表层多为石质路面。区间范围内分布较广泛,基本上分布于地表,局部分布于杂填土或填石之下,该层厚度起伏较大,厚0~6.90m。由于隧道大多在11~27m的地下穿行,对区间隧道的盾构施工影响小,仅限于盾构起吊井附近。
软土:淤泥质粘土。灰黑色、深灰色、软塑状,局部为流塑状,粘性土中含有机质,稍具臭味,局部含少量砂。钻孔揭示该层主要呈透镜状分布于填土及虫轰击冲洪积层之间,厚约0~3.70m,可能发生软土震陷。但区间采取盾构法进行施工,软土层位于隧道顶部以外,软土震陷对隧道工程影响很小。
殘积土及凝灰质粉砂岩风化岩:凝灰质粉砂岩均匀性较差,强度不一,接近地表的残疾土受水的淋滤作用,形成网紋结构,土质较坚硬,而其下强度较低,再下由于分化程度减弱强度逐渐增加。凝灰质粉砂岩殘积层及全风化具有与水软化、崩解,强度急剧的降低特点,基坑开挖中应及时封底、支护;强风化岩具有软硬不均特点。
凝灰质粉砂岩风化残积土,厚度变化幅度大。区间隧道基本位于风化岩层〈15-2〉、〈15-3〉、〈15-4〉及断层破碎带中。残积土分布局限,对隧道施工影响较小;全风化岩呈尖硬土状;强风化岩呈半坚硬土夹少量碎块状,软硬不均。残积土、全、强风化岩层具有遇水软化、崩解,强度急剧降低的特点。 1.5水文地质
区间范围地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。
第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂(砾)质粘土层、人工素填土层中。地下水水位埋深2.03~4.95m,以孔隙潜水为主,局部地段微承压。主要由大气降水补给。水量较丰富,水质易被污染。
岩层裂隙水较发育,但广泛分布在砂岩的中~强风化带、构造节理裂隙密集带中。富水性因基岩裂隙发育程度、贯通度、与地表水源的连通性而变化,主要由大气降水、孔隙潜水补给,局部具有承压性。 1.6工程特点
本区间左右线穿越许多重要建筑及管线,盾构掘进施工对周围环境保护要
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求极高,施工风险及难度相当大,本工程主要有以下特点:
1)隧道洞身位于残积土层、全及强风化岩、中微风化岩层中,盾构掘进过程中,压力过大或过小,可能引起地面沉降、塌陷或者地面隆起。
2)同一断面软硬相间地段盾构掘进过程中,盾构机可能发生偏移或被卡住。中等风化地段防止盾构机刀片被硬岩损坏。
3)隧道穿越强风化岩层,岩体破碎或半岩半土状,易形成洞顶坍塌。 4)隧道穿越FL6断层附近时,可能出现突水、涌砂及涌泥现象,施工中应作好相应的预防工作。
5)隧道底板埋深较深,局部基岩裂隙水可能承压,产生涌水、突水现象。施工止水会引起地下水局部上升,使影响范围内的部分岩土体软化,强度降低。若止水不当,易使管片上浮形成错台。
6)部分地段盾构穿越微风化带,根据取样,单轴抗压强度为90.7Mpa,对刀盘是个极大考验 。 7)既有建筑物
线路由叠线形式出站后拉开,下穿文锦路口到达黄贝岭站。深南东路现为双向八车道道路,路面交通繁忙。两旁为多层或高层建筑,建筑物密集,商业繁华,人流密度较大。其中主要建筑物有罗湖商务中心、京鹏大厦、南方国际大酒店。区间由黄贝岭站单台盾构机右线始发,到达东门南站后,盾构隧道叠线出东门南站时,离建筑物较近,最近距离约为1.5m左右,地表沉降需严格控制。区间隧道离罗湖商业中心建筑物桩基础最小水平间距1.3m,下穿其预应力锚杆,竖向间距0.4m。
二. 盾构施工法概述及盾构机的选型 2.1盾构施工法概述
盾构施工法于19世纪初在英国开始使用,经过反复摸索,在近30~40年间取得了飞速发展,现在,该施工法已同矿山法一起成为城市隧道施工的两大主要施工方法。20世纪90年代该项技术被引进我国,主要集中应用盾构技术
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来进行上、下水道、电力通讯隧道、人防工事、地铁隧道等施工。目前在上海、广州、深圳、南京等城市已经开始采用盾构法来施工地铁隧道,盾构法在国内逐渐开始发展普及。
盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行,因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。其主要施工程序为:
