1、盾构过珠江施工技术总第 109 期2005 年第 6 期西部探矿工程WESTCHlNAEXPIORAFIONENGINEERINGseriesN0.1O9JurL2005文章编号:1004-5716(2005)06-011603 中图分类号:U455.43 文献标识码:B盾构过珠江施工技术叶作楷,杜建华(1.华南理工大学建筑学院,广东广州 510000;2.华南理工大学土木系 ,广东广州510000)摘要:广州地铁三号线珠江新城站客村站盾构区间已经顺利地穿越珠江 ,由于地质条件和盾构机状况的特殊性,本区间盾构过珠江也存在一定问题,对珠一一客区间盾构过珠江的难点和可能出现的问题进行了分析,对过江
2、过程中盾构掘进技术进行了总结.关键词:盾构;过珠江;技术地铁三号线珠江新城站客村站区间盾构工程需要由北向南穿越包括海心沙岛在内总宽度为 640m 的珠江航道 ,施工先穿过 80m 北珠江到达海心沙,经海心沙后,从 610 环开始经过 315m的珠江主航道到达赤岗塔站.施工单位用 Io 天时间顺利穿越了80m 的小珠江,用 22 天时间就顺利穿越了 318m 的大珠江,创下了过江期间日平均掘进 14.5m 的全国记录.作者对过江过程中盾构掘进技术进行了总结,希望能给类似工程提供有益的参考.1 工程概况广州地铁三号线(珠江新城站客村站区间)盾构工程,由总长 1292.35m 的珠赤(赤岗塔)隧道区
3、间和总长 1040.8m的赤一客隧道区间组成,隧道区间总长度为 2333.15m,隧道埋深 1628m,珠 赤段珠江航道被江中心海心沙岛分隔成为两条江面,其中北江面宽度 80m,水深 4m 左右;南江面宽度 318m,水深 68m 左右.江底为 14m 深的海陆交互相淤泥质沙或淤泥,江底至隧道顶平均在 lOm 左右.江中心海心沙岛沿线路方向宽 250m.过江段总长度约 640m.表 1 珠江江底地质情况一览表热和凝固后混凝土产生的收缩而引起裂缝,中隔墙处的渗漏水首先是设计上存在缺陷,施工缝处设计的止水带和止水条设在中部,同时中隔墙顶部防排水施工工艺达不到要求,不能有效地解决中隔墙施工缝隙的防排
4、水.针对这一情况,中隔墙处的止水条或止水带宜设在中隔墙两侧,即每施工缝处竖向左右侧离衬砌面 30em 处分别设置.在中隔墙顶两侧增设纵向透水管和横向排水管与通长铺设顶用部的纵向波纹管和竖向排水管连通,形成完善的防排水系统,达到较好的效果,在中隔墙顶部与拱部衬砌施工缝处无出现渗漏水的现象,在类似的施工中可供参考.参考文献:1公路隧道施工技术规范(JTJO4294)s_. 中华人民共和国交通部,l994,l1.L2郭颖.公路工程建设标准强制性条文实施册M.光明【】报出版社,2002,7.2005 钜第 6 期叶作楷,杜建华:盾构过珠江施工技术 l17根据地质详勘资料,洞身及洞顶地层基本稳定,但在
5、Y(Z)5+310 前后约 50m 范围盾构掘进姿态控制很重要 ,防止盾构机推力过大破坏洞顶岩层,江水灌人洞内.过江段地下水基本是岩层裂隙水,该裂隙水与地下水连通,补给较迅速,受江水涨落影响较大.由于岩层层面起伏较大,各地质交接带容易形成涌水通道,这从前一段掘进过程中遇到的涌水较大且频繁也可以得到验证.过江段近 640m 长度范围中,江中段约 400m 长度范围周围无过江管线.线路共经过 6 幢建筑物,其中 l 幢建筑物为 68m深的钻孔灌注桩,其它建筑物均以地梁为基础,埋深较浅,对隧道施工无影响,表 1 为江底地质情况一览表.2 过江段施工的难点及对策2.1 盾构机密封性能不良本区间采用的是
