粉砂层地质中改换盾尾刷施工工法.docx
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粉砂层地质中改换盾尾刷施工工法
粉砂层地质中改换盾尾刷施工工法
1.前言
城市在修建地铁进程中，在砂性不良地质条件下进行盾构施工，常常会发生盾尾密封刷损坏造成密封不良的情形，由于盾尾密封损坏而引发的事故也时有发生。
国内针对盾尾密封损坏的情形要紧采取管片间隙填塞海绵条等填充物、增加盾尾密封油脂注入量及管片额外加贴防水材料等方式进行临时处置，此方式并非能从全然上较好的解决盾尾渗漏问题，给施工平安和施工质量埋下隐患，带来不良阻碍。
以前在广州、深圳等其他地铁施工进程中曾有过改换一道盾尾刷来解决盾尾密封损坏的案例，但是粉砂层这种不良的地质条件下，一次性改换两道盾尾刷的应用实践目前国内未见先例，缺少相关体会及参数。
天津城建隧道股分在南京地铁一号线南延线D1S-TA08标，胜太路站~百家湖站盾构区间施工进程中，为了解决盾尾渗漏问题，使盾构施工能够平安顺利完工，在地下粉砂层地质条件下成功改换了2道盾尾刷。
取得了“在粉砂层地质中改换盾尾刷技术研究与应用”这一国内领先的学术功效，同时，形成了粉砂层地质中改换盾尾刷施工工法。
由于在地下水封堵隔离、盾尾刷改换施工等方面技术先进、操作简单、投入相对较少，故有较高的的社会效益和经济效益。
2.工法特点
采纳在研究地质报告的基础上，分析盾构施工所出渣土的方式确信改换盾尾刷的位置，用相对简单直观的方式知足了施工要求。
通过对拼装机、管片尺寸等的计算，确信出改换盾尾刷时千斤顶的推动行程，在知足了拼装、拆卸管片施工要求的同时，也确保了施工的平安、质量及施工进度。
在隧道内要紧采纳注浆止水的方式并配合土仓注膨润土浆，盾构机壳体、盾尾周围注聚氨酯等方式进行地下水封堵隔离及盾构机周围土层的加固改良，知足了盾尾刷改换施工时的止水成效和施工平安的要求，节约了本钱。
利用盾尾刷改换施工技术能快速有效地完成盾尾刷改换，专门好的解决了盾尾渗漏问题，起到爱惜道路、管线和沿线既有建筑物的作用，减少了盾构施工对环境的阻碍。
3.适用范围
隧道区间较长、沿线建（构）筑物较多、砂性地层构造、富水条件下的盾构施工。
4.工艺原理
改换盾尾刷施工采纳地下盾构机内直接改换的施工方式，施工通过：
尾刷改换施工位置选择的确信；改换施工进程中千斤顶推动行程确信及管片拼装机臂的加长；盾构机周围地下水封堵隔离施工；改换盾尾刷施工4个步骤。
其中：
1）通过现场对盾构机所出渣土及地质报告的研究，确信盾尾刷改换施工位置，充分研究此位置需要水文地质情形，制定有针对性的技术方法，尽可能的知足盾尾刷改换施工的平安要求。
2）为了知足盾尾刷改换施工的要求，通过精心计算与研究盾构机设计图纸后，确信千斤顶的推动行程。
改换盾尾刷施工时，利用自制的拼装机加长臂拆卸管片，如此既能够暴露2道需要改换的盾尾刷，同时也可不能将第3道盾尾刷暴露。
3）依照粉砂层的地质情形，有针对性的采取注浆法（水泥-水玻璃双液浆）进行地下水的封堵隔离，并配合土仓注膨润土浆、盾构机机壳及盾尾附件注聚氨酯等方式，为盾尾刷的改换施工制造良好的施工条件，同时也为盾尾刷改换施工后盾构机的再次启动掘进做好了预备工作。
4）在确认注浆止水封堵成效后，开始进行盾尾刷的改换施工。
第一，利用拼装机加长臂拆卸掉需要盾尾刷位置的管片。
第二，清除此位置盾尾刷之间密封槽内的废油脂与浆液。
对盾尾刷进行检查，对磨损严峻的盾尾刷分段割除并改换；对磨损较轻只是被浆液固结的盾尾刷进行清理。
然后，对盾尾刷和盾尾刷之间的密封槽从头涂抹盾尾密封油脂。
最后，利用加长臂拼装管片，当所有管片拼装到位时，20个千斤顶同时加力,反复紧固整环所有螺栓。
5.施工工艺流程及操作要点
盾尾刷改换位置的选择
依照工程实际地质及工程条件，改换盾尾刷施工前需要重点分析盾构施工所出渣土，确信盾尾刷改换位置，要紧包括以下两个方面内容：
