成都轨道建设管理有限公司 四川成都市 610041
摘要:新建盾构隧道下穿既有地铁线路施工时会引发交汇段地表沉降叠加,对既有地铁线路运营安全产生威胁。本文以成都砂卵石地层新建地铁6号钱盾构始发段下穿既有3号线施工为例,针对盾构在始发端头下穿施工时存在的建压困难、沉降控制难度大、施工安全风险高等难题,采用了始发延长钢环密封保压、中盾注浆盾构间隙、辅助注浆纠偏、自动化实时监测等技术措施及管理手段,顺利通过下穿既有地铁。
关键词:盾构穿越既有线.始发阶段.近距离.
1引言
以往,成都市新建隧道下穿既有线均采用矿山法工艺通过,虽工艺较成熟,但时间长,效率低下,满足不了今后轨道交通加速成网、飞速发展的大环境和要求,新建6号线盾构下穿既有3号线实属首次。而成都地铁3号线的安全及正常运营重要性不言而喻,容不得半点差错,这就对新建盾构隧道施工提出了严格的工程控制要求,亟需有效、实用、系统的控制既有线变形的整套施工技术,以指导在已建线路附近进行的新建盾构隧道施工。因而,亟需对成都地铁6号线人~前区间下穿既有3号线工程控制系统开展深入研究。
2区间概况及风险、难点分析
2.1区间概况及水文地质
梁家巷至前锋路站区间下穿既有3号线段地层均位于饱和、中密卵石层,地质自稳性差。处于岷江水系冲积平原一级阶地,地表水主要为府河水。地下水主要有3种类型:一是上层滞水赋存于黏性土层之上填土层中,二是孔隙潜水位于第四系砂、卵石土层,三是基岩裂隙水。
2.2与既有线位置关系
6号线梁家巷站~前锋路站盾构区间于大里程端下穿既有3号线,里程范围为YCK31+202.578~YCK31+240.578。既有3号线至前锋路车站主体端墙外侧距离为8m,正穿长度为20m;下穿处盾构隧道埋深20.39m,与3号线既有盾构隧道竖向净距约为4.065m。
2.3工程风险和难点分析
2.3.1始发即下穿,净距小
6号线梁~前盾构区间于前锋路站小里程端始发8m后即下穿既有3号线,正穿长度为20m,影响范围长度38m;下穿处盾构隧道埋深20.39m,与3号线既有盾构隧道竖向净距4.065m。
2.3.2端头加固范围有限,效果较差
车站端头受改迁自来水、污水和雨水管影响,能进行端头加固的范围仅为设计范围的四分之一,且部分加固深度无法达到设计深度,加固效果较差
3各项针对性控制措施
3.1有限元分析计算
由于盾构始发及接收15m范围为风险最高的部分,管棚群超前加固对15m范围加固控制相对较好,计算对远端既有线下方加固进行折减考虑。管棚群为146管棚,管内注浆充填并打设溢浆孔对周边围岩进行注浆,根据现场情况按拱顶150度管棚打设考虑,同时对盾构推进时按盾壳上方按纵向4m漏空进行考虑。计算模型1:对管棚群形成的壳体厚度按0.5m考虑,注浆达到C25砼弹性模量折减0.6为2.8x104x0.6=1.68x104MPa;模型2:按梁单元考虑管棚作用,将双排管棚按刚度等效拆管成单排管棚进行计算。
由计算可知,两种模型计算出盾构下穿3号线引起既有线最大沉降为2.79mm。由此可见管棚群对盾构上方土体及既有线可起到有效支撑作用。
3.2超前预加固
地面竖向加固:端头竖向采用Φ42@1000mm袖阀管注浆加固。平面加固范围:由主体围护桩外侧沿掘进方向纵向长度4m,横向宽度16m,即加固平面范围为4m*16m。竖向垂直加固范围:由地面至洞身隧道中部整个竖向高度范围24m。
