混合地層泥水盾構施工工法

混合地層泥水盾構施工工法

《混合地層泥水盾構施工工法》是廣東省基礎工程公司廣東省建築工程集團有限公司完成的建築類施工工法;作者分別是鐘顯奇、邵孟新、易覺、賴偉文、劉聯偉;適用範圍是不同成因的岩土層中的盾構隧道掘進,尤其適應在軟弱土層、強透水地層、頂部易坍塌而底部堅硬進尺困難的上軟下硬地層等單一或混合地層中掘進,也適合在地表沉降控制要求很高的工程區段中。

《混合地層泥水盾構施工工法》主要的工法特點是對地層和環境的適應能力強;掌子面穩定性高;地面沉降易控制;泥漿渣土機械強制分離;工人的工作環境好,安全性高。

2008年1月31日,《混合地層泥水盾構施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

  • 中文名:混合地層泥水盾構施工工法
  • 工法編號: YJGF218-2006
  • 完成單位:廣東省基礎工程公司、廣東省建築工程集團有限公司
  • 主要完成人:鐘顯奇、邵孟新、易覺、賴偉文、劉聯偉
  • 審批單位:中華人民共和國住房和城鄉建設部
  • 主要榮譽:國家二級工法(2005-2006年度)
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

隨著現代社會的升級發展,地下工程越來越多,尤其在能源、通信及城市市政工程建設方面,越來越廣泛套用非開挖施工技術,其中盾構施工技術替代明挖法和部分礦山法,成為非開挖方式中的重要前沿技術,而泥水盾構屬於機械密閉式盾構的一種更複雜的、自動化程度更高的、適用範圍最廣的盾構施工技術。
在廣州地區進行推廣盾構隧道施工技術,遇到面臨建築物密集,市政設施眾多的難題,以及河網密布,工程地質和水文地質條件複雜多變的難題,地下水量豐富的地層中既有軟弱的流塑狀淤泥、淤泥質土、淤泥質砂層和粉細砂(2-1、2-2),又有強滲水的鬆散的中砂、粗砂和礫砂(2-3、3-1、3-2層),既有極堅硬的、含高承壓水的斷層破碎帶,又有完整的、高強度的岩層(8、9層),還有高黏性的極易產生泥餅的殘積土、全風化岩和強風化岩(5-1、5-2、6、7層)。因此,對盾構隧道施工工藝提出了更高的要求。
廣東省基礎工程公司依託廣州市軌道交通三號線(瀝至大石區間)盾構工程,開展技術創新,取得了“泥水盾構施工技術在廣州地區複雜地質條件下的套用”的成果,同時,形成了《混合地層泥水盾構施工工法》,該工法的推廣套用產生了明顯的社會效益和經濟效益。

工法特點

《混合地層泥水盾構施工工法》具有以下特點:
(1)對地層和環境的適應能力強。覆蓋了從軟土到硬岩等不同成因的地層,對於氣壓和土壓盾構難以施工的高透水砂層、高水壓礫石層、淺覆土過江等均能進行施工,並獨創感測器法測量江底沉降。
(2)掌子面穩定性高。採用泥水加壓平衡原理在開挖面上產生護壁作用,能使開挖面保持穩定,尤其在穩定性差的土層中,通過調整切口水壓力,較好地確保了施工安全。
(3)地面沉降易控制。由於採用泥水平衡,切口水壓較易控制,且採用雙液(水泥漿+水玻璃)同步注漿和管片二次注漿工藝,使盾構施工及後續沉降均得到較好的控制。
(4)泥漿渣土機械強制分離。使用具有自主智慧財產權的泥水分離處理系統可分離出適合棄土場地要求和便於運輸的含水砂土。
(5)工人的工作環境好,安全性高。由於採用了水力機械管道輸送泥漿和排渣,占用空間小,自動化程度高,故隧道內作業環境好,作業安全性高。

操作原理

適用範圍

《混合地層泥水盾構施工工法》適合在不同成因的岩土層中進行盾構隧道掘進,尤其適應在軟弱土層、強透水地層、頂部易坍塌而底部堅硬進尺困難的上軟下硬地層等單一或混合地層中掘進。
《混合地層泥水盾構施工工法》適合在地表沉降控制要求很高的工程區段中。