1）盾尾密封改换尽可能幸免在软土地层改换，因为在盾构机自重的作用下，容易发生垂头，一旦发生盾构机垂头就较难处置。
2）盾尾刷改换位置尽可能躲开地下水丰硕的区域。
盾尾刷改换时的千斤顶行程的确信及管片拼装机臂的加长
5.2.1盾尾刷改换时千斤顶行程的确信
本工法通过研究盾构机的尺寸，千斤顶的长度，3道盾尾刷的尺寸、位置，管片拼装机的作业距离及范围，来确信千斤顶推动行程及管片拆除拼装的方式。
针对不同厂家型号的盾构机，其千斤顶推动行程的计算结果将不同。
图5.2.1千斤顶推动位置示用意
5.2.2管片拼装机臂的加长
若是管片拼装机不能知足要求时，需要自制管片临时加长臂。
加长臂依照设备的结构和空间尺寸的具体情形进行有针对性的设计，充分考虑加长臂受力情形、刚度、尺寸等，不但要求其能保证轻巧方便拆、装管片，还要求其能知足做够的强度要求。
5.2.2拼装机加长臂示用意
地下水封堵隔离施工
5.3.1土仓注澎润土
为了避免加固的浆液流入刀盘及土仓将刀盘包裹住，从而阻碍盾构机的再次启动掘进施工，将盾构机土仓注入膨润土浆进行爱惜。
1）浆液配比
膨润土浆液的浆液比重为，膨润土配置比例为，澎润土:
水=:
1（重量比），膨润土浆液的注入要充沛、适量。
2）注入方式
从刀盘上部已有的注水孔向土仓注入膨润土浆，将土仓内水排斥出去，并在刀盘前形成爱惜层。
注入进程中当土仓注浆压力超过土仓压力时停止注浆，待压力减小后再继续注浆直到注满为止。
5.3.2盾构壳体背后注浆
1盾构壳体注聚氨酯
在盾构机前体、中体环向各开四个孔，装上球阀，注入水溶性聚氨脂。
避免管片背后补充注浆时，水泥浆将盾构机壳体裹死。
2盾尾背后注浆
在盾尾后2环管片背后注入水溶性聚氨酯注浆材料，注浆止水。
1）要紧施工材料：
水泥、水泥、水溶性聚氨酯注浆材料、早强剂、注浆铝管等。
2）施工方式及技术要求
对盾尾后2环管片进行钻孔，共布3排孔，孔位需躲开管片钢筋，3排孔均采纳直孔，孔深切围岩20cm，孔径32～36mm，孔距60cm，呈梅花型布孔，所有注浆孔均躲开管片拼缝布置。
如以下图所示:
图5.3.2孔位布置示用意
每一个注浆孔钻孔完成后，当即采纳早强水泥或其他方法对该孔进行封锁埋管处置，并在注浆管口安装闭水闸阀。
当钻孔遇大水时，即对该注浆孔进行水溶性聚氨酯注浆，性能见表5.3.2。
注浆压力为MPa，水溶性聚氨酯注浆终止后，反压进行水泥注浆。
表5.3.2性能表
序号
性能
单位
指标
1
比重
g/cm3
~
2
黏度
25℃，60rpm
50~150
3
与水混合比
g/cm3
1/1~1/12
4
硬化泡体密度
g/cm3
~1
5
膨胀度
倍数
1~12
6
混合时间
与80%水混合，秒
10~30
7
硬化时间
与80%水混合，秒
100~120
8
操作温度
℃
10~40
9
PH值
~
当钻孔遇滴水、线流水时，对该注浆孔进行水泥稳固性浆液注浆。
水泥注浆压力：
第1、2排为,第3排为。
3排第一次均注入水渗性聚氨酯，假设地下水压力较大，可适当补充注入水泥浆，确保封堵成效。
注浆顺序：
第一进行第1排注浆孔的布孔和注浆施工。
终止后，再进行第2排、第3排注浆孔的布孔和注浆施工。
注浆完成后,进行封孔施工，封孔采纳与原注浆孔漏水堵漏相同方式进行，沿孔壁涂刷EAA环氧界面剂，埋管、用与管片同标号水泥添加速凝剂封锁，初凝后注入EAA环氧浆，待凝3～5天后拆管，进行管片饰面修复。
5.3.3盾尾背后管片二次注浆
盾尾刷改换施工前需对盾尾刷后部4～16环的管片进行管片壁后二次注入水泥-水玻璃双液浆，将管片与地层之间的流水通道完全封死。
1二次注双液浆的施工方式
施工要点:
1）注浆孔应从管片设在拱顶的手孔开始注浆，然后对称逐个对环向的各个手孔注浆，直到底部管片相应位置。
2）注浆孔起始位置宜设在盾尾后第4环管环处；
3）浆液的凝固时刻操纵在10s左右；
4）注浆时要操纵好注浆压力和注浆量。
经详细分析计算，注浆压力操纵在0.2～0.5MPa。
配比为水泥浆:
水玻璃=10:
