城市地铁盾构法施工技术综合介绍

城市地铁盾构法施工技术综合介绍

第一部分盾构的背景及我国的应用现状盾构法施工起源于1825年的欧洲,后来在日本得到广泛的应用。最初主要是过江河,修建隧道施工所必需。它的应用是解决在具有大量水域的下面修筑通道所带来的问题,这一技术的关键就是有了防护壳体,有了抵挡坍塌的各种措施。由于这种工法的这一特性,使之在城市地下工程上得以广泛应用。

城市地铁隧道的施工特点是地上有建筑物、街道、各种管网、人口密集、环保要求高、及由此带来的交通、商业等经济影响大。盾构法的特点,关键就是可实现对城市地面无扰动、少扰动而进行的地下作业。

盾构法施工关键设备:盾构机

盾构机的工作原理这里不作介绍,强调的关键是,盾构机它有防护,在整个盾构施工过程中,有三个位置是活动密封:⑴盾体与管环之间;⑵刀盘转动轴承;⑶铰接。

由于很多地区地质条件不均一,针对不同条件的地质,不同时期的制造业技术水平,出现有了很多种不同的盾构机,例如:网格式、气压、泥水及土压平衡式等。就是某一种具体机型又有了很多不同的配置,使用于不同地质条件。而且很多城市地下的地质条件并不均衡,以广州为例,有从软到硬,几乎包括了各种地质条件。盾构机本身是一种适应性施工设备组合,他的针对性很强,正常工作法是要根据

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不同的地质条件,而量身定做不同的盾构机。

在国内,由于其不同的地下形成条件,大体有如下几类:

一是以上海为代表的软土地层的盾构法施工,这种地层总体上来讲比较均匀是最适用盾构法的,而且盾构法应用技术比较完善,消耗较低,比较其他方法来说,盾构

法具有较强的优势。与之相类似的有苏州,无锡,杭州,天津,南京等冲、洪积形成的地层。

二是广州为代表的混合岩等不均质地层。这种地层变化率较大,从盾构机掘不动的硬岩(或者说是用盾构机掘进代价太大),到淤泥质流塑土、砂。要求盾构机能力较强,较全。同时所需用辅助工法应用较多,类似的地区有深圳,武汉,南宁,长沙等。

三是以北京为代表的我国北方部分,地下水位较低,而主要以土质为主的地下

结构地区。这些地区盾构法施工比矿山法明显优势是安全和效率。

四是如成都地区的砂石卵石冲积地层。既有硬岩地层的强磨耗特性,又有一定的软土地层特性,如整体性不好,自身稳定性不强,需要的辅助工法较多。盾构法施工成本较高。

随着国民经济发展,国力的增强,中心城市人口、产业、经济的发展,城市地铁迅速发展,国内地铁,轻轨迅速建设也在迅速发展。现有已在施工的城市有:上海,广州,南京,深圳,北京,成都,武汉,西安,苏州,杭州,天津,沈阳,哈尔滨,长春,正在筹建和准备开工的还有长沙,南宁,无锡。地铁施工预计30——40年内,国内发展空间已形成共识。市区内地下,郊区,城际之间地上,而无论

哪个中心城市,市区内均以盾构法做区间施工为最优方案,为什么?来源于经济和政治两方面。

与盾构法相比较的无外乎矿山法和明挖法,后两种工法在市区内,从占地,人文,建筑物,商业等诸多方面均已无法和盾构法相比,就施工造价比较,随着盾构法应用成熟、发展也已无可争议的形成优势。

盾构法应用离不开盾构机,盾构机也的确是个具有完整系统功能的机械,但它

最终还是一台机械,一套设备。盾构机的产生原理是根据不同的隧道要求在具体的

地层条件下设计,制造的机械,这样一来,就不可能有一种万能盾构机,让我们人类一劳永逸用之。机械不可变,人是高度灵活的。根据不同的地质条件,不同地层的差别,选用盾构机是尤为重要,而更还需有多种不同辅助工法和施工技术的介入,完善盾构法施工的能力。

第二部分集团公司应用的主要技术下面介绍的是这几年来,集团公司在城市地铁施工中采用的主要盾构法施工技术。

一、盾构机的始发和到达施工技术

盾构机的始发和到达时,控制的关键为盾构机机头在洞口范围内的土体稳定。由于机器的进、出洞,在站、井的维护结构中间形成了通道,靠机器本身的装置无法实现安全、可靠地抵抗土体的压力,因此主要靠端头加固来解决。

常用的有搅拌桩,旋喷桩,砼桩,降水、冷冻等方法。近几年我

公司分别在各种地层条件下胜利完成了32台次盾构机进、出洞施工,虽曾经

历各种不同的困难,但均能保证安全和质量,有软土底层条件下,有富含水中粗砂层等等,特别是广州地铁二、八线南洛区间盾构机到达端有近一米的富含水中粗砂层,洞身上部沙层覆盖范围12~ 13m。通过水平注普通水泥双液浆,注超细水泥双液

浆、注化学浆液、通过改造盾构机在盾体周围注化学浆、注聚氨酯等特殊处理措施,保证了盾构机安全进入吊出车站,顺利完成了盾构机解体吊出。(此种工艺在广州地铁施工领域尚属首次。)

二、盾构机掘进硬岩地层技术

广地4号线仑大区间,每条线均要通过200m硬岩,采用了盾构法,岩石最大单

轴抗压强度达到了100MPa,每条线消耗刀圈1.5盘。

1、长距离硬岩段掘进需克服的难题

⑴硬岩掘进速度慢

传统盾构刀盘上的软土刮刀破岩效率低,甚至完全不能破岩。

⑵刀具磨损快

在硬岩地层条件下掘进,刀具磨损严重,且在控制不当的情况下易造成刀具非

正常损坏,进一步可能对刀盘造成磨损或损坏。

⑶管片极易上浮

2、长距离硬岩掘进技术要点

⑴控制推进速度及刀盘转速,选择适当的刀具贯入度,以减小刀具磨损。为延

长刀具的使用寿命,在施工中向刀盘前加入水或泡沫,减小刀盘扭矩,降低刀具温度。

⑵隧道穿越微风化地层时,刀具磨损较多,因此在掘进过程中,需合理选择推力,充分利用滚刀切割硬岩,及时添加泡沫减小摩擦力。

⑶加强刀具管理,勤检查、勤更换。

⑷硬岩掘进控制管片上浮

①原因分析:

在硬岩地层中,管片脱出盾尾后,由于其岩层的稳定性,环形建筑空间在相对长的时间内是稳定的,如不及时充填此空间,脱出盾尾的管片便处于无约束的状态,给管片的位移提供了可能的条件。在透水地层中盾构掘进形成的环形建筑空间在充满水的情况下,管片有上浮的趋势。