盾构机始发施工技术总结.docx
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盾构机始发施工技术总结
区间盾构机始发、始发段施工技术总结
一、盾构机始发必备条件及细节
二、盾构机始发地面设备及细节安排
三、始发掘进盾构机各项参数确定
四、始发段掘进(软土)各项参数确定
五、始发段注浆及外加剂使用
六、盾构机出加固体后洞门封堵情况
七、始发段管片拼装效果
八、始发段中线标高控制技术
九、盾构机始发总体评价
一、盾构机始发必备条件及细节
通常来讲,盾构机正常始发必须具备下列11项条件。
1、盾构始发的车站工作井强度达到设计要求,盾构始发的隧道洞口中线、标高经过复核无误。
2、盾构始发掘进方案已经上报并审批。
3、测量、监控量测方案已经上报并审批。
4、工作井下测量控制点已经复核无误,可以指导掘进。
5、端头加固完成并经过三个月的固结,检测报告合格,同时符合设计要求。
6、洞门水平探孔根据情况可钻3~4m深,无流水渗出,洞门砼或桩已经凿除。
7、始发架、反力架完全经经计算强度、刚度符合要求,并正确安装到位。
8、始发前技术培训,安全技术培训,书面工作指令和技术交底完善。
9、盾构始发各工序人员组织合理,盾构机经过调试各项功能健全,盾构始发所需各项材料到场并经过材料检测。
10、盾构始发需要编制专项应急预案并备好应急物资。
11、相关的配套设施完备。
在完善以上工作后,还有具体细节也缺一不可,主要有下列问题。
1、车站通往井下的人行钢梯要安装牢固,踏步距离、高度合理。
2、洞门橡胶帘布及折页钢板安装完成。
如图。
3、工作井负环安装完成,钢丝绳拴紧、负环固定防倾侧。
如图。
4、地面监控量测布置点收取初始数据。
始发架/洞门水平探孔无流水防水橡胶帘布/折页钢板
二、盾构机始发地面设备及细节安排
盾构机主体安装和调试需要专业人员操作,新机完成此项工作大概要40天时间。
与此同时,相匹配的其他设备可以平行安装调试。
如地面搅拌站、龙门吊、电瓶车及充电设施、出碴池、管片堆放场地等。
盾构机主体长7.8m
盾构机开口率28%,总功率达1110Kw,中盾与盾尾采用铰接方式,刀盘直径6420㎜,前盾直径6390㎜,最小曲线半径350m,VMT测量系统。
用于8小时凝固的砂浆配合比如下:
8小时凝固水泥砂浆理论配合比(每立方用量Kg)
水
水泥
砂
粉煤灰
膨润土
540
80
480
600
50
另外场地尚需合理安排污水沉淀池,以便于排放到市政管道为原则;电力线路布置,以整齐安全规范为原则;管片运输便道以通行顺畅、结实耐用为原则;材料库房可随高就低,注重防火防潮为原则;井口翻牌以操作方便、一目了然为原则。
三、始发掘进盾构机各项参数确定
1、盾构推力的确定
盾构的推力主要由盾构与地层之间的摩擦阻力F1、刀盘正面土压力F2、盾尾密封与管片之间的摩擦阻力3部分组成,其它还有变向阻力、切口环前端的贯人阻力、后方台车的牵引阻力等。
F1=πDLc
F2=πD2Pd/4
F3=πDμc
式中:
D为盾构机外径,L为盾构机长度,c为松弛土的粘着力,Pd为刀盘中心处侧向土压力,μc。
为每米管片长度摩擦阻力(经验值)。
盾构在施工中经常需要纠偏、转向,因此盾构的推力实际上要比计算出来的大,盾构实际配备的推力约为计算值的1.5倍。
还有一种计算总推力的经验公式,现场比较实用。
F=απ/4D2
式中:
α为推力系数,取110。
此经验公式经过实践和查阅相关资料,感觉只有处于Ⅱ、Ⅲ类围岩中是可行的,处于Ⅳ、Ⅴ类围岩中要乘以1.1~1.2系数。
盾构机在推进左线加固体时,按照经验公式计算得出推力。