工藝原理

《混合地層泥水盾構施工工法》的工藝原理敘述如下:
泥水平衡盾構工作原理如圖1所示。由P1泵或增加中繼泵將滿足施工的泥漿從調整槽內送入盾構泥水艙,使泥水艙內保持一定的泥水濃度和壓力,推進時盾構前部的刀盤旋轉切削開挖面土體,切削下來的原狀土以條狀或塊狀從刀盤開口被擠壓進入泥水艙,在泥水倉經過攪拌棒攪拌合水流的沖刷下與水流混合,再由P2…Pn泵輸送到地面泥水分離處理系統,泥渣與泥水分離,從混合泥漿中回收的泥漿進入調整槽調整後重複利用,另一部分劣質泥漿或乾土外運排放。圖中MV閥一般常閉,V1…V5閥為狀態互換閥,通過閥的切換,分別形成靜止、掘進、旁通、逆循環等四種工作狀態。P0泵用於增加泥水倉的流速。
混合地層泥水盾構施工工法
圖1 泥水平衡盾構工作原理
值得注意的是無論是推進階段還是拼裝階段,在開挖面始終保持著泥水壓力略大於地下水壓力,泥水在土層中形成一層泥膜,當刀盤刀頭將泥膜切削後,新的泥膜很快形成,周而復始,這層泥膜始終保持著阻止泥水壓力的損失,從而維持開挖面的穩定。

