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摘要:盾构下穿河流及堤岸是目前城市隧道建设经常遇到的问题,本文结合大坦沙岛输电线路迁改工程7A-7B区间穿越珠江西航道的的实际施工情况,对盾构下穿河流及堤岸施工技术进行探讨。
关键词:盾构;下穿河流;施工管理
前言
盾构隧道工程穿越重要建构筑物一直是盾构施工安全风险管控的重点,随着城市地下空间的开发,盾构穿越重要建构筑物的情况越来越多。本文结合大坦沙岛输电线路搬迁工程盾构隧道下穿西航道的实际施工情况,对盾构下穿河流及堤岸施工管理技术进行探讨。
1、工程情况介绍
1.1工程概述
大坦沙岛现状有220kV高压架空线路5回,为满足大坦沙全岛规划开发,需要建设符合规划要求的电缆隧道将现状高压架空线路及不满足规划建设要求的电缆线路搬迁至隧道。其中7-A#~7-B#区间隧道采用盾构法施工,需下穿珠江西航道。珠江西航道河面宽度279m,河水深约1~12m,隧顶覆土深度为12.92~22m。
1.2地层情况
7-A#~7-B#区间盾构下穿珠江西航道堤岸及珠江西航道,掘进主要穿越地层为<4-3>全风化泥质粉砂岩、<5-3>强风化泥质粉砂岩、<5-4>块状强风化泥质粉砂岩、<6-3>中风化泥质粉砂岩,穿越地层较稳定且具备一定强度。
1.3、施工重难点:
盾构下穿珠江西航道影响范围地质多为全风化、强风化、中风化泥质粉砂岩地层,地层裂隙发育且地下水丰富,隧道埋深12.92m~22m,容易出现掘进喷涌、河堤沉降开裂等现象,施工风险极大。
施工重难点主要为:
(1)下穿珠江西航道河底冒浆、冒泡及螺旋机喷涌等;(2)下穿珠江西航道掘进过程中,盾尾漏浆、涌水、涌砂;(3)下穿珠江西航道铰接漏水、漏砂;(4)下穿珠江西航道,极易导致管片在下部土体压力作用下上浮,导致隧道中心线偏离设计线路中心;(5)下穿珠江西航道掘进过程中,避免应注浆压力过大顶破覆土。
3、施工过程管理技术
盾构穿越珠江西航道水系及珠江西航道堤岸需保证“连续平稳”掘进原则,尽可能减少中间停机次数,在此基础上注意以下事项:
2.1 通过盾构掘进试验段总结优化盾构掘进参数控制
为确保顺利下穿珠江西航道,盾构在正式进入西航道范围前,通过盾构试验段的掘进,通过掘进数据的分析及监测情况的分析,优化下穿珠江西航道的盾构掘进参数。
2.1掘进模式选择
1、掘进前根据地埋深合理计算掘进土仓压力,综合详勘资料合理选择掘进模式(土压模式、气压辅助模式),<4-3>全风化泥质粉砂岩、<5-3>强风化泥质粉砂岩、<7-3>中风化泥质粉砂岩,为防止掘进过程中刀盘结泥饼选用气压辅助模式掘进;气压辅助模式掘进停机期间严格控制土仓压力,掘进期间通过调整泡沫管路气体流量及仓内渣土高度控制土仓压力。
2、在掘进开挖面顶部存在不良地层段存在采用土压平衡掘进模式,以防止出现坍塌。
2.2掘进渣土改良控制
(1)每环掘进期间通过渣温监测了解舱内情况,渣温控制在30℃左右,高于40℃时刀盘判断出现结泥饼情况。(2)每环对渣样进行分析,判断地层是否与图纸相符,尤其要注意渣土中是否含砂。(3)渣土改良可直观通过螺旋机扭矩判断,螺旋机扭矩小于理想值时进行加大土仓内泡沫和水注入量,根据螺旋转速、螺旋扭矩、掘进速度有明显提高时,加大泡沫和加水量,尽量保证仓内渣土改良,同时要注意此时的螺旋机闸门开度不要过大,避免出现突然喷涌关闭不及时漏渣情况。(4)掘进过程中出现与地勘不符地层,部分强度达到30Mpa(地勘显示强度为10Mpa左右)。
2.3掘进出渣量控制
