7盾构小半径曲线掘进工艺作业指南.docx
《7盾构小半径曲线掘进工艺作业指南.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《7盾构小半径曲线掘进工艺作业指南.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![7盾构小半径曲线掘进工艺作业指南.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-1/29/e5739435-cf05-4dca-8f9f-a7df116064cd/e5739435-cf05-4dca-8f9f-a7df116064cd1.gif)
7盾构小半径曲线掘进工艺作业指南
小半径曲线掘进施工工艺作业指南
1.小半径曲线施工
小半径曲线盾构隧道是指曲线半径在250~400m(隧道开挖直径≤7000mm)和曲线半径在400~600m(隧道开挖直径≥7000mm)的曲线隧道,其施工参数和控制方法根据盾构机类型和施工地质情况的不同有较小的差异,此处仅以强风化大直径土压平衡盾构(φ8830mm、主动铰接模式)穿越R600m左转曲线段掘进控制为例叙述施工工艺。
1.1.工艺特点
(1)设备常见,施工工序较传统。
(2)施工控制难度大,较传统的盾构正常掘进施工在参数设定、注浆方式、管片拼装要求等方面具有一定的区别;
(3)技术控制要求高,专业性强;对人员的技术能力要求高。
1.2.适用范围
适用于小半径曲线盾构隧道。
1.3.主要工装设备
1.3.1.主要设备
本工艺需要的主要设备和材料同盾构掘进控制工艺所用设备材料相同,建盾构机掘进控制施工工艺指南。
1.4.工艺流程/顺序
其工艺流程如图1.4-1所示。
图1.4-1小半径曲线掘进施工工艺流程
1.5.工艺操作要点
1.5.1.施工准备
为保证R600小半径施工顺利完成,在盾构机进入R600小半径施工段之前,需认真完成以下工作:
(1)在接近R600m缓圆点30~20m处选择开仓点,并对开仓点进行预加固(加固工艺见地表跟踪注浆加固施工工艺),完成开仓点加固,待盾构掘进至该处时,常压或带压开仓清理土仓泥饼和刀具检查更换(跟换中心滚刀,将4把开挖滚刀更换为19寸滚刀,若为软土刀盘无效更换,只需检查),检查泡沫管路和土仓加水管路;
(2)对盾构机设备进行检查评估,重点检查主动铰接液压控制系统性能状态,若存在压力损失、油压内泄、控制阀卡死等问题,需及时维修,否则不能继续掘进;
(3)对后配套及地面设施进行检查,确保后配套及地面设施运转正常。
1.5.2.掘进模式选择
在小半径曲线隧道中盾构机每推进一环,由于推进油缸与管片受力面不垂直,在油缸的推力作用下产生一个水平分力,使管片拖出盾尾后,受到侧向分力(见图1.5.2),该分力会使管片产生一定的位移。
图1.5.2小曲线段管片受盾构机推力分解示意图
根据管片位移量和盾构机推力关系公式:
其中:
—小曲线掘进可能带来的管片位移量
—变形系数
T—盾构机推力的反作用力
R—转弯半径
由上式得知:
当盾构机的推力越大时管片侧向位移也越大。
当掘进的转弯半径越小时管片侧向位移也越大。
因此为了减小在小曲线段施工引起的管片侧向移位,掘进过程中必须减小盾构机推力,掘进采用“气压辅助法”代替土压平衡掘进,尽量降低土仓土位,减少反力。
1.5.3.铰接形程差设定
(1)铰接形程差计算
根据设计曲线半径及盾构直径、盾体长度计算前盾与中盾之间的夹角,设定盾构机铰接形程差。
使得盾构机的前盾与中尾盾夹角与曲线夹角吻合,如图1.5.3所示。
图1.5.3小半径曲线段主动铰接夹角示意图
根据图1.5.3可知,前盾和中盾夹角B等于曲线夹角A,而曲线夹角A计算公式为:
式中:
L1—前盾及刀盘长度4818mm
L2—中盾及尾盾长度8572mm
R—设计转弯半径600m
通过计算得出夹角A=B=0.64°,铰接油缸安装位置的直径为8m,可以计算出左右铰接油缸行程差为89.36mm,取90mm。
(2)铰接形程调整
设定铰接油缸行程差时,按照右区大于左区,底区大于顶区的原则设定,一般情况下,将右区和右下区的铰接伸长量设定为同一个值且最大,左区最短,左下区大于顶区和左区,使盾构机前盾朝着左上方的趋势行走。
1.5.4.盾构掘进参数设定
盾构掘进参数的设定和方法见表1.5.4所示;
表1.5.4小半径曲线段掘进控制参数
序号
项目
单位
控制数值
备注
1
掘进速度
mm/min
20~30
根据地层相应调整,较正常掘进速度小
2
总推力
T
2000~3000
根据地层相应调整
参考盾构掘进控制工艺中的推进设定
3
推进油缸行程差
mm
0~90
4
推进油缸压力
bar
45~300
根据盾构机性能参数确定
5
推进油缸压力差
bar
50~200
6
铰接压力
bar
≤300
根据盾构机性能参数确定
7
铰接行程差
mm
80~95
8
刀盘转速
r/min
1.5~1.6
参考盾构掘进控制工艺中的推进设定
较正常掘进时刀盘转速小,多选择反转
9
水平姿态
mm
-20~-30
左转弯,右转弯为20~30
10
垂直姿态
mm
0~20
11
盾尾间隙
mm
20~75
根据盾构机参数确定,曲线内侧较小
最小间隙不少于20mm