施工工藝

  • 工藝流程
《混合地層泥水盾構施工工法》的工藝流程是:
施工準備(包括洞口加固,門式起重機、泥水系統、同步注漿、中央控制室等設備安裝)→井下軌道、托架及反力架安裝→盾構就位安裝調試→系統總調試→負環拼裝→洞口止水裝置安裝和洞門混凝土鑿除→盾構機出洞→盾構推進、同步注漿(施工參數的採集與調整)→管片拼裝→二次補充注漿→盾構進洞→拆除盾構、車架及其他設備→竣工。
  • 操作要點
《混合地層泥水盾構施工工法》的施工要點基本類同於其他盾構,除了一些共性外,還需掌握以下要領。
一、泥水管理
泥水管理就是對泥漿質量的控制,即對泥漿四大要素的調整。四大要素為:最大顆粒粒徑及粒徑分布,泥漿密度、黏度和泥水壓力。
(1)泥水配合比
出洞初期要配製大量的工作泥漿。工作泥漿的配製分2種,即天然土泥漿和膨潤土泥漿,前者成本低,但在天然黏土中或多或少存在一些雜質、粉細砂等,故質量不太高;後者成本高,但泥漿的質量可以得到保證。
天然土泥漿配合比(重量比)為天然黏土:CMC:純鹼:水=400:2.2:11:700。
膨潤土泥漿配合比(重量比)為膨潤土:CMC:純鹼:水=250:2.2:11:850。
泥漿質量控制指標:根據不同的地層,泥漿密度1.05~1.35克/立方厘米;泥漿黏度20~35秒(漏斗黏度);析水率<5%;顆粒<74微米。
(2)泥水的檢查和調整
在具體施工中,要配備實驗室和專門技術人員每隔2環對泥水進行測定,一旦發現泥漿劣化,要及時進行調整。也要根據土質的不同,及時對泥漿密度加以調整。泥水相對密度的調整確保調整槽內裝有已完成一次處理作業的適量泥漿,再向槽內稀釋水或50%濃度的泥漿,調製成送漿相對密度。
二、掘進管理
泥水加壓平衡盾構掘進是一個均衡、連續的施工過程,掘進管理是一個系統的管理,中央控制室是系統管理的中樞。在盾構每環掘進前要發出正確無誤的指令;在掘進中要密切注意各個施工參數的變化情況;在掘進結束後根據採集到的各種數據進行分析,作出適當的調整,準備下一環的指令。具體工作如下:
(1)掘進前下達指令:切口水壓設定;送泥水密度黏度等技術參數設定;同步注漿量、壓力的設定;推進速度的設定;進泥、排泥流量的設定。
(2)掘進後對下列參數分析,然後作出相應的調整:地面沉降量判斷切口水壓是否要變化;泵的電壓、電流、轉速、流量、揚程判斷設備是否正常運行;進、排泥流量偏差、乾砂量判斷輸送管路是否暢通,是否發生超、欠挖;千斤頂總推力判斷泥水艙壓力是否匹配;隧道穩定情況判斷同步注漿系統是否滿足要求;開挖面穩定情況,掘削量管理,同步注漿狀態判斷推進速度是否適當。
(3)控制開挖面的穩定。通過對盾構掘進速度、切口水壓、泥水密度、排泥流量等數據採集、分析來監視開挖面穩定狀況,並通過調整泥水各項性能指標確保開挖面的穩定。泥水艙壓力的提高將有利於泥膜的形成,但泥水壓力不應無限制地過高或過低,泥膜前後的任何壓力差的絕對值的增大都對開挖不利,要保持這層泥膜始終存在,就必須保持泥水艙壓力略大於盾構前的水壓力。泥水壓力的增加會使作用於開挖面的有效支撐壓力增加但不得超過其上限值,否則推進阻力增大,會造成推進困難或擊穿覆蓋土層。泥水艙壓力即切口水壓可通過計算得到,參數的調整僅在此範圍內調整。掘進速度變化和送排泥管道增長是切口水壓變化的主要干擾源。在影響開挖面土體穩定的諸因素中(切口水壓、掘進速度、泥水性能指標等),切口水壓是影響土體穩定的主要因素。因此,進行泥水平衡控制的主要對象是切口水壓。
(4)泥水加壓和循環系統中央管理控制內容
1)送排泥泵的啟動、停止;
2)送排泥流量,送排泥泵的轉速;
3)盾構掘進狀態和旁通狀態送排泥管內水壓;
4)盾構機掘進時,為保持切口水壓對送泥水壓的控制等。
(5)乾砂量的控制。掘削出來的土通過排泥管排出,由儀器測定送泥水和排泥水的差,通過計算求出實際出土含量,即乾砂量。將流量儀和壓差密度計等儀器安裝在送泥豎管和排泥豎管途中,測量管內的流量和密度。根據土粒相對密度值算出土粒含量,從排泥流量和送泥流量的差值上計算出出土量(原則上是計算每一環的掘削出土量)。對照鑽孔資料計算的量的差值進行判斷,了解異常情況,但兩者的值未必是相同的,最終還是要對兩者加以對比作出推定。
