卵石地层盾构下穿既有地铁车站施工关键技术--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

卵石地层盾构下穿既有地铁车站施工关键技术

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第6期作者：焦国强

[导读] 摘要：以北京某号线盾构区间在卵石地层中下穿既有地铁车站为工程背景，根据地质和水文情况，基于土压平衡盾构进行了相应改造，采用刀盘耐磨堆焊、调整刀具、控制掘进参数、二次补浆等措施，有效控制了既有线沉降，确保了施工安全。

        北京市轨道交通建设管理有限公司北京市 100068
        摘要：以北京某号线盾构区间在卵石地层中下穿既有地铁车站为工程背景，根据地质和水文情况，基于土压平衡盾构进行了相应改造，采用刀盘耐磨堆焊、调整刀具、控制掘进参数、二次补浆等措施，有效控制了既有线沉降，确保了施工安全。
        关键词：地铁；卵石层；盾构；既有线；土压平衡盾构；施工技术
        一、引言
        随着北京市轨道交通的新一期建设，新建地铁盾构区间下穿既有地铁车站或区间的情况愈来愈多，本文通过介绍北京地铁新建某线卵石地层盾构下穿既有地铁车站施工关键技术，已期为类似工程提供借鉴。
        二、工程概况与地质水文情况
        北京地铁某盾构区间正交穿越正在运营的既有地铁车站，盾构顶部垂直距离既有车站底板2019mm，既有车站底板宽度25m。主要穿越卵石圆砾⑦层，卵石圆砾⑦层粒径30mm-80mm。盾构区间地质勘察共观测到两层地下水，分别为潜水和层间水。
        三、盾构选型
        根据岩土勘察资料显示，穿越地层为卵石地层，地层渗透系数基本处于1×10-8~10-4m/s之间，同时综合考虑北京地区卵石地层盾构施工成熟经验及本工程始发场地狭小的限制，本工程采用加泥式土压平衡式盾构机。
        刀盘开挖直径φ6590mm，盾体前/中/尾直径：φ6560mm，如图1所示。

