雙圓土壓平衡盾構施工工法

雙圓土壓平衡盾構施工工法

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》是上海隧道工程股份有限公司完成的建築類施工工法,作者分別是吳惠明、顧春華、劉千偉、張曙、王旋東;該工法適用於淤泥質粘土、粘土、砂性土、粉砂土,尤其適用於在市區狹窄道路下或遇間距較小且較難處理的地下樁基下穿行。

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》主要的工法特點:輻條式刀盤切削土體,靈敏度高且具有精確的同步性;土壓力設定精確;盾構橫向尺寸較大,平面控制效果明顯;盾殼前端一圈注漿孔的布設可大大減少盾構正上方的地表變形量;對盾構掘進出土量、同步注漿量、盾尾油脂壓注量以及盾構與管片間建築空隙等參數能形成自動控制管理,提高施工技術精度,加快施工速度。

2006年1月19日,《雙圓土壓平衡盾構施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2003~2004年度國家級工法。

基本介紹

  • 中文名:雙圓土壓平衡盾構施工工法
  • 工法編號:YJGF18-2004
  • 主要完成人:吳惠明、顧春華、劉千偉、張曙、王旋東
  • 類別:工程建設類
  • 審批單位:中華人民共和國住房和城鄉建設部
  • 完成單位:上海隧道工程股份有限公司
  • 主要榮譽:國家級工法(2003~2004年度)
形成過程,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,工藝流程,操作要點,勞動組織,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,

形成過程

隨著城市市政建設和軌道交通的發展,地下空間的不斷開發利用,有效、可發展的地下資源在大紙霉拳量縮減,並逐步開始制約和限制城市的規劃發展。對地下空間的開發利用提出了更高的要求,在遇兩側障礙物間距較小等特殊工況時無法採用傳統的單圓型盾構進行上下行線的設計施工,進行工藝改進,更合理有效地布置隧道斷面,在進行工程建設的同時節約地下資源、保護環境。雙圓隧道有效節約地下空間資源,減少對周邊環境的影響、降低工程造價,已逐漸在捷運、市政、能源等工程建設中得到廣泛的套用。
2003年,上海隧道工程股份有限公司率先採用Ф6.52米×W11.12米雙圓盾構機(見圖1)成功建設了上海軌道交通M8線以及L4線雙圓隧道,使中國成為繼日本之後第二個擁有該項技術的國家。上海隧道工程股份有限公司根據科研成果和施工經驗總結形成《雙圓土壓平衡盾構施工工法》。
雙圓土壓平衡盾構施工工法
雙圓盾構機(圖1)

工法特點

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》在整個施工過程中,整套控制系統以土壓平衡為工作原理,通過兩個刀盤對正面土體的切削,並不斷調整掘進速度和左右螺旋機轉速來控制土倉內土體壓力,以維持正面土體的穩定。該工捆漏承法的主要特點:
1.輻條式刀盤切削土體,靈敏度高且具有精確的同步性。
2.土壓力設定精確。土壓計多,選擇自由可相互參照有利於土壓力的設定。
3.盾構橫向尺寸較大,平面控制效果明顯。
4.特殊形狀所決定的盾構偏轉姿態需著重控制。
5.通過調整左右螺旋機的出土量可修正盾構姿態。
6.盾殼前端一圈注漿孔的布設可大大減少盾構正上方的地表變形量。
7.對盾構掘進出土量、同步注漿量、盾尾油脂壓注量以及盾構與管片間建築空隙等參數能形成自動控制管理,提高施工技術精度驗戒趨,加快施工速度。

操作原理

適用範圍

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》適用於淤泥質粘土、粘土、砂性土、粉砂土,尤其適用於在市區狹窄道路下或遇間距較小且較難處理的地下樁基下穿行,解決了原工藝上的不足。該工法不僅能代替以往捷運隧道和地下高速公路等一直使用的大斷面圓形盾構構築的單線(雙向)隧道及兩單圓形盾構構築的雙線(單向)隧道。同時根據施工條件等因素,可對隧道形狀進行各種選擇和變更,是一種自由度較大的施工方法。