應當指出,上述關係不是簡單的相對關係,任何一個指令的產生都要考慮到相互之間的綜合關係,有時從環報表上反映的問題很多,這時就要先抓住主要問題逐一化解,切不可全盤調整,一步到位,那樣會使問題更加複雜化。
三、泥水分離處理
一般採用2級分離處理:
一級處理把泥水中包含的74微米以上的砂礫成分通過細篩和旋流器加以分離,渣料含水率小於30%;
二級處理把泥水中包含的45微米以上的砂礫和砂通過更細的細篩和旋流器加以分離;
可根據環境系統地設計選配泵送系統,保證泥漿以合理流量及壓力輸送至一級除渣淨化系統的預篩器內,預篩器將泥漿中3毫米以上的砂礫篩除,並使泥漿均勻分配至泥漿淨化裝置中,經旋流除砂分離及細篩脫水後清除大部分74微米粒徑以上的砂質顆粒,當盾構機在砂礫石層或中砂層掘進時,泥漿經一級除砂淨化系統後已滿足要求。這時可轉換出漿口閥門,淨化後泥漿可直接進入泥漿回收槽,並由製漿系統的高速製漿機在泥漿調配槽內適時調漿後泵送回井下。當盾構機在粉土,粉沙層掘進時,一級除砂淨化系統不足以把泥漿相對密度及含砂量降至合理範圍內時,可轉換出漿閥門使泥漿進入二級除砂淨化系統。二級旋流除砂器可將泥漿中剩餘的45微米粒徑以上的砂質清除。二次除砂後的泥漿由出漿口自流入泥漿回收槽,經調漿後泵送回井下。
四、注漿管理
採用同步雙液注漿及時充填掘進時的盾尾處建築空隙。對沉降量要求嚴格的範圍可作二次管片補充注漿或後續壓漿。注漿管理的目的:防止土體鬆弛和下沉,減少地表或地下管線的沉降;保持隧道襯砌的早期穩定;同時減小管片錯台和提高管片接縫的防水性能。
同步注漿材料分A液和B液,配合比如表1所示。
表1 每立方米注漿材料的原料用量
A液
B液
固化材料(千克)
輔助材料(千克)
穩定劑(升)
水(升)
速凝劑(升)
260
60
2.5~3.0
810
80~90
其他注漿方法類同“土壓平衡盾構工法”。
五、盾構機始發
泥水盾構機始發的主要工作包括:①端頭加固,端頭加固的長度應略大於盾構機的長度,確保泥水壓力不正常時還能保證洞門的穩定;②洞門止水環(包括鋼套筒)的施工;③泥漿處理系統場地布置與安裝調試;④盾構施工場地布置;⑤盾構機基座及後盾支撐安裝;⑥盾構機下井、組裝、調試等。見圖2。
混合地層泥水盾構施工工法
圖2 始發流程圖
盾構機機座安裝前,按照測量放樣的基線在盾構始發位置澆築混凝土平台,並設定預埋件,在混凝土平台上安裝盾構機座。在盾構安裝過程中基座必須處水平支撐狀態,安裝位置按照測量放樣的基線,吊入井下就位焊接,基座上的軌道按實測洞門中心居中放置,並設定支撐加固(圖3)。
混合地層泥水盾構施工工法
圖3
考慮到盾構在始發掘進過程中,由於盾構機自身的重心靠前,始發掘進時容易產生向下的“磕頭”現象,故盾構機基座安裝時縱向無需考慮坡度,只需使盾構機軸線與隧道設計軸線保持平行,盾構中線可比設計軸線適當抬高20~30毫米(圖3)。
盾構反力架由鋼環、後盾框及鋼支撐組成,鋼環寬50厘米,鋼環精度要求:環面平整度5毫米,使混凝土管片受力均勻;鋼環後部用56號二工字鋼製做後盾框,鋼環與後盾框之間焊接固定。盾構掘進時的后座反向力通過Φ600毫米鋼管支撐傳遞至主體結構的底板和頂板上,鋼支撐焊接在預埋的鋼板上(圖4)。
混合地層泥水盾構施工工法
圖4
始發時特別要注意以下幾點:
(1)洞門端頭加固的方法主要有深層攪拌樁法、高壓旋噴樁法、凍結法、CCP法等。一般加固效果必須達到:砂土中無側限抗壓強度>1.2兆帕,淤泥中無側限抗壓強度>0.5兆帕和端頭止水效果。
(2)洞門止水簾板採用可調節裝置,在始發掘進過程中,當盾尾完全進入洞門後,橡膠止水布簾及壓板和管片外壁接觸時,間隙落差瞬時擴大,為了保證切口水壓的穩定,及時調整止水體與盾殼的間隙,以保證止水效果和切口水壓力。
(3)盾構始發掘進階段由於受到後盾支撐力設計值及洞門密封圈等因素的限制,切口水壓實際設定值不宜過高。此區域掘進取切口水壓值+60千帕左右。從加固區進入非加固區,在保證後盾支撐及洞門密封圈安全的條件下,逐步提高切口水壓設定值至切口水壓理論計算值,並根據地面監測情況進行調整。並儘快掌握調整的規律以指導掘進施工。