1（体积比），水泥浆配比为水泥:
水=:
1～1:
1（重量比），初凝时刻操纵在10s左右，注浆量以无法继续注入为操纵标准。
2注浆操作
1）依照掘进位置的水土压设定注浆泵的终注压力优先，注浆量由该孔的可注性来确信。
注浆压力小时，注浆泵自动快速注浆，当接近终注压力时，泵慢速注浆至自动停注（一样不等到自动停注前而人为停注）。
2）双液注浆的混合接头为特制加工的，如以下图。
图5.3.3双液注浆头及注浆管路
4）注浆前应将至少一环的注浆材料备足待用，注浆管路连接好后应检查其牢固性。
假设手孔打开后有水大量流出，需在周围另开一个手孔放水。
5）一样操作需要3人，1个制浆工，1个注浆工，1个注浆操纵手。
6）每注完一个孔，必需及时清理浆液混合器的各条管道，确保管道畅通。
注浆完成后，应付手孔进行认真封堵。
粉砂层地质中盾尾刷改换施工技术
5.4.1盾尾密封刷改换施工前预备工作
1）在施工前需对盾构机整体设备运转情形进行检查；对盾尾刷改换施工进程中所利用的设备进行检查。
2）在注浆完成后，需对注浆止水成效进行检查,通过对倒数第二、3环管片进行开孔检查，确信无水后方可实施盾尾刷改换施工。
3）在拆除管片前，对倒数第2~20环管片的螺栓必需进行复紧并确认成效。
4）螺栓复紧后，倒数第2、3环管片必需做好内支撑。
支撑如以下图
图5.4.1管片内支撑支架示用意
5.4.2管片拆卸与盾尾刷改换顺序介绍
在上述的预备工作完毕后，即可进行盾尾密封刷改换。
下面以改换盾尾刷时，管片封顶块K块位于管环1点位置为例进行说明，具体改换进程见以下图。
此图是盾尾密封改换以封顶块K块管片位于1点为例进行说明的。
另外，改换顺序能够依照K→C→B→A1→A2→A3管片顺时针方向进行,也能够依照K→C→A3→A2→A1→B管片逆时针方向进行。
图5.4.2盾尾刷改换顺序示用意
5.4.3盾尾密封刷改换施工
1）当千斤顶推动到位后，采纳拼装机加长臂将压盖在内侧两道盾尾密封刷上的管片进行拆除，拆除时先拆除封顶快，检查盾尾处是不是渗漏水，如仍有漏水那么需要补注浆并在渗漏处用硬质海绵填塞堵漏，必要时采纳发泡聚氨酯进行堵漏。
当盾尾不漏水时，再拆除相邻块，并及时检修改换盾尾密封刷。
2）当管片拆除并确认无不良渗漏情形后，开始清除盾尾刷之间密封槽内的废油脂与浆液。
对盾尾刷进行检查，对磨损严峻没有利用价值的盾尾刷直接割除，并对割除区域进行磨光处置。
对磨损较轻只是被浆液固结的盾尾刷进行清理，清理时采纳钢筋钩梳理盾尾刷，盾尾刷清理要完全。
割除的部份要从头焊接新的盾尾刷，焊接质量要求相邻盾尾刷之间的间距不大于3mm。
3）对盾尾刷和盾尾刷之间的密封槽从头涂抹盾尾密封油脂。
量测盾尾周围间隙并记录，制做尾盾上加焊盾尾间隙支撑钢条，钢条对管片起到支撑作用，幸免管片下落到盾壳上，使管片与上一环维持相同的盾尾间隙，确保新安装环与上一环同心。
4）利用加长臂增加拼装机作业距离并拼装管片，当整环管片全数拼装到位时，20个千斤顶同时加力，以便两环管片接触紧密,反复紧固整环所有螺栓。
管片安装到位后，要用盾尾油脂泵泵送盾尾密封油脂，填充人工涂抹不密实的盾尾刷凹槽和盾尾刷。
可设置盾尾油脂泵的工作压力,达到设定压力值后方可停止。
恢复正常推动，焊接的支撑钢板脱出管片后，进行割除。
5.4.4盾尾刷改换期间地表变形观测
确保施工进程中平安的关键是全进程监测隧道及周边建（构）筑物的转变情形，及时测量各要紧监测项目的动态数值，并与分析计算值进行比较，及时反馈指导设计和施工。
地表沉降，建构筑物、管线沉降、拱顶沉降等在改换盾尾刷施工期间增加监测频次。
6.材料与设备
1）进行盾尾刷改换施工要紧的施工材料包括：
气割、电焊条、新的盾尾刷、聚氨酯，和填充盾尾间隙和盾尾刷间的人工手涂盾尾密封油脂等。
2）盾尾刷改换施工所利用到的设备要紧包括：
拼装机加长臂、螺栓扳手、电焊机、应急注聚氨酯用的注浆泵、及小风机等。
采纳的机具设备见下表。
表6机具设备表