6、已经使用过的两台德国海瑞克盾构机,两台盾构机都存在盾尾密封性能不良问题.采取的对策是在过江前,对第一道和第二道盾尾密封刷进行全面更换.2.2 防喷渣过江段地下水基本是岩层裂隙水,该裂隙水与地下水连通,补给较迅速,受江水涨落影响较大,容易发生喷渣.土压平衡式盾构机工作原理与泥水式盾构机不同,土压平衡式盾构机无配备泥浆处理系统,防喷渣能力不及泥水式盾构机.如在江底发生喷渣,处理起来有较大难度.采取的对策是加强渣土改良管理,配备两套排污管,及时排污.2.3 盾构穿越江底浅埋段,防止江底塌方根据设计和地质勘探资料,YDK5+310 处前后 25m 范围内岩层厚度不超过 4m,穿越时需要严格控制江底沉降
7、 ,防止盾构机推力过大破坏洞顶岩层,引起江底塌方,江水灌入洞内.如何控制江底沉降,尽量减小对江底地层的扰动,避免江底塌方是盾构过珠江的又一难点.采取的对策为:采用声纳法对江底沉降进行动测监测,同时结合盾构机及管片姿态监测,通过信息反馈及时调整施工参数.3 掘进施工技术措施3.1 推进参数的选择及应用根据此段的地质情况分析,岩质相对较硬,并根据两次开仓检查掌子面的土质分析,存在硬岩,但也夹有少量松散的砂砾层,故选择推力时一般不应过大,超过 1300t.刀盘扭矩受中风化粉砂质泥岩的影响,应该较大,一般选择在 170220t 之问,最大值调在 225bar;根据推进 500 环距离的情况看,正常推进
8、时,扭矩一般波动在 200bar 左右,瞬问最大扭矩超过 225bar;推进速度在1O50mm/min 之间,最大达 76nml/min 以上,最小亦在10mm/min 左右.3.2 推进模式的选择根据地质勘查资料及几次开仓检查对掌子面地质情况的综合分析,土质有较好的稳定性,不会坍塌;在过江段地质裂隙发育,裂隙水比较多;隧道通过地层始终夹有松散砂砾层 ,可以形成渗水通道.故此段渗水量较大,渗透系数达 k 一 0.81.1,但因为砂质泥岩为不透水层,可以判断此水为裂隙水,与珠江无直接水力联系.综合以上资料,掘进模式选择为半敞开式,保持上部有部分土压,一般为 0.50.8bar 之间,在停机期间,
9、适当提高土压至 0.91.Obar.经过此段掘进,效果较理想.3.3 推进油缸的控制推进油缸的行程原则上控制在 17CD1800mm 之间,行程差控制在 O50mm 之间.行程过大 ,则盾尾刷容易露出,管片脱离盾尾较多,变形较大,易导致管片姿态变差.行程差过大,易盾体与盾尾之间夹角增大,铰接油缸行程差加大,盾构机推力增大,同时造成管片选型困难.行程差过大时,通过管片选型校正.铰接油缸行程为 4080nnn,行程差为 O30mm,为防止铰接漏水,在江底掘进时,可将行程调整为 lO40nml.3.4 碴土的改良及出控制为加快工程进度,提高工程质量,在掘进时对碴土必须进行改良.碴土改良主要通过加入发
10、泡剂及水进行,以下结合出土控制,根据不同情况进行分析.在珠一赤掘进段内,出土方面主要控制两种情况的产生:一是喷碴现象.在硬岩地段,掘进速度慢,隧道围岩渗水量大,同时夹有松散砂砾层,碴土的和易性不好,水土易分离,输送皮带不能及时带走碴土,造成土仓内土压过大,达到 1.1bar 以上时,打开仓门泥水就会从仓门喷出,产生喷碴现象.在实际操作中,采取减少泡沫供应量(主要是减少水量),暂停掘进,逐渐从出土口放水降低土压至 0.7o.8bar 以后,在恢复正常掘进及出碴 .同时,为避免流向土仓的水量过大,把注浆管(上部 l 或 4)拆下一根放水,以降低来自管片后部的水压,使土仓内的碴土不至于成泥水状,造成