F=απ/4D2=110*3.14/4*6.39*2=1103T即11030KN
考虑到反力架受力极限为8000KN,故加固体推力不大于8000KN,推时速度平均在10mm以内。
2、刀盘中心处主动土压力计算
按照库仑主动土压力计算公式,
Pa=1/2γHKa
Pa---单位Kpa
γ---填土的重度,KN/m3
H---计算点的深度,mβε
Ka---主动土压力系数,查下表提取数据
同时考虑停机时压力水头差的存在,地下水压也需计算在内
σ刀盘前=q×γh
q-----根据地层渗透系数确定的经验数据,砂土q=0.5~1.0,粘性土q=0.1~0.5,风化岩层q=0~0.5,γ-----水的容重,h-----地下水位距刀盘顶部的高度。
施工土压力的设定一般遵循以下原则:
A、土仓内的土压力应可以维持刀盘前方的围岩稳定,不能因土压过低造成掌子面失稳、水土流失;
B、土仓内的土压应尽可能低,以降低掘进推力和扭矩,提高速度,降低土体对刀具的磨损。
3、岔路口左线加固体参数确定
加固体纵向长度约9m,加固后围岩强度达2Mpa,取芯呈干燥状,无地下水渗入。
根据经验公式的计算,同时参考了类似工程的施工经验。
在推进时推力不能大于800T,以免反力架受损变形。
后附“工作指令”详细列出了各项参数并注意事项。
四、始发段掘进(软土)各项参数确定
推进9米后盾尾离开加固体,刀盘开始进入软土地层掘进。
区间所穿越的围岩为②-3b2-3软塑状粉质粘土,颜色灰色---灰黄色,软---可塑,饱和,中压缩性,隧道顶上为淤泥质粉质粘土。
拱顶上覆土厚度9m~11m,地面为交通繁华的双龙大道。
软土地层的特点,围岩自立性差,含水量大,对盾构机压力变化反应灵敏,盾构通过后围岩收敛较快。
推力:
600~700T,扭矩:
1800~2000KNM,速度:
20~30mm/min,土仓压力:
1.5~1.8Bar,注浆量:
4.0m3,注浆压力:
2.5~3.0Bar,刀盘转速:
转速宜慢,控制在1.0~1.5rpm/min。
几个注意事项:
1、软土地层,盾构机通过后必须及时注浆,注浆量饱满,开挖直径6420mm,管片外径6200,如果浆液不能及时补充开挖后管片与围岩之间的空隙,软弱围岩会收敛贴在盾构机外壁上,造成后果有二个,一是管片不稳定,上下左右四个方向偏移;二是地层下沉甚至地表下沉较大。
2、掘进姿态控制困难,盾构机主体重达260T,因自身重量在软弱地层中有向下沉的趋势,所以掘进时盾构机要有向上抬头的富余量,根据推进的经验认为考虑+30mm是可行的,即盾构机始终保持在+30的数据上,管片脱出盾尾后稍有下沉正好落在设计标高上。
3、密切注视并认真记录每环出碴量,发生异常时分析原因。
土仓压力调整在稍大于土体主动土压力,推进时前方土体稍有隆起,可以有2~3mm隆起,盾尾通过后回落,地面下沉量在3~5mm,效果较好。
五、始发段注浆及外加剂使用
盾构施工主要使用泡沫剂和膨润土,泡沫剂可以打入刀盘前面、土仓内、螺旋输送机内;膨润土可以打入注浆管内,也可以打入土仓内。
使用泡沫剂的作用主要有下列四点。
1、改良土体,增加围岩的和易性,使出碴顺畅。
2、降低刀具与碴土的磨损,降低出碴系统的磨损。
3、使土仓内压力更均匀,更好保持与地下水土的平衡。
4、降低了土仓内碴土结泥饼的可能性,降低机体温度。
使用膨润土的作用主要有下列四点。
1、在注浆完毕后,在注浆管路注入少量膨润土,可以起到排除干净管内水泥浆液的作用,防止水泥凝固后堵管。
2、在盾尾附近注双液浆前,通过注浆管路打入部分膨润土,使注浆管口与围岩接触部位存在膨润土,防止双液浆固结管口。