(4)第一負環管片定位時,管片的後端面應儘量與線路中線垂直。負環管片軸線應與線路的切線重合。負環管片採用通縫拼裝方式。
(5)在進行盾構機基座、後盾支撐、鋼環及首環負環管片的定位時,要嚴格控制盾構機基座、後盾支撐、鋼環及首環負環管片的安裝精度,確保盾構始發姿態與隧道設計線形符合始發初始掘進時,盾構機處在基座上,因此需在基座及盾構機上焊接相對的防扭轉支座,為盾構機始發掘進提供反扭矩。
六、盾構機到達
泥水加壓平衡盾構的到達相對來說比始發容易控制,因為在盾構機到達時,止水布簾的姿態向盾構井方向側翻,有利於布簾的防水。另外洞門的鑿除是在盾構機刀盤頂住圍護結構後再予以鑿除,因此洞門鑿除的風險大大降低。
盾構機到達前,除了無需進行反力架的安裝外,其餘的流程如圖5所示:
混合地層泥水盾構施工工法
圖5 流程圖
(1)盾構在進入加固區前後,推進應儘量保持勻速、平順,千斤頂推進速度控制在10毫米/分鐘以下,在盾構機抵達端頭圍護結構前,掘進速度應逐步降低,最後一環的推進速度應控制在3毫米/分鐘左右。在保證環流系統通暢不堵管的前提下,逐步降低盾構切口水壓,以防止洞門冒漿。
(2)在盾構到達掘進期間,盾構操控手應密切注意環流系統運行狀況,以嚴禁堵管為原則調節切口水壓,並視環流運行情況對最終切口水壓設定值進行微調。
(3)從盾構進入端頭加固體開始,盾構操控手應注意控制好盾構掘進姿態,使盾構機儘量平緩掘進,嚴禁進行大幅度的糾偏動作,以保證盾構機能夠平緩出洞。洞門中心根據實際測量定位,盾構操控手要考慮出洞期間盾構機處於上坡狀態(到達時往往處於上坡狀態),注意控制好盾構機的垂直偏差。
(4)洞門密封橡膠及帶有限位裝置的活頁壓板安裝,當盾構機出洞後,採用6分的鋼絲繩栓緊壓板壓住橡膠壓到盾構機外殼上。
(5)為防止洞門鑿除後可能產生滲水、漏砂等情況,因此必須備齊足夠的補強堵漏等材料,必要時採用抽水泵進行抽水;在洞門鑿除的過程中,必須加強安全監測工作。
七、監測技術與分析
確保工程建設安全的關鍵是全過程監測隧道周邊建(構)築物的變化情況,及時測量各主要工序施工階段引起的動態沉降數值,並與分析計算值比較,及時反饋指導設計和施工。主要的監測內容參見表2。
表2 監測項目匯總表
類別
量測項目
量測工具
測點布置
量測頻率
必測項目
地表隆陷
水準儀
每30米設一斷面,必要時需加密
掘進面前後<20米時測1~2次/天
掘進面前後<50米時測1次/2天
掘進面前後>50米時測1次/周
隧道隆陷
水準儀、鋼尺
每5~10米設一斷面
掘進面前後<20米時測1~2次/天
掘進面前後<50米時測1次/2天
掘進面前後>50米時測1次/周
選測項目
土體內部位移(垂直和水平)
水準儀、磁環分層沉降儀、傾斜儀
每30米設一斷面
掘進面前後<20米時測1~2次/天
掘進面前後<50米時測1次/2天
掘進面前後>50米時測1次/周
必測項目
襯砌環內力和變形
壓力計和感測器
每50~100米設一斷面
掘進面前後<20米時測1~2次/天
掘進面前後<50米時測1次/2天
掘進面前後>50米時測1次/周
土層壓應力
壓力計和感測器
每一代表性地段設一斷面
掘進面前後<20米時測1~2次/天
掘進面前後<50米時測1次/2天
掘進面前後>50米時測1次/周
註:可根據施工條件和沉降情況增加或減少觀測次數,隨時將監測信息報告給現場技術人員。
採用《混合地層泥水盾構施工工法》施工必須三班連續作業,每班配備人數及其組成詳見表3。
表3 單線泥水盾構施工班組人員配備表
序號
人員
數量(人)
序號
人員
數量(人)
1
中央控制室
2
11
同步注漿
2
2
井下負責人
1
12
塗料製做
3
3
盾構司機
1
13
值班長
1
4
管片拼裝
2
14
檢驗員
1
5
機械維修
1
15
保潔員
1
6
電機車司機
1
16
普工(新漿配製)
2
7
電器維修
1
17
機修工
2
8
行車司機
1
18
電工
2
9
測量
1
19
電焊工
1
10
井底、井口吊運
2
20
施工管理人員
4