1、建造盾构工作井 2、盾构机安装就位 3、出洞口土体加固处理 4、初推段盾构掘进施工 5、隧道正常连续掘进施工 6、盾构接收井洞口的土体加固处理 7、盾构进入接收井解体吊出 盾构施工与矿山法施工具有以下优点:
1、地面作业少,隐蔽性好,因噪音、振动引起的环境影响小; 2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快; 3、因隧道衬砌属工厂预制,质量有保证;
4、穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时,周围可不受施工影响; 5、穿越河底或海底时,隧道施工不影响航道,也完全不受气候影响; 6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全; 7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响。 盾构法施工也存在一些缺点:
1、一次性投入大,施工设备费用较高; 2、覆土较浅时,地表沉降较难控制;
3、用于施作小曲率半径(R<20D)隧道时掘进较困难。
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2.2盾构机的选型
盾构施工法大体上分为开放式和封闭式两种。开放式就是没有隔墙而工作面开放的盾构,考虑到确保工作面稳定、高压气下的作业环境等问题,目前已基本上不再采用这个方法。
封闭式盾构是一个设有隔墙且用土或者泥水充满其室内,使土或者泥水保持一定的压力,以获得稳定的工作面的机械挖掘式盾构,即使在复杂围岩条件下,原则上也不需要实施辅助施工方法。由于可以控制工作面的稳定,所以对周围地基的影响小,目前,在施工中使用的绝大部分都是封闭式盾构。
根据工作面保持方法的不同,封闭式盾构又分为土压式盾构和泥水式盾构。另外,根据是否有将挖掘出的沙土泥土化的添加剂注入装置,又将土压式盾构细分为土压盾构和加泥式土压平衡盾构。
加泥式土压平衡盾构适用的土质为冲积砂砾、水、淤泥、粘土等固结度较低的软地基、洪积地基以及软硬相叠地基等,从土质面积来看它的适用范围最广。但是,在高水压地基中,仅仅用螺旋输送机往往难以满足施工要求,所以有必要考虑安装各种压力送料装置、改良挖掘地质的性状等措施。
泥水式盾构,其泥水压管理比较容易。由于可以通过选择不同的土质范围比较广,比如冲积砂砾、沙、淤泥、粘土层或者叠层中地基结构松软层、含水量较高而工作面不稳定层、以及洪积砂砾、沙、淤泥、粘土层,或者相叠层中水分较多,有可能由涌水引起地基崩坍层等。但是,在透水性较高的地基、巨砾地基中,工作面的稳定往往比较困难,所以有必要考虑采用辅助施工法。另外,还需要一定的基地面积,以保证安放泥水处理设备。
盾构分类表
按开挖方式分 1、手掘式 2、半机械式 3、机械式 按挡土形式分 1、开放式 2、密闭式 按工作面加压方式分 1、气压式 2、泥水式 3、土压平衡式(削土、加泥) 13
与其它隧道施工方法不同,盾构机是根据每一个施工区段的地质条件、地下水条件、隧道断面大小、区间线路条件、周围建筑物环境等条件进行设计制作。所以,盾构机不是通用机械,而是针对于某种条件的专用机械。也就是说一般很难将盾构机转用到设计隧道以外的工程中加以利用。
盾构机在地下的施工是不可后退的。当盾构机在地下开始掘进施工后,就很难对盾构机的结构组成进行修改。除刀头等部位可以通过特殊的设计得到更换以外,盾构刀盘、压力舱、排土器、推进系统等很难在施工过程中进行修改。
从这两点可知,盾构机的设计、制作从根本上决定了隧道施工的成功与否,是盾构隧道施工的最关键的环节。为了设计最为合理的盾构机械就必须进行周密的盾构选型工作。可根据下述流程图进行考虑:
盾构选型流程图:
工作面稳定不好时 现场原位地层工作面稳定程度 测定水压、松弛土层或围岩压力 衬砌安装机械系统 讨论工作面是否稳定 砼供给系统 装配式衬砌 根据衬砌类型选择配套系统 挤压式砼衬砌 根据设计断面选择盾构
14 机种及辅助工法 的综合比较分析 辅助工法种类及适用性的校核: ①压气工法; ②降水法; ③化学注浆法; ④冻结法。 地质条件以外的条件: ①工期;②外径、机长; ③造价;④环境因数; ⑤沿线条件;⑥基地条件;⑦设计线路,线型条件; ⑧给排水条件及通风条件。