渣土改良剂和出渣量控制方法详见盾构机掘进控制工艺。
1.5.5.其他辅助工序
(1)轴线预偏量设置
在盾构机进入小半径曲线隧道缓圆点之前,将盾构机姿态设置预偏量﹣30~﹣40mm(左转弯,右转弯预偏30~40mm)。
如图1.5.5-1所示,
图1.5.5-1盾构机姿态预偏量设置
(2)管片壁后注浆调整
左转弯时,同步注浆尽量采取单边(右侧)注浆,注浆流量和掘进速度相配合。
掘进中,采用二次注浆对管片进行加固,当管片拖出盾尾5环时,立即实施二次注浆;并环环注浆,注浆点位选择在右侧,即3点位和1点位交替注浆;同时每隔5环(可根据地层含水率,及时调整),制作一个止水环。
注浆工艺详见同步注浆及二次注浆施工工艺
1.5.6.掘进
完成铰接形程差调整和盾构预偏量调整后,按照设定的掘进参数掘进,若发现盾构姿态难以控制,及时调整掘进参数。
同时注意以下事项:
(1)掘进过程中,尽量拉长右侧铰接油缸的行程,扩大左右两侧铰接油缸行程差,并始终保持铰接左右行程差不小于90mm。
(2)在盾构机进入R600小曲线半径前,保持盾构机水平姿态在-30至+20之间,当盾构机姿态超过-10时,及时加大铰接行程差,同时调整推进油缸左右区油压差,将盾构机姿态调整至-20。
(3)每推进500mm,采用拼装模式伸缩一次推进油缸,以释放盾尾和管片及围岩之间的挤压力,每收缩1个油缸,待伸出顶紧管片以后,再收缩下一个油缸。
(4)出现盾构机水平姿态超过30mm,掘进过程中姿态难以控制时,为了增加纠偏能力,提高纠偏功效,必要时可屏蔽左侧1至3根油缸;屏蔽左侧油缸时,封顶块对应的油缸禁止屏蔽,且同一块管片中间径向螺栓孔对应的油缸禁止屏蔽。
1.5.7.拼装点位选择
管片拼装点位选择的原理详见管片选型及拼装施工工艺。
在小半径曲线施工中,管片点位选择时,应该计算满足对应曲线段需要的楔形量大小,确定可满足该楔形量的拼装点位。
于外径8500mm,环宽1600mm.,设计楔形量46mm,R600m曲线段施工为例计算需要的管片楔形量和拼装点位。
(1)R600m曲线楔形量计算
根据公式:
C=WD/R
其中:
C—楔形量
W—管片环宽1600mm
D—管片外径8500mm
R—曲线半径600m
通过计算得出,在曲线半径为600m条件下,对管片楔形量的要求为:
C=22.67mm。
(2)管片拼装点位角度计算
根据公式:
P=46COS(α)
其中:
P—楔形量(左转向为负,右转向为正)
α—直径线所在的角度
46—管片楔形量
图1.5.7管片环设计图
公式说明:
α的确定方式是:
以设计图(图1.5.7)中B2-B3的结合面I-I为0°,逆时针旋转。
公式中的P值正负是有意义的,对应着管片环的转向趋势(左转向为负,右转向为正)。
整环管片设计19个环向螺栓孔,F块管片拼装点位也就只能选择这19点位,根据公式可以计算出这19个拼装点位对应的楔形量,如表1.5.7所示:
序号
拼装点位油缸号
旋转角度(度)
水平偏向
单环楔形量
1
1#
360
右偏
0
2
2#
341.0532
右偏
14.9357
3
3#
322.1058
右偏
28.2534
4
4#
303.1584
右偏
38.5094
5
5#
284.2110
右偏
44.5923
6
6#
265.2636
右偏
45.8429
7
7#
246.3162
右偏
42.1257
8
8#
227.3688
右偏
33.8435
9
9#
208.4214
右偏
21.8938
10
10#
189.4740
右偏
7.5716
11
11#
170.5266
左偏
-7.5711
12
12#
151.5792
左偏
-21.8934
13
13#
132.6318
左偏
-33.8432
14
14#
113.6844
左偏
-42.1255
15
15#
94.7370
左偏
-45.8429
16
16#
75.7896
左偏
-44.5924
17
17#
56.8422
左偏
-38.5097
18
18#
37.8948
左偏
-28.2538
19
19#
18.9474
左偏
-14.9362
1.6.注意事项
1.6.1.管片拼装注意事项
(1)做好管片点位的选择管片姿态与盾构机、盾尾姿态相符,保证盾尾间隙>55mm。
(2)由于曲线外侧的油缸推力大,满足盾构机转弯的同时减少左右油缸压力差,一般左右油缸压力差<100bar。
(3)控制好铰接油缸确保盾构机与地层、盾尾与管片姿态相符,铰接压力<150bar、铰接油缸行程差<100mm。
(4)管片螺栓严格执行三次复紧,确保管片连接紧密。
(5)加强施工人员教育培训、提高管片拼装质量,避免因拼装不到位产生的错台。
1.6.2.管片渗漏水
(1)每环拼装前做好止水条的检查、冲洗,确保粘贴质量合格。
(2)减少错台、拧紧螺栓,确保止水胶条对接紧密,达到良好的止水效果。
(3)严格控制盾构机的姿态,确保盾尾间隙均匀,避免盾尾挤裂管片,使裂缝绕过止水条形成漏水。
(4)如有渗漏水出现及时采用二次注浆封堵处理。
1.7.质量控制标准
(1)地铁成型隧道轴线水平和高程偏差控制在±50mm以内;
(2)地铁隧道衬砌环管片椭圆度控制在±5‰;衬砌环管片环内错台控制在5mm以内;衬砌环管片环间错台控制在6mm以内。