软弱地层地铁盾构综合施工技术研究
4）控制管片拼装质量
在盾构机推进过程中，由于管片与盾构机的相对位置常常不能保持理想状态，管片的环面与盾构机推进方向存在一定夹角，盾尾间隙上下、左右产生一定的偏差，影响盾构姿态的正常调整，故要求其环面不平整度应<3mm，相邻环高差<4mm、环纵缝张开<2mm。 2.3.2 盾构机姿态的预偏
《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299—1999)规定:“盾构掘进中应严格控制轴线平面位置和高程,其允许偏差均为50mm,发现偏差应逐步纠正,不得猛纠硬调”。但是由于地质条件的变异性、施工工艺的局限性和掘进姿态控制的准确性,在实际施工过程中一般常出现超出规范要求的现象。而且由于成型管片后期位移,即使盾构沿线路轴线掘进也不一定保证成型隧道与设计线路相吻合。为了控制隧道轴线最终偏差控制在规范要求的范围内,盾构掘进时,考虑给隧道预留一定的偏移量。将盾构沿曲线的割线方向掘进,管片拼装时轴线位于弧线的内侧,以使管片出盾尾后受侧向分力向弧线外侧偏移时留有预偏量。而预偏量的确定往往须依据理论计算测量监测数据分析和施工实践经验的综合分析得出,同时需考虑掘进区域所处的地层情况。 2.2.4盾构掘进姿态不良时的纠偏
盾构姿态控制与纠偏就是指如何合理进行操作,使盾构机沿着设计隧道轴线前进。软土地层具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、灵敏度高和易触变、流变的特性,在外动力作用下土体结构极易破坏,区间隧道线穿行于软土地层中盾构姿态极不理想,当盾构轴线偏离设计轴线时又应如何操作使其尽快回到设计轴线上来。盾构机在掘进过程中纠偏时必须有计划有步骤地进行,进行纠偏时应该注意以下几点：
(1)在掘进过程中随时注意滚角的变化,及时根据盾构机的滚角值调整刀盘的转动方向。
(2)应根据各段地质情况对各项掘进参数进行调整。
(3)在纠偏过程中,掘进速度要放慢,并且要注意避免纠偏时由于单侧千斤顶受力过大对管片造成的破损。
(4)尽量选择合理的管片类型,避免认为因素对盾构机姿态造成过大的影响,
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严格管片拼装质量,避免因此而引起的对盾构机姿态的调整。
(5)在纠偏时,要密切注意盾构机的姿态、管片的选型及盾尾的间隙等,盾尾与管片四周的间隙要均匀。
(6)当盾构机偏离设计轴线较大时,不得猛纠猛调,避免往相反方向纠偏过大。 2.2.4.1 常用纠偏方法
在软土地层中,由于盾构机刀盘重盾尾轻,以及管片上浮带动盾构机盾尾上翅,最常见的就是盾构机的“磕头”现象;软土地层的承载力较弱,盾构机在掘进过程中易出现整体下沉;对于软弱富水地层,装液场受到地下水稀释,在很长一段时间内未达初凝而处于流塑状态,易造成了盾构机的不稳和上浮。另一方面,为防止地面沉降,菜液的注入率一般较大,然而过多的装液在地下密闭空间内无处可去,只能将盾构机抬高,造成盾尾的反常隆起。
针对软土地层中常见的几种盾构姿态问题进行分析,并给出建议性的纠偏方法。
1、千斤顶编组与油压调整
盾构机掘进是在千斤顶推力作用下完成的,合理选择盾构千斤顶的使用区域、个数及推力,对于保证盾构机沿设定的隧道理论轴线进行推进式至关重要的。千斤顶编组是通过对千斤顶的选用,使千斤顶合力位置和外力合力位置组成一个有利于纠偏的力偶,从而调整高程位置和平面位置。千斤顶编组适用于盾构掘进的各种情况,是盾构弯道掘进和姿态调整的主要控制方法。盾构机PLC控制系统将盾构千斤顶设为4个控制区间,分别为上、下、左、右4组千斤顶,4组千斤顶可分配不同的油压获得相应的推力。通过对千斤顶各区域的油压的调整,增加或减小各区域油压以此来增加纠偏力偶。
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图1-10 千斤顶分组图