11、出土困难.但此时,泡沫系统不能关闭,液体流量可控制在 30L/min 以下甚至关闭,但气体流量要保持 250300L/min 左右,防止堵管现象发生.二足土质过粘,螺旋机出土口出土困难;在这种情况下,根据推进速度,可加 1 4 管水进土仓,并加入足够的发泡剂,比例为 2%左右,流量最大为 52L/rain,根据出土情况调整.利用泡沫降低土体之百 j 的粘聚力 ,加水后通过刀盘转动的搅拌效应分散土体,使之不能形成大块土体堵塞仓门,并且上皮带后易于输送.采取以上措施后,掘进中喷碴及仓门堵塞的现象很少发生.同时,在有喷碴现象发生时,应尽可能在刀盘扭矩允许的条件下,提高掘进速度,以期多削土体吸收水分;
12、而在土质较干的情况下,尽管加水亦不足以改善土质时,应收慢掘进速度.一般情况下,V 一 2o5onlm/min 时,加水会有较好效粜,当速度 V 一 6O70mm/min 及以上时,即使水及发泡剂全部加到最大 ,在粉砂质泥岩较多的情况下,土质的改善效果也不理想,只能降低掘进速度.3.5 螺旋机的调整与掘进速度相适应,螺旋机的转速亦应作桕应澜整,具体原则是与土仓压力(5)相结合,保证土仓力,一般敞开式 00.3bar,半敞开式 0.40.7bar 左右.同时,扭矩也反映了土仓内土质的干湿程度,一般在 3550bar 之间时,表明土质正常;如果超过 50bar 以上,表明土质较干 ,需要多加泡沫并要
13、在土仓内加水,以改善土质,保证出土顺畅.在喷碴的情况下,可停止螺旋机,等从仓门排放出一定的泥水卸压后,再转动螺旋机排出块状土体.118西部探矿工程 JurL2005No.64 管片姿态的控制及存在问题的处理方法4.1 管片姿态控制管片姿态的控制主要有三个方面:(1)为保证管片姿态不超限,根据这个区段地下水较大的实际情况,实际操作时,盾构机的姿态控制在:竖直方向一 40一 60之间,水平方向土 20 之间,基本满足成型管片的姿态精度要求.在水量大的地段,上浮的幅度大,则加大下沉量,取一 60mm其他取一 40mm;对于水平姿态,主要根据不同的转弯条件控制,平面直线段-l-20mm,左右转弯段分别
14、取一 30 和+30mm,既能满足要求,但应尽量向轴线靠拢.为保证管片受力均匀,滚动角应控制在土 10 之间,超过后,要及时调整,数值过大,造成管片轴向受力大,脱离盾尾后卸力也会造成管片姿态变形.(2)同步注浆量的保证.同步注浆量的多少,对管片的姿态影响极大,在硬岩地段(夹沙层)需保证 1.3l_8 倍注浆量,即 57m./环;软岩(粘土)1.01.4 倍注浆量,即 4.25.5m./环.即使管片上浮,亦能保证不超限.注浆压力的设定根据隧道埋深而定,但不超过 3bar.在含水量大的地段 ,浆液被稀释 ,粘滞力变差,初凝时间延长,更容易引起管片上浮(同时,管片后部的水向土仓流动,造成上下部的压力
15、差加大),也要加大注浆量.需要注意的是,盾尾漏浆时,应暂停注浆,马上加注油脂,漏浆止住后,才能补注浆,直到达到要求为止.(3)管片背后二次注浆.管片背后二次注浆主要有三个作用:一是补充注浆,填满管片后空隙.防止管片上浮;二是浆液为纯水泥浆加速凝剂,可加快管片背后土体及流动体的凝结,使管片迅速稳定;三是加速管片背后空隙处土体的凝结, 阻塞水流通道,形成止水环,防止水进入土仓,造成出土困难.背后注浆的原则以注浆压力设定,一般为 35bar,直到达到设定压力为止.位置的选择以盾尾 1020 环为宜.太远,管片已经上浮,即使注浆,效果不明显;太近,大部浆液将流向土仓,造成浪费 .4.2 管片选型的原则
