盾构法隧道管片

盾构法隧道管片（精选10篇）

盾构法隧道管片 第1篇

1 工程概况

广州轨道交通四号线【黄村站~车陂南站盾构区间】地处广州市中心区东部, 线路出黄村站后, 紧接着下穿广园快速路及广深铁路, 随后转向西下穿大观路、东环高速高架桥桩基及广州化工城、东圃工业园等大量既有或在建民用建筑基础, 下穿车陂涌后进入中山大道, 基本沿中山大道南侧行进, 接近车陂路口时接入车陂站;出车陂站后, 转向南下穿大量2~5层B类民用建筑, 后走行于车陂路下方, 与先期实施的四号线车陂南站北端盾构吊出井相接。本标段工程纵断面线路设计因受过广深铁路及东环高架桥因素影响进行线路的调整, 将最大坡度由原来设计的33.6‰调整为现在的50‰, 沉降要求极高, 因此, 盾构施工中对掘进的要求是极高的。

2 盾构掘进中沉降的分析

盾构掘进中, 由于盾构机的开挖洞径相对于盾体的直径来说较大, 因此, 在掘进过程中, 就必然存在着沉降。按照掘进的时间顺序, 主要分成以下几种:

(1) 掘进过程中沉降:掘进过程中由于盾构机对土体进行开挖而造成的沉降, 影响的关键在于对土仓压力、出土量和掌子面水土压力的平衡控制;

(2) 盾体经过时的沉降:盾构机经过开挖面时, 由于此时还没有注浆, 而开挖直径又比盾体直径大, 之间形成的间隙未能填充而造成的沉降, 控制这个沉降的关键在于加快掘进速度, 减少经过的时间;

(3) 管片脱出盾尾的沉降:管片脱出盾尾时, 浆液尚未形成稳定的支撑, 管片上浮后导致上方出现间隙而引起的沉降;

(4) 后期沉降:由于注浆不饱满或者浆液凝固后体积变小、或者经过一段时间土体的被动压实而造成的沉降。

以上几种沉降, 影响最大的是第一种、第三种和第四种, 第三种和第四种主要因素是注浆, 浆液的不饱满容易导致路面建筑倾斜和开裂。特别是在软弱砂层, 地面是管线众多沉降极其敏感的广园快速和沉降精度要求极高的每15分钟一趟的广深铁路, 同时又是大坡度 (50‰) 、小半径 (300m) 。为此如何在软弱砂层中注浆是本文探讨的重点。

3 注浆的原理和目的

注浆是指在管片脱出盾尾后对管片与围岩体之间的间隙注入填充物, 达到控制地面沉降和抑制管片上浮和错台的效果。注浆必须控制注浆压力和注浆量, 选择合适的浆液材料保证浆液的凝固速度和填充密实是控制管片错台和管片上浮的重要因素。盾构施工注浆的目的有以下三点:1, 防止地层变形;2, 提高隧道的抗渗性;3, 确保管片衬砌的早期稳定, 防止管片错台和上浮。

为更好地实现背后注浆的目的, 注入浆液必须迅速确实填充尾隙, 由填充性、限定范围、固结强度, 控制, 这三个方面是相辅相成、相互制约的关系。

4 盾构隧道管片背后注浆的分析、试验

4.1 浆液的分类

单液浆———搅拌器中一次拌和成为流动的液体, 再经过液体-固体的中间状态后固结。

双液浆———水泥类液体和水玻璃类硬化剂混合变成的胶态溶液。

4.2 浆液的注入方式

从填充性、限定范围、固结强度三个因素来选取浆液的类型, 发现单液和双液都不能满足需求, 只有单液、双液结合的方式才满足。

4.3 浆液实验

(1) 实验材料

(1) 水泥:选用广东佛山三水“三虎”水泥厂的P.C32.5R散装水泥

(2) 膨润土:选用广东花都赤坭膨润土厂的Na基膨润土。

(3) 粉煤灰:粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集而得的细灰。本工程选用广州黄埔电厂生产的Ⅱ级 (F类) 粉煤灰。