管棚群加固:端头采用Φ194×10mm+Φ146×10mm管棚进行管棚群超前支护,分4层打设,上面两层管棚打设长度为30m,下面两层管棚打设长度为33m。两排Φ194mm钢管布设在隧道圆心角180°范围拱部,两排Φ146mm钢管水平布设在Φ194钢管上方。
3.3盾构机选型
下穿既有3号线段地层均位于饱和、中密卵石层,砂卵石地层掘进盾构机需要适应以下2个特点:
(1)砂卵石地层一旦扰动,地层反应灵敏、范围大,开挖面失稳易产生坍塌;地表沉降不易控制。
(2)卵石颗粒的流塑性、改良性差;刀具、刀盘、螺旋机磨损严重;大粒径卵石存在卡刀盘与螺旋机风险;刀盘扭矩大;土压平衡不易实现,当渣土改良不好时,建立土仓压力则刀盘扭矩急剧增大,可能导致盾体管片扭转。若不建立土仓压力掌子面容易失稳,地面沉降会过大。
为此,选用土压平衡铁建重工340、347盾构机,此两台盾构机先后在成都地层掘进过,且性能优良,能够满足成都地层的要求。
3.4对既有盾构机针对性的改造
(1)刀盘为面板式,开口率36%左右,开口处设有网格栅,面板上加焊更密、更耐磨的耐磨板。
(2)滚刀配置:刀盘周边配置10把双刃滚刀;正面采取22把单刃滚刀,其刀具配置形式以刀尖轨迹为依据,保证其刀尖轨迹间距在100mm左右,同时保证对称配置;刀盘中心1~8#配置4把双联滚刀;为了提高正面单刃滚刀的极限磨损,刀圈从以前的432mm加大到448mm,提高使用周期,减少因换刀而导致的停机。
(3)磨损检测:刀盘设置有2处磨损检测装置,以及时判断刀盘刀具磨损情况,防止刀盘盘体被磨损破坏。
(4)泡沫剂注入系统:盾构配置4组单管单泵单喷口泡沫注入系统。
①泡沫系统采用单管单泵的方式,每路泡沫均可独立工作。
②采取预混合方式,增强发泡效果,降低泡沫消耗量。
③为便于维修或更换,喷口总成改成从刀盘背面抽出。
(5)膨润土系统:配置有2台单独膨润土泵;2台泵可通过单独管路向刀盘前注入用于渣土改良,也可一路注入盾体外
4盾构始发延长钢环密封辅助工法
4.1始发延长钢环
前锋路站始发采用的盾构机的盾体长度为8.8m,为确保盾构刀盘在进入既有3号线前土仓能够提前建压,减少刀盘上方土体的坠落,在盾构始发时采用洞门延长钢环,钢环长度为2m,延长钢环与洞门预埋环板满焊连接口。
5结论
(1)打设35m长管棚可满足下穿既有地铁隧道长度要求,且适用于成都砂卵石地层,效果较好。
(2)采用延长钢环密封用于始发端下穿既有线运营地铁施工,可以提前封堵洞门,提前建立土压,有效地防止始发时土压力降低而产生的提前沉降,对今后类似工程有一定的借鉴意义。
(3)采用盾构机中盾径向孔在盾构机下穿过程中同步进行中盾注浆,有效地防止盾体通过时产生的沉降。
(4)设置自动化监测装置监测既有线隧道,是进行指导盾构施工的眼睛,也是既有线行车安全的重要保障。
参考文献:
[1]吴全立,王梦恕,朱磊,等.盾构近始发端头下穿既有地铁线路的综合施工技术研究[J].现代隧道技术,2016,53(4):134-142.
[2]唐诚.关于我国地铁施工事故的研究[J].北方交通,2013(S2):90-92.
论文作者:宋闻
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第23期
论文发表时间:2019/7/22
标签:盾构论文; 卵石论文; 隧道论文; 地层论文; 地铁论文; 前锋论文; 成都论文; 《建筑模拟》2019年第23期论文;