2、梁用楔形衬砌环修正
盾构机在转弯或纠偏时,除了安装不同方向的模形管片外,还可在管片背对千斤顶环缝凹处分段粘贴不同厚度的低￡E石棉橡胶板,使之受压后形成一平整楔形环面,以达到转弯和纠偏的目的(该项工作对管片法面及环纵缝的纠偏尤其重要。
3、采用盾构“铰接”装置
盾构机的“铰接”装置是盾构机本身在中部能够产生一定角度的折角,一般控制在2° ,使用“铰接”装置能够很方便的使盾构机能够向所需要的方向掘进。
4、同步注浆控制
同步注菜时应严格控制注装质量,根据施工条件尽量缩短榮液的凝结时间,同步注浆量达到设计要求值,保证管片衬砲环能够与土体密贴,提供给盾构主机足够的抗扭转摩阻力,防止盾构产生过大滚动,保证管片环自身稳定。应优先选用双液装,加强土层的承载力和提高盾壳与周围土体的摩阻力。使用不对称注浆,利用注浆压力对管片与盾构机的相对位置进行调整改变管片姿态。注浆过程中,可根据实际需要确定注装孔位及每个注楽孔的注浆压力和注浆量。对于注衆过多引起的盾构机上浮的情况,应适当减少装液的注入量。该方法可以减少周围土体的松动,增强管片的稳定性和达到修正隧道蛇行的目的。注浆过程中,可根据实际需要确定注楽孔位及每个注浆孔的注装压力和注入量。特殊情况下,可以采用不对称注菜,利用注装压力对管片与盾构机的相对位置进行调整改变管片姿态。
5、抛压重物控制
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武汉轨道交通6号线某盾构施工区间盾构机掘进过程中出现姿态不良现象,由于土层软弱含水量较大,造成盾构机头部下栽盾尾上浮的\礎头”现象。从盾构机重量分布出发,在盾尾部分抛压一些重物,如钢块等,以此來平衡盾构的重量,使盾尾沉了下来。
6、使用仿形刀。
仿形刀是盾构掘进时纠偏的有力武器,它能够在盾构机刀盘上下左右等各个方向超挖,减轻须纠偏方向的土压,以利于盾构机头向所需要的方向转弯。 2.2.4.2 纠偏量的计算
1）方向修正量
在决定盾构方向修正量时,应进行盾构位置、方向变化的模拟,必须明确偏离修正的方针。设盾构推进微小距离△L:时,对应的方向变化角为θ,则对应计划线形的偏离量的变化为δ,由图1-11可知,δ可按下式计算:
图1-11 纠偏过程中盾构位置预测 ???1??2?1?(?h0??t0)?L/L?2??p?L1sin???R(1?cos?)??L(1?cos?)/?2sin(?/2)?式中:δ1——偏离计划方向差的变位量;
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δ2——方向修正的变位量; δ
h0——掘削面现时变位量;
δt0——盾尾现时的偏离量; δp——盾尾旋转位置的变位量
必须注意盾构的实际掘进方向与其姿态方向是不一致的。特别是纵断面方向的盾构高程变化,由盾构自重力与地耐力的关系可知,盾构的方向与实际掘进的方向存在一定的差异。在预测盾构位置时,应选用包含这种变化的模型,决定方向修正量。在掌握盾构变化时,应考虑给出某方向修正量时偏离变化的实际值。为此,应作出描绘盾构偏离状态的图画,分析倾向作必要管理。随后用计算机分析处理这些倾向。
2）方向变化
方向修正量,就平面方向而言,通常是把方向角变化量,或者掘削面至盾尾偏移量的变化量换算成左右推进千斤顶行程的变化量(见图1-12),对纵断面方向而言,同样是换算成上下千斤顶的行程变化量,或者利用倾斜机给出纵向变化量。
图1-12 反向修正量的计算方法
推进中的方向变化,可通过行程计测得的左右推进千斤顶的行程差、陀螺仪方位角的变化、倾斜仪的纵向角等参数的变化掌握。监视这些推进数据与目标值的对比结果,改变千斤顶的模式,改变盾构的方向。
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