工藝原理

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》利用土壓平衡盾構的基本原理,利用盾構千斤頂推進盾構機,利用布置在盾構機前左右兩個通過變頻驅動控制同步性的刀盤進行土體切削,並利用左右螺旋機向外排土。在盾構推進過程中,通過控制和調整盾霉踏碑頁構土壓艙內切削土體的壓力和盾構開挖面前水土壓力的相對平衡,保證開挖面前土體的穩定,從而有效地控制地層和地面沉降。通過糾偏盾構千斤頂和合理的編組等盾構機姿態控制手段,有效的控制雙雅套淚鑽圓盾構的軸線偏差。在推進一定距離後,由設在盾構本體上的拼裝機將預製鋼筋混雄嚷凝土管片在盾構外殼的保護下拼裝成環,從而實現一次掘進完成兩條隧道的施工任務。雙圓土壓平衡盾構主機構造如圖2。
雙圓土壓平衡盾構施工工法
雙圓土壓平衡盾構主機構造圖(圖2)

工藝流程

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》施工工藝流程見圖3。
雙圓土壓平衡盾構施工工法
工藝流程圖(圖3)

操作要點

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》操作要點有以下5項:
1.雙圓盾構出洞
(1)出洞前準備工作。
盾構出洞前,需確認外側土體狀態良好、盾構機性能良好、人員、材料準備充足後方可進行。盾構出洞段施工應結合盾構設備性能、周邊環境要求及工程質量要求,對土壓力、總推力、刀盤扭矩、推進速度、出土量、注漿量等施工參數不斷最佳化。
雙圓盾構洞門止水裝置主要採用帘布橡膠板結合氣囊形式,在凹槽部位利用氣囊的壓力將帘布橡膠板緊貼住盾構殼體,從而起到良好的洞門止水作用。
2.雙圓盾構軸線控制
雙圓盾構推進軸線控制分為:平面控制、高程控制和偏轉控制。
(1)平面控制。
由於雙圓盾構機相對於單圓來說寬度較大,為此,在左右側千斤頂推力差相同的情況下,由於雙圓盾構力矩半徑比單圓大,產生力矩大,故一般情況下糾偏效果也就更明顯。
(2)高程控制。
在高程方向,因用盾構千斤頂單側推出而產生的力矩幾乎與單圓的情況是相同的,故調整能力可以考慮與單圓情況相同。
(3)偏轉控制。
①控制盾構機的製造精度,控制雙圓盾構左右外殼體的扭曲量。
②利用修正偏轉千斤頂。利用千斤頂推力在圓周方向的分力來修正偏轉。
③千斤頂編組。由於雙圓盾構寬度較大霉勸匪,在滿足盾構姿態(平面和高程)的前提下,採用不同的千斤頂的編組形式一定程度上能進行偏轉的修正。
④利用仿形刀。利用仿形刀的局部超挖進行改變偏轉方向的方法。
⑤控制出土量。利用左、右螺旋機的出土量不同達到控制盾構轉角的目的。
⑥單側壓重。在雙圓盾構的單側加壓重物,以產生扭矩實現盾構糾轉。
⑦壁後注漿。在盾構掘進過程中,可根據管片旋轉情況,向相應的管片外側不對稱壓注可硬性漿液,以達到修正管片轉角的目的。由於管片轉角和盾構機的轉角互相牽制,控制了管片轉角對控制盾構轉角起到至關重要的作用。
在施工中結合土質等條件,單項或組合糾偏對策進行使用。
3.雙圓盾構管片拼裝技術
隧道襯砌由十一塊預製鋼筋混凝土管片拼裝而成,DOT盾構由於斷面較寬,管片拼裝需由二台拼裝機作業完成。
雙圓管片的連線形式與單圓管片有很大差異,縱、環向均採用球墨鑄鐵預埋手孔加短螺栓的形式,拼裝精度要求高;上下海鷗型管片和中間立柱的拼裝難度大。
(1)下部海鷗形管片屬第一塊定位管片,其拼裝質量將直接會影響整環管片拼裝質量及其與盾構的相對位置,除保證其與前環管片無踏步、居中拼裝等一般要求外,還應保證其與隧道軸線的垂直度(水平、縱向兩個方向)。
(2)上部海鷗形管片拼裝結束、立柱拼裝前,緊鄰上部海鷗形管片二側的管片螺栓不宜擰緊,便於立柱拼裝時上部海鷗形管片有一定的上下調整餘地。同時綜合利用管片頂托裝置、左側拼裝機、盾構千斤頂,擴大立柱拼裝間隙。拼裝流程示意圖見圖4。
雙圓土壓平衡盾構施工工法
拼裝流程示意圖(圖4)
4.雙圓盾構地層變形控制技術
(1)土壓力管理。
摸索並設定與外部原狀土相當的土壓力值,減少對正面及上部土體的擾動。
(2)注漿管理。
①保證每環注漿總量要到。
②保證均勻合理地壓注。
③漿液的配比須符合質量標準。
通過同步注漿及時充填建築空隙,減少施工過程中的土體變形。
另外,通過壁後注漿設備壁後補壓注漿控制土層的後期沉降。
(3)推進速度管理。
在施工中需不斷根據實測地層變形情況對上述參數進行調整。
(4)進行土體改良,增加土倉內土體的塑流性能,及時填充輻條留下的建築空隙。
(5)利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充潤滑材料,膨潤土、陶土粉和水的混合物減少凹槽處的背土現象。
(6)設定有效的地面變形監測點,及時進行地面變形的監測並同步反饋至盾構控制室,以便及時進行施工參數的調整。
5.雙圓盾構進洞
(1)進洞前準備工作。考慮到雙圓盾構斷面較大,因此對洞圈進行了縮小處理並在斷面上布設注漿管。
(2)盾構推進姿態根據實測洞圈坐標進行調整,尤其需考慮轉角的因素。
(3)盾構進入加固區土壓逐漸降低至最低,有效排除土倉內積土,縮短進洞清理時間,加快進洞進度,降低工程風險。
(4)盾構實施兩次進洞的原則。