                     图1 刀盘设计图
        刀盘钢结构主要由六个主刀梁和外圈梁组成，刀盘开口率约69％，开口在整个盘面均匀分布，保证刀盘掘进过程中渣土顺利进入土压仓。正常的进渣情况下，能够实现渣土径向方向的顺利流动，使渣土在刀盘中心区域不易形成因流动不畅而引起的堵塞和堆积，从而有效减少刀具磨损。
        四、盾构穿越既有车站的施工措施
        （1）刀具保护
        为保证盾构能连续穿越既有线，同时考虑卵石对刀盘磨损大，为尽量减少刀具的磨损，外圈梁加焊耐磨复合钢板，保护刀盘本体，刀盘面板及外圈梁采用耐磨堆焊，耐磨焊间距为100mm，宽度为30mm，焊缝高度为6mm和4mm，增强刀盘表面耐磨性。
        （2）盾构掘进参数
        1）渣土改良
        盾构掘进时，在盾构的刀盘正面注入泡沫和膨润土泥浆（泡沫为主、泥浆为辅），以降低刀盘扭矩，控制在额定扭矩的60%以下，减少对既有线的振动；同时改良土仓内土体（必要时通过土仓隔板上的添加剂注入口向土仓里添加膨润土泥浆和泡沫），有助于卵石从螺旋机内顺利排出，确保盾构正常出土。
        2）土压力
        盾构穿越既有车站范围内合理设置土压力，防止在盾构推进的过程中的发生超挖，以减少对土体的扰动，土舱上部土压力控制在0.07Mpa~0.09Mpa左右。
        3）推进速度
        盾构穿越既有车站范围内，推进速度控制在60~70mm/min，尽量匀速穿越，减少对既有车站的振动。
        4）刀盘转速、推力及刀盘扭矩
        盾构穿越既有车站范围内刀盘转速为0.9rpm，推力控制范围为：1500～2000t，刀盘扭矩控制范围为：3000~4500 kN.m。
        5）盾构出土量控制
        盾构穿越既有车站影响范围内严格控制出土量，避免出土量过大造成地层损失，引起地面沉降、车站结构变形、轨道沉降过大。盾构刀盘直径6.59m，管片宽度1.2m，计算理论出土量40.9m3。实际施工过程中，松散系数根据前期施工经验为1.05~1.1，则出土量控制在43~45 m3。
        6）注浆控制
        严格控制同步注浆液的质量，初凝控制在20s左右，盾构推进过程中应严格控制同步注浆量和注浆压力，并及时进行二次补浆，且同步注浆速率应与盾构推进速率相符。
        ①同步注浆
        根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的理论注浆量。
        V=π/4×L×（D2-D22）式中：
        V —— 一环注浆量（m3）
        L —— 环宽（1.2m）
        D—— 开挖直径（6.59m）
        D2—— 管片外径（6.4m）
        代入相关数据，可得：
        V=π/4×1.2×（43.42-40.96）=2.32m3/环
        根据施工经验，注浆量取环形间隙理论体积的1.3~1.5倍，同步注浆量不少于理论体积的1.5倍，每环的开挖理论空隙为2.32m3，故确定每环的同步注浆量应控制不少于3.48m3，同步注浆压力不低于0.2Mpa。
        ②二次补浆
        为确保盾构施工过后沉降控制，管片脱离盾尾适当位置（一般为6环），及时进行二次补注浆（双液浆），每隔1环进行补浆，注浆压力不超过0.35MPa，采用与管片相同型号的混凝土进行封堵。其作用可以对土体进行微量顶升、加固。控制盾构过后的后期沉降，恢复基础的前期沉降，减小对既有车站的影响。
        7）盾构姿态控制
        在穿越既有车站站前后20m范围内保持均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大，首尾差（水平及垂直）控制在30mm以内，推进时不急纠、不猛纠，尽量减小对地层的扰动。
        （3）盾构径向注浆措施
        盾构穿越既有车站后，通过管片注浆孔对车站下方及前后各15m内盾构隧道拱部进行径向注浆。压浆量根据既有车站轨道监测数据及注浆压力（控制在0.30Mpa~0.35Mpa）及时进行调整。既有车站轨道变形稳定后停止注浆。
        （4）巡查工作
        1）首次巡查
        在施工影响前对所要巡查的既有线做首次巡查。首次巡查的重点是调查既有线现状，巡查该既有线周围有无地表裂缝、建筑物有无开裂的情况。有裂缝的地方做好标识，记录裂缝的位置、形态，用游标卡尺或裂缝读数显微镜测量并记录裂缝的宽度；伸缩缝检查：橡胶条位置准确、伸缩缝无阻塞、渗漏、变形、开裂及缺边掉角现象、伸缩缝顶面及两侧混凝土面应与相邻沥青路面平齐；对在施工影响前已经出现的地表裂缝、建筑物开裂等异常情况，采用拍照的方式进行影像资料存档。
        2）日常巡查
        巡查的内容包括：①地质和支护状况观察；②管片结构竖向位移；③管片净空收敛；④达～湾区间及车站、附属结构；⑤地表沉降等等。对在首次巡查中发现的既有裂缝测量其宽度并与初始宽度进行现场比较。发现新增裂缝或裂缝发展速率超过预警标准、既有线周围地表明显隆陷等异常情况及时通报，并拍照存档。巡查过程中，填写现场安全巡查表。
        （5）对既有车站内轨道及结构采用全自动监控措施，确保运营安全。施工中加强对既有线结构及轨道、周边地表沉降进行监测，并及时反馈。
        五、结语
        盾构在卵石地层下穿既有车站后，既有车站内轨道最终沉降小于2mm，达到了预期效果。针对不同的地层、埋深等情况，对刀盘进行改造，制定出相应的掘进参数、注浆参数等，将盾构施工尽可能标准化，将大大提高地铁施工效率，降低工程施工安全风险。
        参考文献：
        [1]杨志勇，江玉生，雷军，安宏斌；污水地层泥水平衡盾构施工关键技术；施工技术；1002-8498（2014）23-0118-03
        [2]李立，徐骞，伍建；盾构近距离下穿既有车站设计难点及对策；隧道建设；1672-741X（2013）-1015-07