北京地铁10号线玉樊区间盾构隧道砂卵石的预防技

　1、工程概况
　　玉泉营站～樊家村站区间里程为K39+123.188～K40 +080.809,全长957.621米。线路基本为直线型,线路沿现状的纪家庙二号路及规划的看丹路下方铺设,并穿越一段商业区（北京花乡花卉市场等）和城市绿化地。区间出玉泉营站后,沿规划的纪家庙二号路下方线路一直向西延伸到樊家村站。线路所经过的规划纪家庙二号路及看丹路东段尚未形成,线路上方多为1～3层砖房。该区间地下管线非常复杂,主要集中在规划的纪家庙二号路下方,管线的特点是多、深、大,对区间施工有较大的影响。
　　本区间线路平面上从玉泉营站到樊家村站线间距由15.0m变成17m。右线从玉泉营站出站沿直线到达樊家村110KV变电站附近后,线路以两个2000m半径的曲线到达樊家村站。左线含两条曲线,其半径均为2000m,同样以曲线进入樊家村站。纵断面上,线路左右线设“人”字坡。线路从玉泉营站出站后以5‰上坡,然后以4‰和2‰的下坡进入樊家村站。
　　2、土压平衡式盾构机的工作原理
　　本区间采用小松土压平衡式盾构机进行施工。基本工作原理如下:
　　刀盘旋转所切割下来的渣土,与添加的泡沫、膨润土混合在一起进入土仓。随着推进油缸不断伸长,土仓内渣土越多,压力将持续增大,达到设定值时打开螺旋机排土闸门进行出土,以维持土仓渣土压力与隧道开挖面上的水土压力实现动态的平衡,这时隧道开挖面其他部分的土壤就不会轻易塌落,达到既完成了向前掘进又不会造成开挖面土体失稳,避免因土体失稳引起的地面沉降和隆起。
　　3、砂卵石地层控制要求
　　3.1 出土量
　　砂卵石地层,地质疏松,自稳性能差。操作不当或渣土改良不好极易造成出土量不可控,造成超排现象导致地面沉降,房屋开裂,严重的甚至导致地面失稳塌陷。因此必须确保渣土改良良好,严格控制出土量。
　　隧道理论出渣量=π/4×D2×L=3.14/4 ×6.282×1.2=37.15m3
　　由地层结构组成分析,取渣土松散系数为1.2,则实际出土量为:
　　37.15×1.2=44.58m3
　　由专职人员统计每环出渣量,发现出渣异常及时上报情况,查找原因,尽快恢复正常出渣。
　　3.2 盾构机姿态控制
　　在砂卵石地层中,因地层反映极其敏感,为避免盾构纠偏带来的土体扰动,尽量控制盾构姿态在规定范围内,纠偏时要做到勤纠偏、缓纠偏,以每环纠偏量不超过3mm为宜,确保盾构平稳直线型进行掘进。
　　3.3 同步注浆的控制
　　砂浆配比严格按照标准进行。因地层松散,砂浆易流失,按照盾尾间隙的150%—200%进行同步注浆,取5m3。砂浆初凝时间尽量满足掘进要求,一般在二次补浆前达到初凝效果即可。同步注浆时注意浆管压力变化,避免因压力过高击穿盾尾刷而产生的漏浆现象。注浆压力不均也可造成管片错台破损,因此必须均匀进行同步注浆。
　　3.4 二次补浆要求
　　当掘进出土量较大或地面沉降过大时,要及时进行二次补浆,补浆材料为水泥、水、水玻璃,配比1:1:1。二次补浆采用管片开孔进行,注浆位置一般选在顶部,避开封顶块。因双液浆凝固时间较短,为了避免注浆材料堵塞盾尾注浆管路,影响同步注浆,要保证注浆环数与掘进环数相差10环左右。最好在掘进状态下进行二次补浆,可有效防止双液浆堵管。补浆时注意观察管片有无破裂、漏水,错台是否变大,若有异常情况及时停止。观察注浆压力,达到1Mpa即可。
　　3.5 地面建筑物
　　隧道要穿过居民区,楼房众多,高低不齐,过马路,河道,信号塔,燃气管道等等,在通过这些地面建筑时候必须严格控制好土仓压力,土压值以上部压力值为准,避免土压有较大波动。控制好出土,确保不超排,保证地面不塌陷。首先要限制推进速度,控制好掘进的轴线（过燃气管道时特别注意）,及时调整注浆量和注浆压力。地表沉降控制在+10--30mm的范围之内。掘进时,派专人地面巡查,有异常情况及时通知操作人员。
　　提前对地面建筑进行风险等级评估,如有必要可提前对地面建筑进行注浆加固,确保安全。
　　4、特殊位置的掘进方法
　　4.1 盾构机始发操作方法及注意事项