材料設備

《混合地層泥水盾構施工工法》無需特別說明的材料。施工機械設備包括掘進設備,泥水處理系統,泥水輸送系統,測量設備等,主要施工機械設備見表4所示。
表4 泥水盾構施工機械設備表
序號
設備名稱
用途
序號
設備名稱
用途
1
泥水平衡盾構機
隧道施工
13
充電機
電瓶充電
2
同步注漿系統
同步注漿
14
電瓶車
井下水平運輸
3
泥水處理系統
ZX-500泥漿淨化器
泥水處理
15
龍門吊
地面及井下垂直運輸
4
ZX-250泥漿淨化器
16
壓漿泵
管道補壓漿用
5
旋流器
17
電焊機
焊接
6
砂泵
18
排污泵
隧道內排污
7
3PNL-泥漿泵
19
挖掘機
沉澱池挖土
8
清水泵
20
加溫器
防水塗料製做
9
攪拌機
21
軸流風機
隧道通風
10
泥水輸送系統
泥水輸送
22
風管
隧道通風
11
機車
井下水平運輸
23
電話總機
施工通信
12
電瓶
井下水平運輸
24
測量儀器
隧道測量

質量控制

《混合地層泥水盾構施工工法》的質量控制要求如下:
一、工程質量控制標準
1.盾構掘進施工質量執行《地下鐵道工程施工及驗收規範》。盾構掘進中嚴格控制中線平面位置和高程,其允許偏差均為±50毫米。
2.管片拼裝允許偏差為:高程和平面±50毫米;每環相鄰管片平整度4毫米;縱向相鄰環環面平整度5毫米;襯砌環直徑橢圓度5‰;螺栓應擰緊,環向及縱向螺栓應全部穿進。
二、質量保證措施
除了必須嚴格遵守國家、地方及業主制定的有關質量標準以外,在施工中還應做到:
1.通過漿體、注漿壓力、注漿開始時間與注漿量的最佳化選擇,達到能及時填滿襯砌與周圍地層之間的環向間隙,防止地層移動,增加行車的穩定性和結構的抗震性。
2.對注入漿液的要求:應具有能充分填滿間隙的流動性;注入後必須在規定時間內硬化;必須具有超過周圍地層的靜態強度,保證襯砌與周圍地層的共同作用,減少地層移動,具有一定的動態強度,以滿足抗震要求;產生的體積收縮小;受地下水衡釋不引起材料的離析等。
3.採用同步注漿時要求注入的注漿壓力大於該點的靜水壓力和土壓力之和,做到儘量填充而不是劈裂。
4.盾構起步時密封刷上必須塗足密封油膏,推進中還應按要求壓注油膏,以提高密封效果,減少密封刷與村外表面的摩擦,延長密封刷壽命。
5.要嚴格控制管片拼裝的垂直度、真圓度、擰緊螺栓的扭矩、曲線地段和修正蛇行時楔形管片或墊塊的拼裝位置等,防止接縫張開漏水。

安全措施

採用《混合地層泥水盾構施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
1.認真貫徹“安全第一,預防為主”的方針,根據國家有關規定、條例,結合施工單位實際情況和工程的具體特點,組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產管理網路,執行安全生產責任制,明確各級人員的職責,抓好工程的安全生產。
2.施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置,並完善布置各種安全標識。
3.各類房屋、庫房、料場等的消防安全距離做到符合公安部門的規定,室內不堆放易燃品;嚴格做到不在油庫、料庫等處吸菸;隨時清除現場的易燃雜物;不在有火種的場所或其近旁堆放生產物資。
4.氧氣瓶和乙炔瓶隔離存放,嚴格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙炔發生器有防止回火的安全裝置。
5.施工現場的臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規範》的有關規範規定執行。
6.加強機械設備維護、檢查、保養。機電設備由專人操作,認真遵守用電安全操作規程,防止超負荷作業。臨時用電要求一律用“三相五線制”配線,三級漏電保護。所有用電設備要做好接零接地保護,傳動部分要設安全罩,地下照明採用36V低壓照明。
7.電纜應掛在洞口一側,這樣在掘進過程中電纜是漸漸鬆弛的,否則電纜易在工作中不注意時被拉斷而造成事故。
8.每班必須在上班前先檢查一下漏電保護器是否處於良好的狀態之中;必須在切斷電源的狀態下接拆各類電纜接頭,並且要防止各類電纜接頭浸水或弄髒。
9.施工中必須隨時排去盾構機下部的積水同時應及時清除隧道內的泥漿,保持隧道內的清潔;工作井上部設安全平台,周圍設護欄桿,井口高出地面30厘米,防止井周圍物體滑落進入井內,井內上下層立體交叉作業,設安全網,安全擋板,井下作業戴安全帽;起重設備由專人操作和專人指揮,統一信號,預防發生碰撞。車靠近工作井邊坡行駛時,加強對地基穩定性檢查,防止發生傾覆事故。
10.建立完善的施工安全保證體系,加強施工作業中的安全檢查,確保作業標準化、規範化。

