100mm以上的搭接长度,以免桩体脱离。钻机发生故障,应停止提升钻杆和旋喷,以防断桩,并应立即检修排除故障;为提高桩的承载力,在桩底部1m范围内应适当增加旋喷时间,旋喷桩应隔孔施工。
3.1.5.3穿越河流施工措施
本标段穿越河流分别为京密引水渠、清河,共两条。其中京密引水渠穿越范围2+650-2+810,是北京市重要的供水设施,具备正向和反向输水能力。隧洞距离渠道底板约11.5m。清河穿越范围3+233-3+265,河底距离盾构区间洞顶约6m。
盾构区间施工时,如果不采取针对性的加固措施可能会造成周围土层松动和土体流失,容易发生涌水、涌砂情况,导致碴土含水量增加,螺旋输送机发生喷涌、盾尾漏浆、 铰接处漏水、河底大面积塌陷等一系列问题,属于重大风险源,社会敏感度高。
针对本工程河涌底下的地质条件情况以及覆土厚度,拟采用主动保护措施进行施工,在盾构掘进至河涌前,对盾构机进行检修,避免中间停机、漏浆或注浆系统堵管等情况发生,保证盾构能够连续匀速推进。盾构施工时严格控制掘进参数,确保开挖面稳定,匀速通过。土仓压力根据覆土性质、厚度确定,并结合出土量、地表沉降情况适时调整。通过在盾构管片注浆孔中打设一定长度的注浆管深入地层中,向盾构施工引起的拱顶松动地层(拱部180°范围)进行压浆加固,浆液采用水泥-水玻璃双液浆。防止因地层失水而造成地面大面积下沉,同时注意控制注浆压力,采取对称注浆的方法。具体措施如下:
1穿越前的准备
?根据地勘院提供的详勘资料,过河段地质情况说明不充分。应我方施工需要及委托,地勘院对穿越溪江河道部位的地貌、地层、岩性、地质构造和水文地质条件进行了补充勘察,摸清河道部位第一手的水文地质资料。
?对河涌周围地面上设深层沉降测点,配合相关管理部门做好沉降信息化监测控制。 ?为确保盾构机顺利穿越河涌,穿越前必须对机械、电气设备等进行检修,尤其是重点检查盾尾密封、中体与盾尾铰接处的密封的止水效果,确保盾构机的工作状态良好。
2合理设置土压力值,严格控制出土量
项目部将从盾构始发起,对土压力值进行严格的控制,并结合环境监测数据对土压力值进行调整。
对由于盾构在河道底部穿越时其上部覆土厚度与穿越前后有所变化,故需要重新计算设置土压力,并结合实际监测数据调整,进行信息化施工。
穿越河道部位原则上应按理论出土量出土,可适当欠挖,保证土体密实,以免河水渗透入土体并进入盾构。
3降低推进速度,控制总推力
盾构机在穿越河道时,宜采取较低的速度推进,速度一般控制在<30 mm/min,严格控制千斤顶总推力,减少土层扰动,以免顶破河底土体。
4调整好盾构姿态,减少纠偏次数及纠偏量
在穿越推进过程中,连续测量盾构机的姿态偏差,盾构司机根据偏差及时调整盾构机的推进方向,尽可能减少纠偏,特别是要杜绝大量值纠偏,减少土体的扰动,从而保证盾构机平稳地从河道下方穿越。
5优化砂浆配比,合理设定注浆量及注浆压力
在穿越施工前,我方制作浆液试块,并对浆液的性能指标进行测试,性能指标包括稠度、初凝值、泌水率、抗压强度、比重。
在穿越过程中,我方也将每班对浆液取样测试,并根据实际注浆效果,对浆液配比进行调整优化,缩短浆液凝胶时间、确保浆液质量。
根据以往经验,我方初定穿越时注浆量为理论建筑空隙120%,并根据实际情况做适当调整,以保证河道土体的稳定。
注浆压力小于0.3Mpa,以免应压力过大而击穿河底土体,导致与隧道上部土体贯通,涌水通过土体进入盾构施工区。
6严防盾尾漏水
盾构机采用三道盾尾钢丝密封刷,能有效防止盾尾透水。掘进中加强盾尾密封油脂的注入,确保盾尾密封油脂压力不小于3.5Bar;加强中体与盾尾铰接处的密封检查,及时调节密封压板螺栓,保证其密封效果,防止地下水涌入。
控制好管片姿态,居中拼装,防止盾构建筑空隙过大形成透水通道,必要时在管片外侧粘贴海绵用于止水,封堵管片与盾构间的间隙。
采取上述措施后,基本可控制盾尾渗漏。如果盾尾发生渗漏,则从管片注浆孔压注聚氨酯,形成环圈,封闭涌水通道。
7加强施工质量,提高隧道自防水能力
在河底段掘进时加强盾构掘进姿态控制及管片选型,加强螺栓复紧和盾尾间隙控制,减小管片错台、裂缝、漏水,保证较好的隧道线形,提高隧道防水质量。
8土体改良
盾构穿越河道段可以利用加泥孔向前方土体加膨润土或泡沫剂来改良土体,增加土体的流塑性。其一:使盾构机前方土压计反映的土压数值更加准确;其二:确保螺旋输送机出土顺畅,减少盾构对前方土体的挤压;其三:及时充填刀盘旋转之后形成的空隙。必要时,可通过盾构前体的超前注浆孔,对切口前上方的土体进行土体加固,防止泥水涌入或切口坍塌的情况。
穿越京密引水渠范围平面图盾构区间穿越区域
图3-3穿越京密引水渠范围平面图
3.1.5.3穿越地铁施工措施
本标段施工区间与地铁有一段并行和一次穿越。盾构区间并出行段范围3+300-3+974,地铁4号线为运营线。与隧洞并行线路,部分为地下线,部分为地面线。隧洞结构与4号线结构外壁水平净距最小为14m。穿越地铁范围3+330-3+350, 隧洞从备用站台上方穿越。隧洞底板距离备用站台顶板结构约4.5m。
盾构穿越前在4号线及出入线区间隧道内安设自动化监测仪器设备,实行信息化施工,根据监测结果及地面监测数据即时调整盾构掘进参数及加固处理方案。