勞動組織

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》技術含量高、專業性強,現場除配備技術、質量、安全、設備、電氣、材料等各類管理技術人員外,每個盾構推進班組還需配備施工人員。作業人員考慮一天24h連續作業,每作業班配備人員見表1。
每作業班配備人員(表1)
序號
崗位
工種
人數
序號
崗位
工種
人數
1
當班工程師
技術員
1
7
電機車司機
電機車司機
4
2
班長
施工員
1
8
電氣維修
電工
1
3
盾構司機
技術員
1
9
行車司機
行車工
2
4
管片拼裝
土建工
5
10
測量
測量工
1
5
機械維修
機修工
1
11
井口吊運
普工
1
6
料具
普工
1
12
同步注漿
普工
1

材料設備

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》需用的主要機具設備見表2。
表2 雙圓盾構施工設備表
序號
設備名稱及規格
數量
使用日期
1
雙圓盾構機
1台
全工期
2
龍門行車 32噸
1台
全工期
3
龍門行車 15噸
1台
全工期
4
14噸瓶車
4輛
全工期
5
充電機
4套
全工期
6
電瓶
8箱
全工期
7
平板車
12節
全工期
8
8立方米土箱
8隻
全工期
9
自動跟蹤儀TCA1800
1台
全工期
10
全站儀
1台
全工期
11
水準儀 NA2
2台
全工期
12
經緯儀 WILDT2
1台
全工期
13
電焊機
5台
全工期
14
風機
2套
全工期

質量控制

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》質量控制應遵循以下要求:
由於是中國首次採用雙圓土壓平衡盾構施工工法進行隧道施工,隧道推進質量驗收尚無現成的規範和標準可循,故參考日本方面的有關施工經驗並借鑑上海地區單圓盾構隧道施工質量驗收標準,並在建設,監理,設計和施工單位各方有關專家論證的基礎上,制定了雙圓盾構隧道施工質量控制和驗收的暫行標準(見表3)。
盾構施工過程中對周邊環境的影響控制在規定範圍內,地表最大隆沉量範圍+20~-40毫米。
管片拼裝其外觀質量偏差表(表3)
項目
允許偏差
高程軸線偏差
±70毫米
平面軸線偏差
±70毫米
轉角
≤0.6度
直徑偏差
<4‰D
相鄰環管片高差
<4毫米
環、縱縫張開
<2毫米

