盾构法在富水砂卵石地层中始发段近距离穿越既有地铁线路技术论文_宋闻

宋闻

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

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