環保措施

《混合地層泥水盾構施工工法》的環保措施如下:
1.成立對應的施工環境衛生管理機構,在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章,加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理,遵守有防火及廢棄物處理的規章制度,做好交通環境疏導,充分滿足便民要求,認真接受城市交通管理,隨時接受相關單位的監督檢查。
2.將施工場地和作業限制在工程建設允許的範圍內,合理布置、規範圍擋,做到標牌清楚、齊全,各種標識醒目,施工場地整潔文明。
3.對施工中可能影響到的各種公共設施制定可靠的防止損壞和移位的實施措施,加強實施中的監測、應對和驗證。同時,將相關方案和要求向全體施工人員詳細交底。
4.設立專用排漿溝、集漿坑,對廢漿、污水進行集中,認真作好無害化處理,從根本上防止施工廢漿亂流。
5.定期清運沉澱泥砂,做好泥砂、棄渣及其他工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施,廢水除按環境衛生指標進行處理達標外,並按當地環保要求的指定地點排放。棄渣及其他工程廢棄物按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。
6.優先選用先進的環保機械。採取設立隔聲牆、隔聲罩等消聲措施降低施工噪聲到允許值以下,同時儘可能避免夜間施工。
7.對施工場地道路進行硬化,並在晴天經常對施工通行道路進行灑水,防止塵土飛揚,污染周圍環境。

效益分析

《混合地層泥水盾構施工工法》的效益分析如下:
泥水盾構施工工藝在複雜地質條件下的套用,豐富了盾構施工技術,為提高工程質量、節約能源、減少對周邊環境的影響、擴大盾構的套用範圍等具有重要的現實意義和指導意義。

