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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:5166
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-02-25 13:34:29
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

洛阳轨道交通 全断面富水卵石地层盾构施工应对措施探讨

2019/8/9 15:17:00 工程地质学 王永喜,王恒,杨贵栋
资料简介

摘要: 洛阳市轨道交通 1 号线周王城广场站 - 应天门站盾构区间是洛阳市第一条地铁线路,地质为全断面富水卵石层,在洛阳地区没有成功案例经验可以借鉴,与成都、北京、兰州等城市类似,但不尽相同,渗透系数更大,自稳性更差,盾构施工更加困难。通过科学 筹划,调整渣土改良、掘进参数、优化施工方案,最终在砂卵石地层下一次性完成掘进 1219 米,为项目减少 2 次刀具检查工作,工期缩短约 3 个月,节约了刀具检查更换成本约 200 万元,同时也为同行研究刀具在洛阳砂卵石地层下掘进的磨损分析、方案制定、施工管理积累了宝贵经验。

洛阳轨道交通 全断面富水卵石地层盾构施工应对措施探讨

王永喜 王恒 杨贵栋

中铁七局集团第三工程有限公司 陕西 西安 710016

摘要:洛阳市轨道交通1号线周王城广场站-应天门站盾构区间是洛阳市第一条地铁线路,地质为全断面富水卵石层,在洛阳地区没有成功案例经验可以借鉴,与成都、北京、兰州等城市类似,但不尽相同,渗透系数更大,自稳性更差,盾构施工更加困难。通过科学筹划,调整渣土改良、掘进参数、优化施工方案,最终在砂卵石地层下一次性完成掘进1219米,为项目减少2次刀具检查工作,工期缩短约3个月,节约了刀具检查更换成本约200万元,同时也为同行研究刀具在洛阳砂卵石地层下掘进的磨损分析、方案制定、施工管理积累了宝贵经验。

1工程概况

周王城广场站-应天门站盾构区间沿中州中路敷设,左右线长度均为1219m,隧道埋深9.96-24.2m,隧道设计V型坡,最深处为联络通道,盾构主要下穿③2层粉质黏土、③4-3层细砂、③9-3层卵石、③9-4层卵石等地层,区间管片外径6200mm,采用开挖直径6470mm的中铁装备盾构施工。

1.1水文地质情况

结合地质详勘图,在施工过程中分析车站开挖样品,以及掘进取样筛分渣样,确认实际掘进的地层与地质图描述基本一致。隧道断面内前200米主要为③4-3层细砂、③9-3层地层;中间200-1000米为③9-3层卵石、③9-4层卵石全断面卵石层,其中区间400〜800米位置为③9-4全断面卵石层;1000米以后地层也主要为③4-3层细砂、③9-3层地层。岩土特性密实,饱和。漂石含量约为30%。粒径2~8cm,最大粒径超过30cm。卵石含量约为80%,充填物无黏性土和粉土。区间地下水类型为孔隙潜水,含水层为卵石层及砂层,卵石③9-3、③9-4渗透系数为80m/d,③9-4内摩擦角、承载力特征值均大。

1.2卵石层施工面对难题

砂卵石地层施工主要有以下几个困难。(1)掘进时主驱动扭矩储备要大,对盾构机性能要求高。(2)掘进时渣土塑流性、止水性差,土压平衡不易建立。会造成卵石层固结或产生排土不畅,掘进困难。(3)卵石不能破碎,刀盘刀具甚至本体产生磨损快磨损严重,换刀方案难于实施。(4)全断面卵石掘进时,刀盘掘进扰动地层容易超挖,判断不准处理不及时,地面会发生沉降或坍塌。

2、盾构机选型的应对措施

本标段盾构机选型经过多次评估,合理的配置为掘进提供了基本保障。主驱动系统采用直径3060mm主轴承,8组电机驱动功率1056kw,额定扭矩7757kNm,脱困扭矩9309kNm。主轴承外密封4道,内密封3道,设计压力5bar。刀盘为复合式6主梁+6面板结构,开挖直径Φ6470mm,开口率35%,主要以滚刀刀具为主,刀盘中心配备高压水冲刷装置。螺旋机采用双闸门,盾构设计10°的小倾角皮带机,能够将稀碴送出,保证发生喷涌时掘进施工的正常进行。设置单管单泵系统,可根据需要改善渣土的流动性、止水性、渗透性及和易性。特别是实践证明在6主梁结构比4主梁结构适应性更好。