安全措施

採用《雙圓土壓平衡盾構施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,應遵守注意下列事項:
(1)必須遵循安全第一的原則。由於盾構工作面作業空間比較廣,同時作業人數較多,因此對整個盾構推進實施安全過程控制。
(2)由於雙圓盾構左、右兩條隧道同時掘進成型,在材料運輸以及管片拼裝等方面存在交錯施工,因此每班班前的安全講評突出對垂直運輸、水平運輸、管片拼裝等重點安全部位的重視。
(3)雙圓隧道由於在單位時間內工程量大,為了確保出土、管片運輸車輛進出工地大門的安全工作,委派專人維護交通,確保了行人、車輛的安全。
(4)由於雙圓盾構施工較單圓單條隧道施工對周邊環境的影響面較廣,因此凡涉及盾構吊運、施工沿線的高壓線保護、地下管線的保護、盾構進出洞等重要項目時,落實監控人員並採取必要監控措施方案和方式。

環保措施

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》應採取以下環保措施:
(1)施工前,對工作井周圍及隧道軸線沿途建築物、構築物進行調查,以便採取對策。採用低噪聲設備,音源配置合理或採用隔音設備。
(2)施工時,建築物保護措施及時有效,有效控制盾構施工過程中地面變形量以及後期變形量,儘量減少對周邊環境的影響。

效益分析

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》與以往的盾構工法相比,一方面雙圓盾構工法由於其合理的隧道空間的利用,較大地節約了地下空間資源,而且對高樓林立、地下障礙物較多的地區的捷運施工具有較為實用的使用價值,可減少動拆遷量,有著較好的社會環境效益和經濟效益;另一方面,由於雙圓盾構一次掘進即完成二條隧道,施工工期縮短,減少了建設周期和對周邊環境的影響,也降低了工程造價。

套用實例

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》套用實例:
由上海隧道工程股份有限公司承建的黃興綠地站~翔殷路站~嫩江路站~開魯路站雙圓盾構隧道工程,共三個隧道區間,於2003年4月10日開工。隧道斷面尺寸:外尺寸Ф6300毫米×W10900毫米(外徑x寬度)、內尺寸 Ф5700毫米×W10300毫米(內徑×寬度),雙線中心間距:4600毫米,全長2491米;工程首次採用兩台雙圓加泥式土壓平衡盾構來完成三個區間隧道的推進任務。
隧道襯砌採用預製鋼筋混凝土管片,錯縫拼裝;管片縱、環向連線採用球墨鑄鐵預埋手孔結合短螺栓形式,縱、環向螺栓尺寸為M27;每環由圓形管片A(8塊:A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8)、大海鷗形管片B(1塊)、小海鷗形管片C(1塊)及柱形管片D(1塊)共11塊管片構成,管片厚度300毫米,環寬1200毫米;混凝土強度等級C50、混凝土抗滲等級1.0兆帕。接縫防水均採用遇水膨脹橡膠止水條。
在三條區間隧道施工過程中,雙圓加泥式土壓平衡盾構順利地在②3-1灰色粘質粉土、②3-2灰色砂質粉土以及④灰色淤泥質粘土等土質中掘進,克服了淺覆土施工、曲率半徑小施工等困難;尤其是該工程進、出洞都處於透水性強,孔隙水壓變化大的②3層砂質粉土,且覆土僅為5米的情況下,通過對地面變形採取了種種技術保護措施以及及時的最佳化盾構施工參數使得進出洞施工得以圓滿完成,實現了雙圓盾構真正意義上的第一次整體盾殼進洞。
在施工沿線,通過最佳化監測方案、調整施工參數,有效地控制了盾構施工過程中的地面沉降,將地面變形控制在3厘米以內,減少了諸多輔助措施的實施,最終成功地穿越了眾多的臨近建築物及大直徑管線。例如雙圓盾構在掘進翔殷路~嫩江路區間段隧道時,先後安全穩妥地穿越了寬達26米,深4米左右的虬江橋樁基托換後新建的箱涵以及距離隧道邊線僅有0.35米且單邊經過土體加固的Ф1500污水管等,產生了較好的社會、環境效益以及經濟效益。

榮譽表彰

2006年1月19日,中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《建設部關於公布2003~2004年度國家級工法的通知》,以文號建質[2006]16號公布,《雙圓土壓平衡盾構施工工法》被評定為2003~2004年度國家級工法。