套用實例

《混合地層泥水盾構施工工法》的套用實例如下:
1.廣州市軌道交通三號線(瀝至大石區間)盾構工程
2003年,廣東省基礎工程公司引用了兩台由日本三菱重工設計製造的泥水加壓式盾構機,用於建造廣州市軌道交通三號線(瀝滘至大石區間)盾構工程,是廣州地區2005年前第一個採用泥水平衡式盾構工法施工的過江捷運隧道工程,通過針對廣州地區特殊的地質條件對泥水盾構施工技術進行一系列的技術革新,尤其是在軟弱地層沉降控制、江底監測和安全高效掘進、盾構整體吊裝運輸、泥漿的分離處理、環流設備的國產化、刀具的改進等方面所做的技術改造和創新,經受了穿越穩定性差的淤泥和淤泥質砂層,地下水豐富的中粗砂層,強度較高的微風化沉積岩,岩體堅硬破碎、含高承壓水的斷層破碎帶等複雜地層的考驗,成功地兩次穿越寬度為312米和505米的珠江,盾構曾創下日推進22.5米的推進速度,地表沉降小於3厘米。
盾構主要參數:盾構外徑6260毫米,盾構全長8170毫米,盾尾密封為3道鋼絲刷,盾構總推力36000千牛,最大扭矩6327千牛·米,最大推進速度6.7厘米/分鐘。
廣州市軌道交通三號線(瀝至大石區間)盾構工程隧道全長3051.541米,內徑5.4米,江底最小覆土厚度為7.5米。圓隧道全部採用預製鋼筋混凝土管片的單層襯砌結構形式,工期從2003年3月28日~2005年9月11日,穿越了淺覆土層、32米寬的三枝香水道、505米寬的南珠江、地處高靈敏度的軟弱地層上的建築物密集的村莊等。在泥漿分離處理技術上,廣東省基礎工程公司、廣東省建築工程集團有限公司採用了自有智慧財產權的泥漿處理技術,用泥水處理設備及傳統的多級沉澱池將盾構機挖掘輸送出來的泥漿充分淨化,實現對渣土有效分離,泥漿重複使用的目的。
在地面沉降控制技術上,廣東省基礎工程公司、廣東省建築工程集團有限公司沿隧道軸線方向每隔30米布設一個斷面監測地表沉降,每個斷面設監測點5個,監測點橫向間距3米;採用了自行設計研究的感測器法和超音波法對南珠江和三枝香水道的江底沉降進行監測。監測結果為地表最終沉降值為+2~-30毫米,符合設計和規範要求通過各項技術在實際施工中的綜合套用,有效地控制了盾構施工過程中的地表沉降,減少了諸多輔助措施地實施,避免了大量的動遷及修補工作,保證了廣大市民的正常生活秩序,產生了社會效益和經濟效益。
2.廣州市軌道交通五號線(大坦沙至西場區間)盾構工程
廣州市軌道交通五號線(大坦沙至西場區間)盾構工程,盾構隧道從大坦沙南盾構始發井東側開始,始發里程為YDK2+435.000,盾構區間線路(左右線)總長約3997米,包括(大坦沙至中山八路區間)和(中山八路至西場區間),4次盾構機過站(地面地下各兩次)。工程總體概況見圖6。
混合地層泥水盾構施工工法
圖6 大坦沙至西場區間工程概況圖
大~中區間線路縱剖面左右線各有2個R=5000米凹曲線和1個R=3000米的凸曲線,最大下坡為55‰,最大上坡為21.785‰,覆土厚度最大為26米,最小為5米。中~西區間線路縱剖面左右線各有5個豎曲線,其中凸曲線4個(其中R=3000米的有2個,R=5000米的有2個),凹曲線1個(R=5000米)。最大下坡為23.585‰,最大上坡為25.397‰,覆土厚度最大為27米,最小為15米。大坦沙南~中山八站區間屬珠江三角洲沖積平原,該段區間所處地面為大坦沙島、珠江、青年公園和中山八路,地形略有起伏,沿線地面標高6.67~8.47米。中山八站~西場站區間沿線為剝蝕殘丘或微台地貌,地形略有起伏,地面標高為6.06~9.85米。大坦沙~中區間隧道洞身穿越的地層主要為2-2、3-2,局部為2-1、7、8。中~西區間隧道洞身穿越的地層主要為7、8、9,局部為6、5-2。
工程於2006年4月開工,採用混合地層泥水盾構施工工法,廣州市捷運總公司委託第三方監測單位和施工單位進行了全過程的監測,符合設計和規範要求。
整個施工全過程處於安全、穩定、快速、優質、環保的可控狀態。工程質量達到了優良,無安全生產事故發生,得到了各方的好評。
3.廣州市珠江新城旅客自動輸送系統土建1標(林和西站至天河南二路站)盾構工程
廣州市珠江新城核心區市政交通項目旅客自動輸送系統土建1標段,共有天河南一路站一體育中心站區間、體育中心站、體育中心站~林和西站盾構區間、林和西站,為兩站兩區間,其中兩區間由兩段長度為259.1米+587.494米(261.995米+586.901米)的盾構隧道組成。
該工程有全斷面黏土層,也有砂層及高強度的岩層,地質情況複雜,並且線路上跨三號線隧道,兩者間淨距僅為1.88米,線路也下穿體育中心電力管廊,兩者淨距僅0.83米,且部分為淺覆土段,最小厚度為4.3米,施工難度很大。
工程於2007年3月開始掘進,採用兩台德國海瑞克公司生產製造的泥水平衡式盾構機一先一後掘進(左線比右線提前1個月始發),從林和西車站盾構井始發,第三方監測單位和施工單位進行了全過程的監測,符合設計和規範要求。
整個施工過程處於安全、穩定、快速、優質、環保的可控狀態。工程質量較好,並順利通過成型隧道樣板驗收,無安全生產事故發生,得到了各方的好評。

榮譽表彰

2008年1月31日,中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》,《混合地層泥水盾構施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。

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