1、隧道拱顶<4-3>全风化泥质粉砂岩、<5-3>强风化泥质粉砂岩、<7-3>中风化泥质粉砂岩,掘进期间建立1/3仓渣土,通过气压辅助模式掘进施工该段地层,避免欠压造成地层水进入土仓造成失稳坍塌,避免仓压过低造成裂隙水进入土仓,掘进期间严格保压掘进,渣斗理论掘进行程250~300mm之间,掘进按1/3斗出土量控制掘进油缸行程约85~100mm。
2、出渣称重控制,称重数据第一时间反馈至值班领导,根据掘进油缸行程和土仓压力变化合理分析,是否存在超方情况,如有超方情况对方量进行计算脱出盾体后增加同步注浆和双液注浆施工。
2.4同步注浆控制及双液注浆控制
穿珠江西航道水系及堤岸期间地层水较大容易出现渣土改良效果差,渣土稀造成喷涌,注浆效果不理想造成管片后部存在水流通道和大量汇水空间,造成管片渗漏水,这里同步注浆效果起很大作用,同步注浆要保证与隧道掘进油缸行程同步,每斗掘进同步注浆注入量为0.5~0.7m³,同时控制注浆压力<4bar,注浆时通过注浆量和注浆压力双控。
2.5穿越珠江西航道及堤岸期间姿态控制情况
掘进期间严格控制盾构机掘进姿态,盾构机姿态水平后点控制在水平控制+10~-48mm范围内(其中462~469环水平偏差较大,刚进入右转圆曲线,姿态及管片选型调整不及时导致,470环后恢复正常值),垂直后点控制+20~-38mm范围内,纠偏原则遵循勤纠、缓纠原则,勤纠:姿态正常情况下也不断要对盾构机姿态不断进行调整,把姿态控制在要求范围内;缓纠:在盾构机出现变化过大时,不要急于调整过大出现大趋向、大俯仰掘进,盾构机掘进姿态每环调整量在±5mm以内,可以保证成型隧道管片质量,避免出现错台。
2.6三大密封系统维保及检查
(1)掘进期间严格控制三大密封脂材料消耗,消耗值不正常时立即反应由维修人员进行检查,不允许对设备进行旁通掘进。(2)铰接密封定人定期注入盾尾脂,防止密封进水进砂,同时控制油缸行程差,避免出现密封间隙过大渗漏。(3)盾尾密封在掘进期间控制同步注浆压力,避免出现压力过大击穿尾刷,控制上浮双液浆注入时随盾构机掘进同步进行,避免出现双液浆包裹尾刷造成尾刷损坏。
2.7加强监测、江面巡视反馈
(1)盾构下穿期间按2次/d的频率监测,监测结果实时发布在下穿珠江西航道水系信息交流群(业主、监理、施工、第三方监测,微信群),其后由测量队下发至现场,及时与现场进行沟通。若发生异常沉降及变形,直接电话通知。(2)下穿期间每日专人对江面进行巡视,2小时/次,同时采取无人机对江面进行巡视。
2.8应急方案落实情况
下穿珠江西航道水系及堤岸前按方案要求配备足够的应急物资,并根据可能发生的险情做好应急演练工作。为出现突发情况快速反应。
结语
目前城市隧道工程建设难免会碰到穿越江河等重要建构筑物情况,盾构下穿河流的案例也越来越多,通过不断地探索,目前盾构下穿河流的施工技术已基本成熟。以下几点为上述工程顺利盾构下穿河流施工管理技术的总结:一、前期细化施工方案的编制,充分考虑不利情况。二、做好应急预案,并针对性开展应急演练。三、落实人材机的投入,做好各类设备的维保。四、通过盾构掘进试验段的掘进情况,优化掘进参数,并检查各类设备运行情况。五、盾构掘进过程中通过掘进参数、出渣情况、监测数据及时分析盾构掘进情况,做好优化调整。
参考文献
【1】姚晓励; 刘飞; 张伟 超大直径盾构下穿河流桥段影响研究[J].特种结构.2022-06-15
【2】黄旭软;弱地质条件下盾构下穿河流风险管控关键技术研究[J].科技与创新.2022-05-05
【3】周鑫盾;构下穿河流施工过程控制要点[J].山西建筑.2016-05-01