(4) 水玻璃:硅酸钠的水溶液俗名水玻璃。本工程选用由中山市板芙化工厂生产的水玻璃。

(2) 浆液配合比选择

根据各种材料的特性按照不同的配合比进行试验,

通过各种配合比特性分析, 由以上试验分析出不同的浆液配比适合不同的地层条件, 针对车黄软弱砂层则选取 (2) #配比。 (2) #配比:适用于砂层中以及有地下水的情况下使用, 该浆液单液浆与水玻璃按6%混合后反应是速度较适中, 便于施工操作, 而且2小时后抗压强度达到0.2Mpa, 28d抗压强度为1.5Mpa。净浆扩散度达到10cm。

(3) 注浆步骤

(1) 注双液浆形成支撑环; (2) 注单液浆填充缝隙; (3) 再注双液浆形成支撑环; (4) 注单液浆填充密封; (5) 双液浆进行稳固和封口

背后注浆采取单双液结合的模式进行注浆, 主要是由于浮力的影响管片容易上浮造成错台等现象, 同时由于砂层中富水较多、水压较大, 单液浆液注入后很容易被水稀释或是带走, 浆液的成浆率很低, 达不到注浆的效果, 必然引起后续的沉降和造成隧道漏水, 而双液浆由于水玻璃和水泥浆混合后凝固时间较短, 并且不溶于水, 容易填充空隙, 并形成支撑, 使砂层中的应力得以保持, 确保管片脱出盾尾时, 地层的稳定。同时由于双液浆不能100%密实, 必须用单液浆填充双液浆中的空隙, 使成浆率高的同时填充密实管片后的背隙, 起到防止地层变形、提高隧道的抗渗性、确保管片的早期稳定不会形成沉降。

5 新型双液浆混合器

传统的双液浆注入采用的是直接让浆液与水玻璃在出口位置混合, 如图6-7所示。

这种传统的混合器水泥浆和水玻璃不能均匀的混合, 容易形成紊流, 同时由于水玻璃与水泥浆反应的不完全, 造成水泥浆的快速凝结, 造成管道被堵, 给施工带来极大的不便。因此, 对于双浆液注浆工艺, 关键要水泥浆和水玻璃能均匀混合, 双液浆和水玻璃注入系统能随时分离, 不影响管道的畅通。

这种混合器在使用时套上橡胶套管, 不仅起到单向阀的作用, 防止水泥浆回流进水玻璃管道造成堵塞, 而且能控制水玻璃的注入量和注入压力, 使水玻璃能和水泥浆在出口处形成层流, 均匀混合, 防止水玻璃喷射导致注入孔堵塞而影响注浆。工作时水玻璃从注入口进入顶开橡皮套 (橡皮套的压力一般要比正常注水泥浆的压力略大一些, 一般取3.5bar) , 水泥浆和水玻璃在出口处混合, 形成均匀的混合体, 能进行有效的控制, 并能有效防止堵管、紊流等现象, 拆装也方便。通过在项目的实际使用效果, 证明该种混合器效果良好, 堵管的概率控制在0.1%以下。

由此, 通过浆液配比研究、注浆工艺的改善及注浆器的改进, 本次采用的双液壁后多序注浆工艺对软弱地层具有很好的实用性。随着工艺的不断调整, 注浆效果越来越好, 引起的地层变化越来越小。特别是通过工艺的调整盾构通过广园快速路 (60-108环) 和广深铁路 (119-148环) , 注浆带来的后期沉降控制在0.2mm以内, 广深铁路在盾构机通过两天后将速度由12KM/h提高至200KM/h, 运行至今一切正常。

6 结束语

盾构法隧道管片 第2篇

【摘 要】 以南京地铁区间盾构隧道为研究背景，通过大比例模型试验，对盾构隧道管片三种拼装方式的受力特征进行了深入研究。研究结果表明，拼装方式对管片受力特征有很大的影响，并提出了合理的管片拼装方式。

【关键词】 盾构隧道模型试验 管片拼装 通缝错缝

1前言

盾构法隧道衬砌结构是由若干弧形的管片拼装成环，然后每环之间逐一连接而成的，管片与管片、环与环之间通过螺栓或其他方式连接。管片的拼装力式有通缝和错缝两种。所有衬砌环的纵缝呈一直线的情况称之为通缝拼装;相邻两环间纵缝相互错开的情况称之为错缝拼装。不同的拼装方式必将对管片的受力特征有重大的影响。为探明在南京地区特定的地质条件下，不同管片拼装方式对管片受力特征的影响以及合理的管片拼装方式等问题，作者以南京地铁区间盾构隧道为研究背景，进行了考虑隧道与土体相互作用性的大比例尺模型试验研究。