　　盾构机始发时,盾体在始发托架上,由两条钢轨支撑,因盾构机质量较大,为了降低推力,故将推进速度限制在1cm/min以内,避免钢轨拉断造成机器侧翻。盾体两侧焊接防侧滚的牛腿,进洞前记得割掉,避免刮破洞门止水帘布。拼装负环管片,待管片顶到反力架后,采用试运行模式推进,不转刀盘,避免刀盘与洞门及加强环梁相干扰碰撞,速度仍保持在1cm/min。待刀盘接触到掌子面后,开始转刀盘,土压值尽量低一些,以减小推力和扭矩。+10环开始封洞门,采用双液浆进行二次补浆。因反力架受力有限,在掘进过程中尽量使推力保持在反力架承受的范围内,速度维持在2cm/min即可。推进时,安排专人观察反力架变形情况,有情况及时停机,对反力架进行加强。
　　4.2 盾构机接收操作方法及注意事项
　　隧道即将贯通,为做好隧道收尾工作,要求测量班在出洞前50环、20环分别对隧道进行测量,确保盾构在掘进的设计轴线上,配合操作手调整盾构姿态,使盾构机顺利出洞,出洞前10环盾构机开始限速4cm/min,推力1000t以内,尽量减小盾构对洞门的干扰,控制扭矩。逐步降低土仓压力值和泡沫的使用量,进入钢环时,调整速度为1cm/min,时刻注意刀盘扭矩及推力的变化,控制掘进的姿态,避免刀盘与加强环梁及钢环发生碰撞干扰。提前将盾构机调整为抬头姿势,坚决避免盾构机磕头现象的发生。出洞时,仍坚持低速前进,观察扭矩和推力的变化。
　进/出洞时候可能出现刀盘与环梁干扰的情况,应提前开启铰接系统,使切削刀盘尽量在设计的轴线以上,以便盾构机顺利进/出洞。
　　4.3 隧道挖掘结束后盾构机上接收架的操作方法
　　破桩后采用试运转模式进行掘进,切不可转刀盘,防止刀盘与桩体钢筋相干扰导致刀盘卡死。若盾构机实际轴线与设计轴线不符,可开铰接,尽量保证抬头姿态。管片拼装最后10环,用钢筋或槽钢拉住管片,避免盾构与管片脱离时管片下沉导致第一论文网错台开裂。当刀盘接触到托架轨道后,即可全速推进,10cm/min。托架两侧设置专门人员观察托架的受力变形情况,出现异常及时通知停机。按此操作直到推至最后一环结束。洞门采用橡胶帘布进行封堵,也可焊接钢板,采用管片壁后二次补浆进行封堵洞门。
　　4.4 地面易冒泡沫位置的掘进方法
　　地面容易冒泡沫,说明开挖面有直接通向地面的缝隙,如枯 井,探测孔洞,裂缝等,也有可能是因为开挖面上方土体较为松散,卵石之间缝隙较大,通透性好,气体易泄漏,土仓压力过高导致泡沫溢出,造成经济损失。
　　面对这种地层,首先要控制好土仓压力,避免因开挖面上方土体不稳定而导致超排进而导致地面沉降。易冒泡沫的位置原则上不使用泡沫剂,但由于不使用泡沫剂土体改良的效果不好,易造成闷仓现象,导致掘进速度变缓慢,推力和扭矩增大,严重的还会卡死刀盘。因此面对这种地层可以间断性打泡沫,每打2分钟,停止2分钟,这样泡沫的作用依然比较明显。掘进时,地面必须有专人值班观察,有漏泡沫的趋势第一时间通知操作手停止打泡沫！
　　地面冒泡沫时掘进参数的变化:泡沫泄漏,说明开挖面与地面已经连通,此时土仓压力会变的很小,掘进不排土,土压也不会升高,此时必须停止泡沫,打膨润土进行掘进,膨润土要适量,尽量使出的土干一些,避免膨润土泄漏到地面。
　　5、施工效果
　　本区间掘进过程地面沉降可控,避免因疏松地层受震动导致的大范围沉降的发生,成功穿越沿途三层住宅房屋,二次补浆有效控制后期沉降的发生,第三方监测沉降与我方人员检测结果基本一致,充分说明掘进过程各项参数控制到位,二次补浆达到较好的效果,希望在以后类似工程中得到推广使用。
　　6、结语
　　砂卵石地层疏松,易产生较大沉降甚至塌方,施工参数的严格控制是控制沉降的基本保证,后期二次补浆是稳固地层结构的重要保障,只有两者有效结合,才能顺利实现盾构隧道的顺利贯通。由于盾构法施工配套设备较多,对盾构机、龙门吊、电瓶车、搅拌站等设备的保养和维护是施工有序、快速掘进的重要保证。盾构隧道施工任何一道工序或环节实施不到位都有可能对隧道及周边建筑产生重要影响,加强工序质量控制,及时准确的获取监测数据是确保施工安全的关键。

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