16、最基本的原则是跟盾尾保持一致.盾尾间隙允许范围 4090ram,中值为 70ram.考虑管片成圆度的影响,间隙最大值达到lOOmm 时,管片极有可能被刮裂;而当间隙在 6080ram 时,管片轴线与盾尾轴线极好拟和,便于调整姿态.故在管片供应条件允许的情况下,应尽可能根据千斤顶的行程及盾尾间隙选择管片.一般情况下,考虑转弯型管片主要以盾尾间隙及千斤顶行程为依据,铰接供参考;如盾尾间隙一侧小于 40mm 时,应以盾尾间隙为主要依据,调整间隙达到 6080mm 后,在调整推进油缸的行程差,此时决不能以调整推进油缸行程差为主;如盾尾间隙正常,而推进油缸行程差达到 80lOOmm,则考虑转弯型管片调整
17、,使其差值减 d,N5Omm 以下.因每环管片的最大楔形量为38mm,而在实际应用时最大值只能达到约 26mm 左右,故调整推进油缸的行程差一般需 24 环才能调整过来.在选型上,尽管以多选 K 块在上部的型为主,便于安装管片,但为做到最好调整姿态,下部型必须考虑.更重要的是,选型应根据实际情况,不能强制选某型管片,尤其是管片型号供应不及时的情况下.5 结束语由于过江前各项工作准备充分,珠客区间盾构以较快的速度顺利穿越了珠江.盾构法隧道掘进受机械制约影响较大,要保证顺利掘进必须使盾构机处于良好的工作状态,特别是薄弱的密封系统必须保证能正常工作.在过江中,根据地质情况以及掘进反馈信息合理调整掘进
18、参数尤为重要.另外,地质钻探资料受岩芯采取率的限制,在一些岩土体上反映的情况与实际总是有出入的,尤其在脆性岩类和砂质土体.地质情况的变化,对于掘进参数的选择及制定影响很大.在以后的施工中,需要结合掌子面及施工过程中碴土的实际情况对原始资料进行校正.参考文献:1尹旅超,朱振宏 ,李玉珍,等.日本隧道盾构新技术M.湖北:华中理 J 二大学出版社,1999.2刘建航,侯学渊 .盾构法隧道M.北京:中国铁道出版社,1991.3施仲衡,等 .地下铁道设计与施工M.西安:陕西科技出版社,1【)97ConstructionTechniqueofCrossingtheZhajgRiverbyShieldYEZ
19、uokai,DUJianhua(1CollegeofArchitecture,SouthalinaUniversityofTechnology,GuangzhouGuangdong,510000,alina;2.Deptof(SvilEngineering,South(inaUniversityofTechnology,GuangzhouGuangdong510000,(,l)Abstract:lheshielddistrictinXinchengstationtoKecunstationofGuangzhouNo.3subwayhassuccessfullycrossedtheZhuiian
20、griver.Itis,however,somequestionsofthiscrossingtheZhujiangriverbyshieldinvirtueoftheparticularityofgeologicalandshieldmachineconditions.ThedifficultpointsandprobablequestionsinthiscrossingtheZhujiangriverareanalyzed,andtheshieldtunnelingtechniquesinthecourseofcrossingtheriveraresummedup.Keywords:shield;crossingtheZhujiangriver;technique