2试验概况

2.1试验原型

隧道采用单层装配式钢筋混凝土管片衬砌，隧道内径5 500mm，管片厚350mm，宽1 200mm。

衬砌环分为6块，下部三块标准块的圆心角为67.5度，两邻接块的`圆心角为68.0度，割顶块的圆心角为

11.5度。纵向接头16处，按22.5度等角度布置。分块图见图1。

图1 原型管片衬砌分块图

2.2相似材料

试验以几何相似比Cl=12和容重相似比Cr=1为基础相似比，其他物理力学参数根据相似理论推围岩均采用特定比例的重晶石粉、石英砂、松香和凡士林的热融混合物模拟。这些混合材料在化学反应结束后，基本不受温度和湿度的影响，以高压方法加压成型，围岩模型和原型物理力学参数见1表管片混凝土采用水膏比为1：1.50的特种石膏材料，通过预制加工现场安装的方法模拟，力学指标以石膏终凝时的实验值为准，管片混凝土原型与模型的力学参数见表2;管片混凝土环向主筋的相似材料采用直径1.2miil的铁质材料通过原型与模型的等效抗弯日渡EA模拟。

表1 围岩模型和原型物理力学参数

全部试验在专门制作的台架式钢板试验模型槽内进行。试验模型槽用两组180工字钢对模型槽前后进行约束，其尺寸为2.8mxl.2mx0.2m，试体尺寸为0.517mx0.517mx0.200m，试验装置见图

2。试验时，将预先拼装好的模型管片埋人横向宽度为2.8m的地层相似材料中，管片的上部覆土深度为20Cm，下部深度为95cm，然后在相似材料的上面加上底部宽度为20cm的承载梁。在承载梁的上面用加载系统分级加载。加载至管片结构完全破坏。

2.4试验量测项目及方法

(1)管片内力

以11.25度为单位在管片周边典型位置布置测点，采用在管片内、外侧对称布设环向电阻应变片方式测读内外侧应变值，以此获得内外侧的应变后计算出管片的截面内力。一环管片总共布置了32个测点。

(2)管片环周边径向位移

以45度为单位在管片周边典型位置布置测点，用千分之一精度的差动变压器式位移计进行量测。一环管片总共布置了8个测点。

(3)围岩与管片间接触压力

以45度为单位在管片周边典型位置布置测点，用精密土压力盒量测围岩与管片间的接触压力。一环管片总共布置了8个测点。

(4)测点布置

各次试验的测点布置见图3。

2.5 试验系列

根据试验要求和试验的具体条件，在相同条件下按三种不同拼装方式进行试验。试验拼装方式见表4

3 试验结果整理与分析

试验结果包括管片内力、管片环周边径向位移和围岩与管片间的接触压力。所有结果都是试验值通过相似关系换算得到的原型值。将部分结果列于图4-图9。

根据试验结果可以得出如下分析：错缝拼装结构的轴力分布与通缝拼装大致相似，但有突变点出现，局部位置轴力有所降低：错缝45度管片最大轴力大于错缝22.5度管片最大轴力;错缝拼装结构中弯矩分布与通缝拼装大致相似，但也有突变点出现，局部位置弯矩略大于通缝拼装结构，45度大弯矩大于错缝22.5度管片的最大弯矩;通缝拼装结构位移量要稍大于错缝拼装结构，但增幅不大，45度错缝管片位移量小于22.5度错缝管片位移量;通缝拼装管片与周围土体压力呈对称分布，最大土压力小于错缝拼装，45度错缝拼装最大土压力最大，22.5度错缝错缝拼装时，所受土压力变化大。

4 结论

(1)在相同条件下，错缝式拼装结构中的内力分布总体规律与通缝式拼装结构大致相似，但有突变点出现，局部位置的弯矩略大于通缝式拼装结构，而相应轴力有所降低。

(2)在相同条件下，通缝式拼装结构的位移量值要稍大于错缝式拼装结构，但绝对值增幅不大。

地铁盾构隧道施工管片选型技术研究 第3篇

关键词：盾构机、管片、盾尾间隙

1.线路设计：

地铁隧道设计，受车站、地表与地下地质情况的限制，基本上所有线路都要插入不同曲线半径的圆曲线来转弯，圆曲线的前后采用缓和曲线过度，如何用预制好的管片来拟合线路曲线，成了隧道掘进施工的一个重要的基础工作。