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
用途
1
钻机
台
3
开孔
2
手拉葫芦
st
台
2
拆卸管片
3
聚氨酯泵
台
2
注聚氨酯
4
注浆泵
台
2
注浆止水
5
小通风机
台
4
通风
6
气保焊机
KR-500S
台
2
焊接盾尾刷
7
气割
台
2
割除废尾刷
7.质量操纵
盾尾刷改换施工质量依照GB50446-2020《盾构法隧道施工及验收标准》执行。
8.平安方法
认真贯彻“平安第一，预防为主”的方针，依照国家有关规定、条例，结合施工单位实际情形和工程的具体特点，组成专职平安员和班组兼职平安员和工地平安用电负责人参加的平安生产治理网络，执行平安生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的平安生产。
施工现场按符合防火、防触电等平安规定及平安施工要求进行布置，并完善布置各类平安标识。
制定应急预案及应急方法，成立完善的施工平安保证组织体系，增强施工作业中的平安检查，确保作业标准化、标准化。
9.环保方法
成立对应的施工环境卫生治理机构，在工程施工进程中严格遵守国家和地址政府下发的有关环境爱惜的法律、法规和规章，增强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的操纵和治理，遵守有防火及废弃物处置的规章制度，做好交通环境疏导，充分知足便民要求，认真同意城市交通治理，随时同意相关单位的监督检查。
设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处置，从全然上避免施工废浆乱流。
按期清运渣土及其它工程材料运输进程中的防散落与沿途污染方法，废水除按环境卫生指标进行处置达标外，并按本地环保要求的指定地址排放。
弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地址和方案进行合理堆放和处治。
10.效益分析
本工法通过对在粉砂地层中改换盾尾刷技术研究与应用，认真总结并分析了该项技术及其所涵盖的相关内容，将这一技术与工程实施紧密结合在一路，通过施工中采取适当的技术方法、合理确信施工参数，采取有效的施工方法，解决了盾构在长距离全断面砂层地质中盾尾刷改换难题，节约了资金投入，制造了良好的经济效益与社会效益。
11.应用实例
本工法应用于南京地铁一号线南延线TA08标胜太路站~百家湖站盾构区间，该TA08标土建工程位于南京市江宁区，包括胜太路站、河定桥站～胜太路站～百家湖站～盾构井三段盾构区间工程，系一站三区间。
盾构区间左右线全长约单线延米，均为单圆盾构隧道。
隧道管片外经，内径，长度；管片采纳错缝拼装形式。
其中胜太路站～百家湖站区间从胜太路站南端向南穿行，经西侧凤凰园广场后过渡到百家湖站北端。
左右线全长约单线延米。
区间线路设计有两段1500m半径曲线，区间线路纵坡设计为“V”型坡，区间最大覆土约，最小覆土约。
由于胜太路站~百家湖站区间盾构施工穿越地层状况不良，粉砂层地质对盾尾刷的损坏很严峻。
在此区间掘进进程中频繁发生盾尾漏水、漏浆、乃至漏砂事件。
考虑到此区间段后面还要碰到全断面的粉土和粉砂地层，漏水、漏砂的危险性更大；同时此区间将侧穿百家湖及穿越凤凰广场。
为了更好的保证隧道施工质量，保证地面建构筑物的沉降操纵到设计及标准要求范围内，保证隧道及施工人员的平安，最终在粉砂层地质条件下进行了盾尾刷的改换施工。
图11盾尾刷改换施工图像资料
通过对改换盾尾刷期间地表沉降值得分析，盾构机再次启动进行掘进的观看，充分说明盾尾刷改换施工期间，地下水封堵隔离方式取得理想的成效，盾尾刷改换施工平安顺利，未对地面沉降造成进一步的不良阻碍。
而且盾尾刷改换后完全解决了盾尾渗漏问题，为胜太路~百家湖盾构区间的顺利贯通起到良好作用。
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