工藝原理

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》利用土壓平衡盾構的基本原理,利用盾構千斤頂推進盾構機,利用布置在盾構機前左右兩個通過變頻驅動控制同步性的刀盤進行土體切削,並利用左右螺旋機向外排土。在盾構推進過程中,通過控制和調整盾構土壓艙內切削土體的壓力和盾構開挖面前水土壓力的相對平衡,保證開挖面前土體的穩定,從而有效地控制地層和地面沉降。通過糾偏盾構千斤頂和合理的編組等盾構機姿態控制手段,有效的控制雙圓盾構的軸線偏差。在推進一定距離後,由設在盾構本體上的拼裝機將預製鋼筋混凝土管片在盾構外殼的保護下拼裝成環,從而實現一次掘進完成兩條隧道的施工任務。雙圓土壓平衡盾構主機構造如圖2。
雙圓土壓平衡盾構施工工法
雙圓土壓平衡盾構主機構造圖(圖2)

工藝流程

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》施工工藝流程見圖3。
雙圓土壓平衡盾構施工工法
工藝流程圖(圖3)

操作要點

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》操作要點有以下5項:
1.雙圓盾構出洞
(1)出洞前準備工作。
盾構出洞前,需確認外側土體狀態良好、盾構機性能良好、人員、材料準備充足後方可進行。盾構出洞段施工應結合盾構設備性能、周邊環境要求及工程質量要求,對土壓力、總推力、刀盤扭矩、推進速度、出土量、注漿量等施工參數不斷最佳化。
雙圓盾構洞門止水裝置主要採用帘布橡膠板結合氣囊形式,在凹槽部位利用氣囊的壓力將帘布橡膠板緊貼住盾構殼體,從而起到良好的洞門止水作用。
2.雙圓盾構軸線控制
雙圓盾構推進軸線控制分為:平面控制、高程控制和偏轉控制。
(1)平面控制。
由於雙圓盾構機相對於單圓來說寬度較大,為此,在左右側千斤頂推力差相同的情況下,由於雙圓盾構力矩半徑比單圓大,產生力矩大,故一般情況下糾偏效果也就更明顯。
(2)高程控制。
在高程方向,因用盾構千斤頂單側推出而產生的力矩幾乎與單圓的情況是相同的,故調整能力可以考慮與單圓情況相同。
(3)偏轉控制。
①控制盾構機的製造精度,控制雙圓盾構左右外殼體的扭曲量。
②利用修正偏轉千斤頂。利用千斤頂推力在圓周方向的分力來修正偏轉。
③千斤頂編組。由於雙圓盾構寬度較大,在滿足盾構姿態(平面和高程)的前提下,採用不同的千斤頂的編組形式一定程度上能進行偏轉的修正。
④利用仿形刀。利用仿形刀的局部超挖進行改變偏轉方向的方法。
⑤控制出土量。利用左、右螺旋機的出土量不同達到控制盾構轉角的目的。
⑥單側壓重。在雙圓盾構的單側加壓重物,以產生扭矩實現盾構糾轉。
⑦壁後注漿。在盾構掘進過程中,可根據管片旋轉情況,向相應的管片外側不對稱壓注可硬性漿液,以達到修正管片轉角的目的。由於管片轉角和盾構機的轉角互相牽制,控制了管片轉角對控制盾構轉角起到至關重要的作用。
在施工中結合土質等條件,單項或組合糾偏對策進行使用。
3.雙圓盾構管片拼裝技術
隧道襯砌由十一塊預製鋼筋混凝土管片拼裝而成,DOT盾構由於斷面較寬,管片拼裝需由二台拼裝機作業完成。
雙圓管片的連線形式與單圓管片有很大差異,縱、環向均採用球墨鑄鐵預埋手孔加短螺栓的形式,拼裝精度要求高;上下海鷗型管片和中間立柱的拼裝難度大。
(1)下部海鷗形管片屬第一塊定位管片,其拼裝質量將直接會影響整環管片拼裝質量及其與盾構的相對位置,除保證其與前環管片無踏步、居中拼裝等一般要求外,還應保證其與隧道軸線的垂直度(水平、縱向兩個方向)。
(2)上部海鷗形管片拼裝結束、立柱拼裝前,緊鄰上部海鷗形管片二側的管片螺栓不宜擰緊,便於立柱拼裝時上部海鷗形管片有一定的上下調整餘地。同時綜合利用管片頂托裝置、左側拼裝機、盾構千斤頂,擴大立柱拼裝間隙。拼裝流程示意圖見圖4。
雙圓土壓平衡盾構施工工法
拼裝流程示意圖(圖4)
4.雙圓盾構地層變形控制技術
(1)土壓力管理。
摸索並設定與外部原狀土相當的土壓力值,減少對正面及上部土體的擾動。
(2)注漿管理。
①保證每環注漿總量要到。
②保證均勻合理地壓注。
③漿液的配比須符合質量標準。
通過同步注漿及時充填建築空隙,減少施工過程中的土體變形。
另外,通過壁後注漿設備壁後補壓注漿控制土層的後期沉降。
(3)推進速度管理。
在施工中需不斷根據實測地層變形情況對上述參數進行調整。
(4)進行土體改良,增加土倉內土體的塑流性能,及時填充輻條留下的建築空隙。
(5)利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充潤滑材料,膨潤土、陶土粉和水的混合物減少凹槽處的背土現象。
(6)設定有效的地面變形監測點,及時進行地面變形的監測並同步反饋至盾構控制室,以便及時進行施工參數的調整。
5.雙圓盾構進洞
(1)進洞前準備工作。考慮到雙圓盾構斷面較大,因此對洞圈進行了縮小處理並在斷面上布設注漿管。
(2)盾構推進姿態根據實測洞圈坐標進行調整,尤其需考慮轉角的因素。
(3)盾構進入加固區土壓逐漸降低至最低,有效排除土倉內積土,縮短進洞清理時間,加快進洞進度,降低工程風險。
(4)盾構實施兩次進洞的原則。

