量然后经过实测出渣土的密度反算出每环出土量是否与实际匹配来判断超挖并采取相应措施。掘进过程中可通过掘进300mm出渣0．7斗,每斗容积为17方来控制。

4．4 注浆控制根据下穿天桥处地质情况,在实际施工过程中,同步注浆方量按照理论注浆方量的130%～150%控制,即5．3～6．0m3/环,管片宽度1．5m。同时,在隧道与天桥桩基础交汇区及前后10m范围进行洞内二次注浆,充填管片背后的空腔。注浆过程中根据监控的数据反馈,实时调整注浆参数。