2.管片设计：

广州地铁管片设计一般采用长1.5米管片，分左转（L）、右转（R）、标准（P）三种管片型号，管片内径为5.4米，外径为6米，一环管片共有六块组成，分别为A1、A2、A3、B、C、K块。标准环管片长度为1.5米，左、右转弯环管片为楔型，最宽的位置与最窄的位置相差38mm（图1）。

3.盾构机相关部位简介：

与管片选型有关的两个重要指标为千斤顶行程与盾尾间隙，千斤顶指的是盾构推进千斤顶，千斤顶行程是指千斤油缸的伸出长度（海瑞克机千斤顶最大行程为2m，一般掘进施工伸长到1.8米就可以满足安装管片的要求）。盾尾间隙指的是管片外弧面与盾构机后体内壳之间的间隙（海瑞克盾构机的设计盾尾间隙为75mm）（图2）

4.管片选型

管片选型：指的是采用那种类型的管片？K块安装在什么位置？（一般K块的位置与钟表的点位相对应，比如P11，P指标准环，K块安装位置在11点钟。）。选型时要考安装纵缝的错缝拼装。管片的选型决定了左右转弯的幅度，即线路的走向。如上面的管片设计与拼装图。

管片选型的原则是：盾构机开到哪里，管片就安装在哪里。

管片选型方法：

管片选型的主要依据是千斤顶行程与盾尾间隙，选型采用左、右手定则。左侧千斤顶较长，盾尾间隙较小，管片选用右转环，采用右手定则；右侧千斤顶行程较长，盾尾间隙较小，选用左转环，采用左手定则。千斤顶行程与盾尾间隙均衡则采用标准环。

左右手定则为：伸出左或右手，掌心朝自己，大拇指与其余四指（其余四指并拢）垂直，四指指向千斤顶行程最长的位置即管片最宽的位置，那么大拇指所指的点位即K块的位置。

管片并装采用错缝拼装（联络通道除外），其中1、3、5、8、10点位为同缝，2、4、7、9、11为同缝，两组之间为错缝。管片选型一般选用3、9点以上的点位，方便安装。特殊情况下才选用K块在下面的点位。左转环与右转环的点位对角方向转向相同，左右转的管片可以互换。例如L1与R7，L11与R5转向相同。

5.结束语

管片选型不当，会导致盾尾间隙过小，管片拼装困难，盾构机在掘进一环的过程中后体挤压管片，造成管片错台与开裂。所以合理的管片选型是保证成型隧道质量的一个重要的基础工作。

参考文献

[1] 盾构隧道管片设计图.广东省建筑设计研究院

[2]Φ6280土压平衡盾构使用说明书.德国海瑞克.

盾构法隧道管片 第4篇

1 工程概况情况

随着科学技术的不断发展, 交通技术的变革越来越明显了, 尤其是在隧道的施工技术之上, 但是在工程的施工建造之前我们要对施工当地的施工环境进行一个了解, 这样才能够更好地施工, 建造出合格的公路以及铁路等, 而对于工程的概况, 我们主要从工程地质与水文条件这两个方面入手来进行了解。

1.1 工程地质。

在公路或者铁路的施工过程之中要采用矿山法对山脉进行开挖以及在盾构隧道矿山法段采用管片拼装的施工技术就必须了解山脉的以及周围的地质状况, 具体的来说就是通过地理学有关的知识来了解山脉的岩层以及土地岩石的密度, 特别是其严密度, 还要对周围岩石的风化侵蚀程度做一个简单的了解过程, 考察它们主要受哪方面的侵蚀影响, 这样在施工的过程之中为了保障施工效果, 就可以做一个简单的防范与规避措施。

