城市轨道交通工程施工方法之盾构法施工
城市轨道交通工程 施工方法之 盾构法施工
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掌握盾构法施工控制要求
一、盾构法施工综述 盾构法施工步骤如下: 见教材第57页。
控制开挖面变形的主要措施是出土量。
开挖控制、线形、注资、一次衬砌构成了盾构掘进控制“四要素”。(见57页表格) 对教材中第58页表格应掌握开挖控制因素中的泥水式、土压式盾构的掘进控制内容。
要注意土压式开挖控制内容中比泥水式多一项“盾构参数”。
二、盾构进出洞控制
盾构出洞含义: 盾构进洞含义:
三、开挖控制
开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定。
土压式盾构与泥水式盾构的开挖控制内容略有不同。
土压平衡盾构
泥水平衡盾构
四、土压( ( 泥水压) ) 控制
开挖面的土压(泥水压)控制值,按地下水压(间隙水压)+土压+预备压设定。
按静止土压设定控制土压,是开挖面不变形的最理想土压。
主动土压是开挖面不发生坍塌的临界压力,控制土压最小。
地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合,采用松驰土压。
为使开挖面稳定,土压变动要小；变动大的情况下,一般开挖面不稳定。
五、 塑流化改良控制
1．土压式盾构掘进时,理想地层的土特性是:
(1)塑性变形好；
(2)流塑至软塑状；
(3)内摩擦小；
(4)渗透性低。
细颗粒(75μm以下的粉土与黏土)含量30％以上的土砂,塑性流动性满足要求。在细颗粒含量低于30％、或砂卵石地层,必须加泥或加泡沫等改良材料,以提高塑性流动性和止水性。
改良材料一般使用矿物系、界面活性剂系、高吸水性树脂系和水溶性高分子系四类。
(二)选择改良材料要依据以下条件
(三)流动化改良控制是土压式盾构施工的最重要要素之一,要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性。一般按以下方法掌握塑流性状态。
1、根据排土性状
2、根据土砂输送效率
3、根据盾构机械负荷
六、泥浆性能控制
泥浆起着两方面的重要作用:一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域,开挖面土体强度提高,同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压,达到了开挖面稳定的目的；二是泥浆作为输送介质,担负着将所有挖出土砂运送到工作井外的任务。
七、排土量控制
(一)开挖土量计算,
(二)土压式盾构出土运输方法与排土量控制
土压式盾构的出土运输(二次运输)一般采用轨道运输方式。
土压式盾构排土量控制方法分为重量控制与容积控制两种。我国目前多采用容积控制方法。
(三)泥水式盾构排土量控制
泥水式盾构排土量控制方法分为容积控制与干砂量(干土量)控制两种。( 注意与土压式盾构控制方法的区别点) Q＞Q 3 ,一般表示泥浆流失. Q＜Q 3 ,一般表示泥浆涌水(由于泥水压低,地下水流入)。正常掘进时,泥浆流失现象居多。
相同的道理,V＞V 3 ,一般表示泥浆流失 V＜V 3 ,一般表示泥浆涌水
八、管片拼装控制
(一)拼装方法
1．拼装成环方式
盾构推进结束后,迅速拼装管片成环。除特殊场合外,大都采取错缝拼装。在纠
偏或急曲线施工的情况下,有时采用通缝拼装。
2．拼装顺序
一般从下部的标准(A型)管片开始,依次左右两侧交替安装标准管片,然后拼装邻接(B型)管片,最后安装楔形(K型)管片。
3、盾构千斤顶操作 拼装时,随管片拼装顺序分别缩回盾构千斤顶非常重要。
4、紧固连接螺栓 先紧固环向(管片之间),后紧固轴向(环与环之间)连接螺栓。
5、楔形管片安装方法 6、连接螺栓再紧固
(二)真圆保持 管片拼装呈真圆,并保持真圆状态,对于确保隧道尺寸精度、提高施工速度与止水性、及减少地层沉降非常重要。
管片环从盾尾脱出后,到注浆浆体硬化到某种程度的过程中,多采用真圆保
持装置。
(三)管片拼装误差及其控制 拼装管片时,各管片连接面要拼接整齐,连接螺栓要充分紧固。
盾构纠偏应及时连续,过大的偏斜量不能采取—次纠偏的方法,纠偏时不得损坏管片,并保证后一环管片的顺利拼装。
(四)楔形环的使用
在盾构工程中,除曲线施工外,为进行蛇行修正,也可使用楔形环管片。
九、注浆控制
(一)注浆目的 注浆的主要目的具体如下:
l．抑制隧道周边地层松弛,防止地层变形。
2．及早使管片环安定,千斤顶推力平滑地向地层传递。
3．形成有效的防水层。
(二)注浆材料的性能
一般对注浆材料的性能有如下要求:
1,流动性好；
2．注入时不离析；
3,具有均匀的高于地层土压的早期强度；
4．良好的充填性；
5．注入后体积收缩小；
6．阻水性高；
7．适当的黏性；
8．不污染环境。
(三)一次注浆
一次注浆分为同步注浆、即时注浆和后方注浆三种方式
1．同步注浆
2,即时注浆
一环掘进结束后从管片注浆孔注入的方式。
3．后方注浆 掘进数环后从管片注浆孔注入的方式