加固处理方案主要以两隧道夹土体注浆加固为主,以对既有线隧道道床进行加固为辅。据监测结果决定是否跟踪注浆。对20号线区间隧道下穿段管片进行加强设计,并对管片标准块和邻接块增设2个预留注浆口。
1穿越既有线路前50环建立试验段
穿越既有线路地铁11号线及出入线前50环作为参数优化和施工磨合段,通过此段施工达到以下目的:
?收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数,制定正常掘进各地层操作规程,
实现匀速、连续、高效的正常掘进。
?掌握本工程管片位移规律,提高隧道轴线合格率。
?通过本段施工,加强对地面变形情况的监测分析,反映盾构机始发时以及推进时对周围环境的影响,掌握盾构推进参数(推进速度、土压力、出土量、推力、扭矩等)及同步注浆及二次注浆的参数(注浆量、注浆压力、浆液配比、注浆顺序、注浆时间)与地面沉降的关系及规律。
?通过此段施工,使施工各个环节规范化,协调化,标准化,使穿越既有地铁线路的施工标准化保持常态,规范化作业保持常态。
2盾构穿越既有线路盾构参数控制
平衡压力设定是土压平衡盾构施工的关键,维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节,其中包括推力、推进速度和出土量三者相互关系,对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。因此,盾构推进过程中,要根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定的土仓压力,推进速度要保持相对平稳,控制好每次的纠偏量,减少对土体的扰动,为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量也要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整,将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。
?仓压力值P的选定
盾构在掘进过程中,根据现场具体情况,根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果及时进行调整。
?盾构掘进参数
刀盘贯入土体量:不超过25mm/rpm(由于姿态纠偏少于推进速度) 总推力:1800t~2000t,根据土层情况及埋深情况实时调整。 刀盘转数:0.9~1.3rpm。
刀盘扭矩:小于30%(适时加入泡沫剂调节)。 ?推进出土量控制
每环理论出土量=π/4×D2×L=π/4×6.25×1.2=36.8 m3/环。
盾构穿越既有地铁线推进出土量控制在97%~99%之间。即35.7m3/环~36.4m3/环。 ?根据地质情况,通过在盾构前方压注泡沫剂(或纳基膨润土浆液),起到保护刀盘以及保证盾构螺旋出土机正常出土的作用,有效的防止土仓土体闭塞,堵仓情况发生。
?穿越既有地铁线的推进速度控制在2~3cm/min,盾构设置自动控制使之匀速推进。
?盾构轴线控制偏离设计轴线不得大于±50mm,在盾构掘进机上安装全自动测量控制系统。同时采用人工测量复核,以确保掘进方向的准确;穿越既有地铁线,尽可能使盾构匀速通过,减少盾构纠偏量和纠偏次数;每次的纠偏量不能过大,最大不超过5mm/环,最大管片贴片不超过2-3mm。要做到随偏随纠、勤纠少纠,多注意观察管片与盾壳的间隙,采用稳坡法、缓坡法推进,以减少盾构对既有地铁线的影响。
?在盾构拼装状态下,由于千斤顶的收缩,必然会引起盾构机的后退,在盾构机穿越既有地铁线时,为避免盾构机后退,在盾构机推进结束时不要立即拼装,等待10~15分钟之后,等到周边土体和盾构机的动摩擦力变为静摩擦力时再进行千斤顶的回缩,保持开挖面的平衡压力,管片拼装应尽量缩短时间,在20min内拼装完成。
?为防止盾构掘进时,地下水、同步注浆浆液及二次注浆浆液由于压力从盾尾窜入隧道,在盾尾钢丝刷位置压注优质盾尾油脂,以达到盾构的密封功能。为了能安全并顺利地完成区间隧道穿越既有地铁线的掘进任务,必须切实地做好盾尾油脂的压注、记录、检查工作。
?针对本标段盾构穿越既有地铁线不同土层、穿越形式进行参数调整、优化。
表3-7 盾构穿越既有地铁线参数调整表
类型 土压力 掘进参数 推力稍小 推力稍大 推进速度 匀速3cm 匀速2cm 出土量 99% 98% 姿态纠偏 不纠偏 少纠偏 穿下穿 减0.01MPa 越形侧穿 加0.01MPa 式 3同步注浆
?根据同步注浆使用可硬性浆液特性,盾构机配置了性能良好的双泵同步注浆系统(配置备用管路),并有回路清洗管路,避免硬性浆液堵管。同步注浆系统既可以采用单液浆,也可以采用双液浆,能及时充填管片与地层的间隙,减小沉降。
?盾构掘进注浆采用盾尾同步注浆,随着盾构推进,脱出盾尾的管片与土体间出现“建筑空隙”,该空隙用浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填。由于压入衬砌背面的浆液会发生失水收缩固结、部分浆液会劈裂到周围地层中,还有曲线推进、纠偏或盾构机抬头等原因,使得实际注浆量要超过理论建筑空隙体积。见图3-4同步注浆示意图。