1.2 水文条件。

因为对于隧道的施工, 我们主要是以山体作为施工对象的, 所以不可避免的就会有水流的影响, 所以在施工的过程之中我们一定要考虑这一方面的因素, 所以在之前的地质概况与调查之中我们要对上述的地质结构进行一个简单的了解, 判断该山体是向斜还是背斜, 因为对于不同的上体类型我们所要采取的施工工艺以及防漏措施是不一样的, 除了这一点之外, 我们还要对地下水资源进行一个探测与研究, 了解地下水的深度, 一般是在2.5 m~30.0 m之间的, 所以在施工之前要做好了解, 这样对于我们隧道的开挖都会有一个提前的准备以及方案的制定, 否则在施工的过程之中稍有不注意就会影响地下水以及施工的效果和工期。与此同时除了这一原因以外, 还有一个生态原因, 我们都知道地下水是可饮用的水资源, 而我国又是水资源短缺的国家, 如果在施工的过程之中破坏了地下水资源, 是水体受到污染, 不仅造成了水资源的浪费, 甚至还会影响到我国居民的正常饮水问题, 因此在施工之前一定要对当地施工地的水文条件进行一个了解。

2 总体施工方案

在盾构机进入矿山法隧道前先在矿山法隧道铺设混凝土底板, 施做盾构机导向台, 并采用米石和砂回填导台间的空隙。盾构主机 (主机全长15m) 每进入矿山法隧道5m (即管片拼装5m) , 在盾构刀盘前采用2台喷浆机喷射米石和砂充填盾构机外壳和矿山法隧道之间的空隙, 同时采用二次补强注浆 (材料采用水泥砂浆) 充填管片和矿山法隧道之间的空隙将米石和砂固结。

3 施工方法及技术措施

对于隧道的施工工艺可以说是有很多的, 它随着时间以及科学技术的不但发展而不断更新, 但是通过对各个公路以及铁路的隧道施工工艺的调查与研究我们发现管片拼装的施工工艺在我国应用的较为广泛, 可能这是由于我国的施工环境多为盾构隧道矿山法段的缘故吧, 下面就让我们从该项施工工艺的具体施工工艺入手来进行一个简要的分析:

3.1 盾构机在到达矿山法隧道段前, 矿山法隧道要进行铺底填充, 以保证工作人员有平整、良好的作业面。

隧道铺底采用C15素混凝土, 厚度为30cm;根据盾构机具体位置, 施作混凝土导向台, 同时在盾构机底部与混凝土垫层空隙间回填米石、砂子混合料, 保证盾构机底部密实, 有良好的持力层, 以便盾构机的顺利掘进。为满足业主要求的总工期, 同时从工艺上保证施工防水质量, 加快施工进度, 矿山法段隧道采用管片拼装方式通过矿山法隧道。

3.2 盾构机负载掘进完成, 到达矿山法隧道段, 与矿山法隧道对接, 盾构机进入矿山隧道段。

这项工作只是该项施工工艺的一个初步阶段, 它看似比较简单但是还是存在一定的困难的, 首先就是机器的大小与隧道口以及内部结构宽度的相融合度, 一旦有所不适应就会使得机器无法进入隧道, 而且严重的还会损害机器以及施工人员的人身安全, 其次就是如何运进去的一个问题, 所以这就要求施工人员在施工之前进行一个详细的规划与打算, 合理分配人员, 尽量做到精准。

3.3 盾构机继续推进约5m, 则机体前约有5m进入矿山法隧道段, 同时, 在盾构机前、矿山法隧道段内摆置两台喷浆机, 米石、砂子混合料从接收井下井, 由专人负责在盾壳外采用高压喷射管回填米石、砂子混合料, 使其尽量将空隙填密实;在盾构机后管片拼装与盾构段相同。有轨运输砂浆车运到洞内泵入储浆罐中待注。注浆管路自制, 孔口管选购其具有与管片吊装孔的配套能力, 能够实现快速接卸以及密封不漏浆的功能, 并配有止浆阀。盾构机进入矿山法隧道段内, 进行正常施工, 直到盾构出洞。