一般盾构直径大,或在冲积黏性土和砂质土中掘进,多采用同步注浆；而在自稳性好的软岩中,多采取后方注浆方式。
(四)二次注浆
二次注浆是以弥补一次注浆缺陷为目的进行的注浆。具体作用如下:
1．补足一次注浆未充填的部分；
2,补充由浆体收缩引起的体积减小；
3．以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充。
以上述1、2为目的的二次注浆,多采用与一次注浆相同的浆液；若以3为目的,多采用化学浆液。
(五)注浆量与注浆压力
注浆控制分为压力控制与注浆量控制两种。应同时进行压力和注浆量控制。
1． 注浆量
2． 注浆压力 注浆压力根据土压、水压、管片强度、盾构型式与浆液特性综合判断决定。
十、盾构隧道的线形控制
(一)掘进控制测量
(二)方向控制
掘进过程中,主要对盾构姿态以及拼装管片的位置进行控制。
盾构方向修正依靠调整盾构千斤顶使用数量和设定刀盘回转力矩进行。
十一、盾构法施工现场的设施布置
当盾构掘进采用泥水机械出土和用井点降水施工时,施工场地面应设相当规模的水泵房。
当采用气压法施工时,施工场地面应设置空压机房,以供给足够的压缩空气。
当采用泥水式盾构时、施工现场平面布置中还必须考虑泥浆处理系统及中央控制室设置。
当采用土压式盾构时还应设置地面出土和堆土设施。
十二、停止盾构掘进的要求
当遇到以下几种情况时,盾构掘进应该停止,并采取措施予以解决: (1)盾构前方发生坍塌或遇有障碍； (2)盾构本体滚动角不小于3； (3)盾构轴线偏离隧道轴线不小于50mm； (4)盾构推力比预计的大； (5)管片严重开裂或严重错台 (6)壁后注浆系统发生故障无法注浆 (7)盾构掘进扭矩发生异常波动 (8)动力系统、密封系统、控制系统等发生故障
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了解盾构机型的选择
—、盾构机的种类 按开挖面是否封闭划分,可分为密闭式和敞开式两类。
按平衡开挖面土压与水压的原理不同,密闭式盾构机又可分为土压式(常用泥土压式)和泥水式两种。敞开式盾构机按开挖方式划分,可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。
见教材第 67 页分类图。
二、盾构机的选择
(一)选择原则
盾构机的选择原则主要有:
(1)适用性原则
(2)技术先进性原则
(3)经济合理性原则
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喷锚暗挖法施工
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掌握喷锚暗挖法的掘进方式选择
“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”是浅埋暗挖法施工的十八字方针。
(一)、全断面法
优点:减少开挖对围岩的扰动次数,有利于围岩天然承载拱的形成,工序简单,便于组织大型机械化施工；施工速度快,防水处理简单。
缺点:对地质条件要求严格,围岩必须有足够的自稳能力。
(二)、台阶法
正台阶法能较早使支护闭合,有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。
1、台阶法开挖优点
(1)灵活多变,适用性强。凡是软弱围岩、第四纪沉积地层,必须采用正台阶法,这是各种不同方法中的基本方法。
(2)具有足够的作业空间和较快的施工速度。当地层无水、洞跨小于10m时,均可采用该方法。
2、台阶法开挖注意事项
(1)台阶数不宜过多,台阶长度要适当,
(2)对岩石地层,针对破碎地段可配合挂网喷锚支护施工,以防止落石和崩塌。
(三)正台阶环形开挖法
又称环形开挖留核心土法。环形开挖进尺为0.5～1.0m,不宜过长。
特点:开挖工作面稳定性好。施工安全性好。
优点:台阶长度可适度加长。施工机械化程度相对提高,施工速度可加快。
缺点:围岩经受多次扰动,断面分块多、全断面封闭的时间长。
这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。
(四)单侧壁导坑法 单侧壁导坑法适用于断面跨度大,地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。
(五)双侧壁导坑法
双侧壁导坑法施工安全,但速度较慢,成本较高。
(六)中隔壁法和交叉中隔壁法
中隔壁法也称CD工法,主要适用于地层较差和不稳定岩体、且地面沉降要求严格的地下工程施工。
(七)中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩法
当地层条件差、断面特大时,一般采用中洞法、侧洞法、柱晌法及洞桩法等施工,其核心思想是变大断面为中小断面,提高施工安全度。
二、喷锚加固支护的施工要点
喷锚暗挖施工必须配合开挖及时支护,保证施工安全。