勞動組織

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》技術含量高、專業性強,現場除配備技術、質量、安全、設備、電氣、材料等各類管理技術人員外,每個盾構推進班組還需配備施工人員。作業人員考慮一天24h連續作業,每作業班配備人員見表1。
每作業班配備人員(表1)
序號
崗位
工種
人數
序號
崗位
工種
人數
1
當班工程師
技術員
1
7
電機車司機
電機車司機
4
2
班長
施工員
1
8
電氣維修
電工
1
3
盾構司機
技術員
1
9
行車司機
行車工
2
4
管片拼裝
土建工
5
10
測量
測量工
1
5
機械維修
機修工
1
11
井口吊運
普工
1
6
料具
普工
1
12
同步注漿
普工
1

材料設備

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》需用的主要機具設備見表2。
表2 雙圓盾構施工設備表
序號
設備名稱及規格
數量
使用日期
1
雙圓盾構機
1台
全工期
2
龍門行車 32噸
1台
全工期
3
龍門行車 15噸
1台
全工期
4
14噸瓶車
4輛
全工期
5
充電機
4套
全工期
6
電瓶
8箱
全工期
7
平板車
12節
全工期
8
8立方米土箱
8隻
全工期
9
自動跟蹤儀TCA1800
1台
全工期
10
全站儀
1台
全工期
11
水準儀 NA2
2台
全工期
12
經緯儀 WILDT2
1台
全工期
13
電焊機
5台
全工期
14
風機
2套
全工期

質量控制

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》質量控制應遵循以下要求:
由於是中國首次採用雙圓土壓平衡盾構施工工法進行隧道施工,隧道推進質量驗收尚無現成的規範和標準可循,故參考日本方面的有關施工經驗並借鑑上海地區單圓盾構隧道施工質量驗收標準,並在建設,監理,設計和施工單位各方有關專家論證的基礎上,制定了雙圓盾構隧道施工質量控制和驗收的暫行標準(見表3)。
盾構施工過程中對周邊環境的影響控制在規定範圍內,地表最大隆沉量範圍+20~-40毫米。
管片拼裝其外觀質量偏差表(表3)
項目
允許偏差
高程軸線偏差
±70毫米
平面軸線偏差
±70毫米
轉角
≤0.6度
直徑偏差
<4‰D
相鄰環管片高差
<4毫米
環、縱縫張開
<2毫米