3、膨润土有润滑作用,在盾壳周边充满膨润土,可以减少盾构机的推进力,可以降低刀盘扭矩。
4、膨润土注入土仓前,在工作面形成低渗透性的泥膜,有利于密封,便于保持水土平衡。
根据计算,每掘进一环管片需要注浆2.6m3,实际在施工时,要考虑扩散系数。
(6.42/2)π×1.2-(6.200/2)π×1.2=2.636m3
扩散系数可以考虑1.3~1.8,则实际注浆量在3.5m3~4.7m3。
始发段从K8+108~K8+000,长度108米,地面建筑物下沉最大值5㎜,地表下沉控制在10㎜以内,证明注浆量和注浆压力是合理的。
六、盾构机出加固体后洞门封堵情况
当盾构机推进10米,即盾尾离开洞门3米时,无论洞口有没有地下水渗流,都应立即进行洞门封堵。
洞门封堵采用双液浆,多次少量间隔注入,直至最后一次注浆后长时间不再有渗水算达到效果。
左线因为端头加固效果较好,钻水平探孔时就没有渗水,所以洞门注双液浆只是做为一个保险手段,确保洞口安全。
施工期间,了解到其他单位因为洞门没有封堵好,在推进很长距离后仍发生洞口涌水涌砂等后果。
七、始发段管片拼装效果
管片拼装的好坏,直接影响到结构的使用寿命,是重要的质量问题。
盾构法隧道施工规范中要求,管片防水密封质量应符合设计要求,不得缺损,粘结应牢固、平整,防水垫圈不得遗漏。
相邻管片的径向错台不大于5㎜,相邻管片的环面错台不大于6㎜。
纵观已经掘进的2000米区间隧道,管片拼装效果整体是不错的,极个别地方管片发生了错台超限、管片角部破碎、吊装孔破损、管片密封挤坏,但是在始发段100米以上质量问题完全没有。
成型隧道管片效果
八、始发段中线标高控制技术
依照测量方案,对业主所交接的地面控制点进行加密,将加密点布置在车站通视良好的位置,按照测量规范的相关要求,边长尽量等长,角度不宜过小。
从加密点把坐标、标高引入工作井下即车站底板。
监理和精测组对车站导线点复核无误后指导隧道中线标高。
首先始发架中线标高要正确,使盾构机下井安装后就位精准,同时要参考洞门的现实中线标高,如果洞门在施工过程中有位移变形但不超过允许值,那么盾构机就位要按照实际洞门来做。
采用SLS-T系统评估盾构掘进的立体方位和走向的最新信息,并自动适时向转向控制机构下达调整指令,以便将盾构机掘进方向控制在设计的线路公差范围之内。
始发掘进前应正确的输入控制点坐标、轴线、坡度等有关数据信息,并制定出如果导向系统出错时的人工测量方案和设备、人员。
我们在实际工作中,因为盾构机与管片间空间紧张,需要不停搬站,另外因为是曲线,激光指导距离很短,搬站次数较多对工作人员的责任心、业务水平提出了较高的要求。
每一次搬站前后都与盾构机上显示的姿态对比一下,搬站后与之前数据一致时说明此次搬站修改坐标是正确的。
每间隔200米一定要从洞外导线点复核过来,确保洞内安装在管片上的强制对中点坐标正确。
导线点测量我项目使用“Topcon-GTS722型”Ⅱ秒级全站仪,高程传递用苏州一光仪器有限公司生产的DSZ2+XFS1精密水准仪及配套测微器铟瓦合金水准标尺和经检定合格的30m卷尺进行施测。
进洞中线标高精准,区间隧道推进时盾构机姿态始终保持在“0/0”位置,管片脱出盾尾后稍有偏移,但是最终都不超过5㎝,小于规范允许的成型隧道10㎝。
九、盾构机始发总体评价
盾构机始发是风险较大的一项工作,工作内容跨越机械设备、土木结构、测量监测、电力水管、市政排污、公路交通疏解等。
从盾构机吊装下井到能够正常始发推进,需要连续40天工作时间。
疏忽其中任何一个细节都会造成工期耽误或经济损失。
总的来说,盾构机从准备工作、吊装下井、安装调试、地面附属设施安装、结构安全、中线标高测量等等,做到了95分以上。