3、盾构掘进遇到困难及处理方法

周-应区间在施工过程中,422环以前,以泡沫和膨润土进行改良,参数稳定,掘进比较顺利。但右线掘进第422环推进到1.2米时(左线晚始发,此时掘进310环),出现密集的大卵石卡塞螺机现象,导致螺机正反转不能正常工作,经过4个多小时的紧急处理,螺机成功转动,排出大量漂石,有大量粒径在35cm左右(螺机设计最大通过粒径为350mm*560mm)的漂石存在。410环开始对刀盘的数据进行分析发现,因保不住压,采用欠压掘进,推力从900T增加到1200T左右,推进速度从60mm/min降至30mm/min左右,且刀盘扭矩从3000KN.m增大到4500KN.m。425环出现刀盘扭矩增大,并且不稳定,增大至6000KN.m,其他参数基本稳定不变,同时发生严重喷涌现象,出渣有个别环多出一斗甚至二斗(约17-34方)。之后推进过程中,推进速度降低,均有多出土,扭矩跳动忽大忽小。判断边缘刀磨损严重,不能正常开挖掌子面,造成多出土。经研究,在多出土位置洞内加强二次注浆,即使地面无沉降,仍采用后退式钻注一体机从地面对隧道拱顶进行注浆填充加固。同时启动刀具检查方案,并通过调整参数和采用聚合物进行渣土改良的措施,持续向前试掘进。

3.1采用聚合物进行渣土改良

始发前期因地层粉细颗粒多,稳定性较好,和易性好,这阶段采用泡沫和膨润土进行渣土改良,效果较好,在全断面③9-4层效果不好,出现的喷涌现象,并且出土量不易控制,采用高分子聚合物改良,后续推进中,每环平均注入6方拌好的聚合物混合液,聚合物掺加量控制在0.3%,由膨润土系统注入,对③9-3、③9-4富水地层的喷涌起到了非常好的效果。

3.2合理调整掘进参数

采用聚合物改良后,明显有效改善土体塑流性。扭矩大时采用及时调整刀盘左右转,使土仓内能充分搅拌混合,增加塑流性,更利于出土。刀盘转速控制1.0-1.2,减少刀盘转动对地层扰动,并加大推力,以控制不多出土为原则,提高速度,速度控制在30mm/min以上,此时推力达到1800T,1号土压力在1.1bar,扭矩达到3800-4500KN.m,加入聚合物进行改良,未再发生喷涌现象,出土量虽较平时多出半斗,由于卵石粒径增大,属于正常情况,沉降均在10mm左右,在可控范围内。

3.3刀具检查策划与实施

根据地质资料及掘进施工出现问题,为保险起见,在425环地点,采用衡盾泥新型材料做泥膜护壁,进行带压进仓检查刀具。

3.3.1带压进仓检查刀具情况

项目编制了专项方案并经过专家评审,确定了进舱压力1.5bar,现场并进行人仓气密性试验,利用双液浆对脱出盾尾3-7环管片做封水环封堵,确定了进仓队伍和操仓人员,以及衡盾泥现场试验等准备工作。

在423、424环掘进时,加入泥浆对开挖渣土进行改良,泥浆采用膨润土:制浆剂1:制浆剂3=60:5:10(质量比)进行配对浆液,使泥浆不断渗入地层,以便在掌子面四周能渗透一定厚度的泥浆,同时保压至2.5bar并持续3小时内土压稳定不变。再打入已配置好的衡盾泥置换渣土,置换渣土前,通过前体径向孔向盾体及盾尾外侧注入衡盾泥7m3,对盾体进行包裹,衡盾泥 AB组份按照使用说明书要求拌制泵入。

盾构机采用衡盾泥形成泥模后,在置换过程中,气压很容易实现平衡,但地层渗透性太大,补气量超过规范要求10%,为确保万无一失,遵守规范规定,放弃带压方案。继续向前试掘进,采取地面预处理方案进行检查。

3.3.2素桩加固加地面降水实施情况

按照计划安排,盾构机推进同时地面降水、加固同步进行,经计算,加固方案为在刀盘前施做7根600mm一排素砼桩,在盾体周围做6口外径为600mm、内径400mm、深度41m的降水井,将掌子面范围内地下水位到3、9点以下1m,常压开仓作业。换刀点位置选525环,地面降水及素桩施工具备条件,但协调难度较大,盾构机经过聚合物改良后,虽然判断边缘刀具有磨损,但推进过程中参数无异常,并且保持每天10环左右进度向前推进,并很快到达525环位置,经过评估研究,决定将加固位置调整到665环,若征地仍不能得到解决,那时地质条件逐渐变好,断面内含有③2层粉质黏土、③4-3层细砂、③9-3层卵石,建压效果会很好,根据前一次衡盾泥做泥膜经验,把带压方案作为应急预案。

4、顺利贯通

经过精心组织实施,顺利完成区间1219m掘进。成功避免了在砂卵石地层换刀作业这一难题,并刷新了公司在砂卵石地层下的掘进延米数记录,安全顺利出洞,受到各方的高度评价。

5结束语

通过洛阳周王城广场站-应天门站盾构区间顺利施工,卵石层掘进控制注意以下要点。盾构选型要与地层匹配,技术参数合理是顺利掘进的根本保障,掘进参数控制方面速度不能低于30mm/min,采取欠压掘进时,控制好出土量。和渣土改良是解决卵石层掘进的关键,优先采用聚合物进行渣土改良。同时要创造条件采取地面预加固方案设置刀具检查点,必须经过科学评估决策,不能冒险盲目推进。同时做好应急管理,确保万无一失。希望对大家有所借鉴。

参考文献:《富水砂卵石地层盾构施工技术》是人民交通出版社 2011年4月1日出版的图书,作者杨书江

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