安全措施

採用《雙圓土壓平衡盾構施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,應遵守注意下列事項:
(1)必須遵循安全第一的原則。由於盾構工作面作業空間比較廣,同時作業人數較多,因此對整個盾構推進實施安全過程控制。
(2)由於雙圓盾構左、右兩條隧道同時掘進成型,在材料運輸以及管片拼裝等方面存在交錯施工,因此每班班前的安全講評突出對垂直運輸、水平運輸、管片拼裝等重點安全部位的重視。
(3)雙圓隧道由於在單位時間內工程量大,為了確保出土、管片運輸車輛進出工地大門的安全工作,委派專人維護交通,確保了行人、車輛的安全。
(4)由於雙圓盾構施工較單圓單條隧道施工對周邊環境的影響面較廣,因此凡涉及盾構吊運、施工沿線的高壓線保護、地下管線的保護、盾構進出洞等重要項目時,落實監控人員並採取必要監控措施方案和方式。

環保措施

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》應採取以下環保措施:
(1)施工前,對工作井周圍及隧道軸線沿途建築物、構築物進行調查,以便採取對策。採用低噪聲設備,音源配置合理或採用隔音設備。
(2)施工時,建築物保護措施及時有效,有效控制盾構施工過程中地面變形量以及後期變形量,儘量減少對周邊環境的影響。

效益分析

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》與以往的盾構工法相比,一方面雙圓盾構工法由於其合理的隧道空間的利用,較大地節約了地下空間資源,而且對高樓林立、地下障礙物較多的地區的捷運施工具有較為實用的使用價值,可減少動拆遷量,有著較好的社會環境效益和經濟效益;另一方面,由於雙圓盾構一次掘進即完成二條隧道,施工工期縮短,減少了建設周期和對周邊環境的影響,也降低了工程造價。

套用實例

《雙圓土壓平衡盾構施工工法》套用實例:
由上海隧道工程股份有限公司承建的黃興綠地站~翔殷路站~嫩江路站~開魯路站雙圓盾構隧道工程,共三個隧道區間,於2003年4月10日開工。隧道斷面尺寸:外尺寸Ф6300毫米×W10900毫米(外徑x寬度)、內尺寸 Ф5700毫米×W10300毫米(內徑×寬度),雙線中心間距:4600毫米,全長2491米;工程首次採用兩台雙圓加泥式土壓平衡盾構來完成三個區間隧道的推進任務。
隧道襯砌採用預製鋼筋混凝土管片,錯縫拼裝;管片縱、環向連線採用球墨鑄鐵預埋手孔結合短螺栓形式,縱、環向螺栓尺寸為M27;每環由圓形管片A(8塊:A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8)、大海鷗形管片B(1塊)、小海鷗形管片C(1塊)及柱形管片D(1塊)共11塊管片構成,管片厚度300毫米,環寬1200毫米;混凝土強度等級C50、混凝土抗滲等級1.0兆帕。接縫防水均採用遇水膨脹橡膠止水條。
在三條區間隧道施工過程中,雙圓加泥式土壓平衡盾構順利地在②3-1灰色粘質粉土、②3-2灰色砂質粉土以及④灰色淤泥質粘土等土質中掘進,克服了淺覆土施工、曲率半徑小施工等困難;尤其是該工程進、出洞都處於透水性強,孔隙水壓變化大的②3層砂質粉土,且覆土僅為5米的情況下,通過對地面變形採取了種種技術保護措施以及及時的最佳化盾構施工參數使得進出洞施工得以圓滿完成,實現了雙圓盾構真正意義上的第一次整體盾殼進洞。
在施工沿線,通過最佳化監測方案、調整施工參數,有效地控制了盾構施工過程中的地面沉降,將地面變形控制在3厘米以內,減少了諸多輔助措施的實施,最終成功地穿越了眾多的臨近建築物及大直徑管線。例如雙圓盾構在掘進翔殷路~嫩江路區間段隧道時,先後安全穩妥地穿越了寬達26米,深4米左右的虬江橋樁基托換後新建的箱涵以及距離隧道邊線僅有0.35米且單邊經過土體加固的Ф1500污水管等,產生了較好的社會、環境效益以及經濟效益。

榮譽表彰

2006年1月19日,中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《建設部關於公布2003~2004年度國家級工法的通知》,以文號建質[2006]16號公布,《雙圓土壓平衡盾構施工工法》被評定為2003~2004年度國家級工法。

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