1．初期支护采用喷锚支护。喷锚支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土、钢拱架喷射混凝土等结构组合起来的支护形式。在浅埋软岩地段、自稳性差的软弱破碎围岩、断层破碎带、砂土层等不良地质条件下施工时,若围岩自稳时间短、不能保证安全地完成初次支护,为确保施工安全,加快施工进度,应采用以下各种辅助技术进行加固处理,使开挖作业面围岩保持稳定。
(1)喷射混凝土封闭开挖工作面；
(2)超前锚杆或超前小导管支护；
(3)管棚超前支护；
(4)设置临时仰拱；
(5)地表锚杆或地表注浆加固；
(6)小导管周边注浆或围岩深孔注浆；
(7)冻结法固结地层；
(8)降低地下水位法。
喷射混凝土封闭开挖面时,应采用早强混凝土,喷射厚度宜为50—100mm；超前锚杆是沿开挖轮廓线,以一定的外插角,向开挖面前方安装锚杆,形成对前方围岩的预加固,超前锚杆、小导管支护应满足下列要求:宜与钢拱架配合使用；长度宜为3.0～3.5m,并应大于循环进尺的2倍。
3、喷射混凝土应紧跟开挖工作面,应分段、分片、分层,由下而上顺序进行,当岩面有较大凹洼时,应先填平。使用前应做凝结时间试验,要求初凝时间不应大于5min,终凝不应大于10min。
4．地面砂浆锚杆是一种地表预加固地层的措施,适用于浅埋、洞口地段和某些偏压地段的岩体松软破碎处。地面锚杆按矩形或梅花形布置
5．冻结法。
冻结法的具有以下特点:
(1)冻结加固的地层强度高；
(2)封水效果好；
(3)适应性强；
(4)整体性好；
(5)无污染。
6。降低地下水位法。降水有洞内和地面降水两种方法。
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掌握衬砌及防水的施工要求
3．施工期间的防水措施主要是排和堵两类。
4．含水的松散破碎地层应采用降低地下水位的排水方案,不宜采用集中宣泄排水的方法。
5．衬砌背后排水及止水系统的施工应符合下列要求: 衬砌施工缝和沉降缝的止水带不得有割伤、破裂,固定应牢固,防止偏移,提高止水带部位混凝土浇筑的质量。
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熟悉小导管注浆加固土体技术
1．小导管注浆是浅埋暗挖隧道超前支护的一种措施。在软弱、破碎地层中凿孔后易塌孔,且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时,应采取超前小导管支护。超前小导管支护必须配合钢拱架使用。
2．小导管注浆支护。小导管是受力杆件,因此两排小导管在纵向应有一定搭接长度,钢管沿隧道纵向的搭接长度一般不小于lm。
3,采用小导管加固时,为保证工作面稳定和掘进安全,应确保小导管安装位置正确和足够的有效长度,严格控制好小导管的钻设角度。
4．小导管注浆宜采用水泥浆或水泥砂浆。
在砂卵石地层中宜采用渗入注浆法；在砂层中宜采用劈裂注浆法；在黏土层中宜采用劈裂或电动硅化注浆法；在淤泥质软土层中宜采用高压喷射注浆法。
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熟悉管棚的施工要求
管棚超前支护加固地层主要适用于软弱、砂砾地层或软岩、岩堆、破碎带地段。
管棚是由钢管和钢拱架组成。沿着开挖轮廓线,以较小的外插角,向开挖面前方打入钢管或钢插板,末端支架在钢拱架上,形成对开挖面前方围岩的预支护。钢管直径一般为70—127mm,特殊情况下也可采用300mm或600mm直径钢管。纵向两组管棚搭接的长度应大于3m。根据国内外经验,一般在下列场合采用管棚超前支护:
(1)穿越铁路修建地下工程；
(2)穿越地下和地面结构物修建地下工程；
(3)修建大断面地下工程；
(4)隧道洞口段施工；
(5)通过断层破碎带等特殊地层；
(6)特殊地段,如大跨度地铁车站、重要文物保护区、河底、海底的地下工程施工等。
管棚一般选用焊接钢管或无缝钢管,人土端制作成尖靴状或楔形。
钢管打入后,应及时隔孔向钢管内及周围压注水泥浆或水泥砂浆。
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XX 市 轨道交通工程
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熟 XX 市 轨道交通车站形式
XX市轨道交通车站的基本形式与要求大致可归纳为以下几点:
1XX市轨道交通车站的站台形式可采用岛式、侧式和岛、侧混合的形式,通常地铁车站多采用岛式。
5、车站的楼梯、检票口、出人口通道三者的通过能力应满足超高峰小时设计客流的需要,并应满足在发生事故灾害时,能在6min内将一列车乘客、站台上候车人员及车站工作人员全部撤离站台。应确保下车乘客到就近通道或楼梯口的最大距离不超过50m。
9、车站出入口的数量,应根据客运需要与疏散要求设置,浅埋车站不宜少于4个出入口。当分期修建时,初期不得少于2个。
11XX市轨道交通车站结构形式分为矩形、圆形及马蹄形三大类。
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了解地铁区间隧道的特征
大致分为以下几种 (1)按区间隧道断面形状可以分为矩形、拱形、圆形和椭圆形等断面形式。
10．明挖隧道结构的防水优先采用防水混凝土