3.4 盾构机进入矿山法隧道时姿态控制。

为确保盾构机能顺利推进到已施工完成的矿山法隧道内的导台上, 在盾构掘进施工中, 需对掘进速度、推力、刀盘转速等施工参数结合地质情况进行设计, 以调整盾构机姿态。此外, 施工测量方面, 除采用盾构机自动导向系统进行导向外, 还应辅助以人工测量。如控制不准, 将会出现较大施工误差, 导致盾构机无法爬上矿山法隧道内的导台。a.原因分析:到达矿山法隧道段地层为以:混合岩为主的、中~强风化混合岩裂隙发育, 强度降低, 稳定性较差。在盾构机姿态的垂直值变大前, 没能及时采取有效措施予以控制盾构机的姿态。b.处理措施:通过复核线路设计参数, 在满足隧道各项使用功能的前提下, 在接口段进行调线调坡处理。按调坡后的线路坡度, 为使盾构机以3‰的坡度爬上导台, 需对刀盘前方10m范围内的仰拱部位的格栅拱架进行处理。实施中, 先在隧道3点, 9点位施作格栅锁脚锚杆, 再人工破除高出刀盘下沿的部分导台及隧道初衬混凝土, 割除格栅拱架。为使破除格栅段的地层有足够的承载力, 避免盾构机下沉, 在此段预埋焊有间距1000m厚钢板的轨道, 然后浇筑早强混凝土, 加强养护, 待混凝土达到一定强度时, 推动盾构机前进。

3.5 盾构机在矿山法隧道推进过程中姿态控制。

盾构机在左线矿山法隧道, 当推进550环时, 盾构机姿态垂直值逐步变大。为降低刀盘底部豆砾石的堆积厚度, 降低盾构机姿态垂直值。由于操作人员的操作失误, 刀盘转动所产生的瞬间反力矩导致盾体顺时针扭转约30°, 纠正盾构机至正常位置共耗时7d。a.原因分析:在矿山法隧道内, 矿山法隧道内盾体的约束摩擦力较小, 不足以抵抗刀盘扭矩, 导致盾体扭转。现场操作失误, 没将推进千斤顶撑靴压在管片侧边。b.处理措施:利用刀盘转动过程中, 在足够外力作用下突然制动所产生力矩, 利用运动相对性使盾体向相反方向转动。采用断续挡, 点动刀盘, 当刀盘扭矩达到约5600k N·m时, 盾体逐渐向回旋转。经过反复4次操作, 盾体累计回转约30°后检测各系统, 均处于正常状态。

3.6 矿山法隧道内所拼装管片的上浮控制。

左线矿山法隧道人工湖段 (YDKl9+985~YDK20+155) 在拼装完管片后, 由于矿山法隧道超挖量大, 管片与矿山法隧道之间的空隙填充不饱满, 地下水位上升后导致左线隧道531环~599环, 共69环 (103.5m) 管片发生了整体上浮现象, 管片垂直方向超限, 而最大值达到520nm。a.原因分析:矿山法隧道超挖量过大, 导致需喷射填充的豆砾石量很大, 管片与矿山法隧道之间的空隙填充不饱满。管片周边填充不饱满, 地下水位上升后, 管片的自重 (21t) 远小于管片所排开地下水所形成的浮力 (42t) , 导致管片上浮。虽知道需将管片背面的空隙用砂浆填充, 但采取的施工措施不及时。b.处理措施:由于管片背面与隧道初衬间空隙大, 对人工湖段的隧道, 在湖面作业, 沿隧道设计中心线两侧按孔距3m对称布设防水套管, 然后在套管内钻孔, 通过这些孔, 采用泵送方式, 间隔2d、分4次往管片背面注入流动性好的砂浆, 同时在此段隧道内打穿管片吊装孔排水泄压, 在此段共填充砂浆约1000m3后, 所用钻孔有砂浆溢出。后经测量, 管片稳定。

3.7 混凝土导台施工质量的控制左线隧道于750环处, 因矿山法隧道仰拱处的格栅高出设计标高约15咖, 使得导台混凝土厚度由30tin变为15CITI, 如此厚度导台混凝土在盾体自重作用下, 混凝土破裂, 盾构机姿态垂直值达到一120FILm。a.原因分析:由于没能按设计标高控制导台厚度, 且导台混凝土强度达不到设计要求, 在盾体自重的作用下, 混凝土压破, 盾体下沉。b.处理措施:在刀盘前的导台上预埋焊有钢板的导向钢轨, 并浇筑混凝土加固。待混凝土有一定的强度后, 推动盾构机前进。

4 施工注意事项

在这之前, 我们已经对该项施工工艺进行了一个简要的分析, 让我们了解到了该项施工工艺的具体步骤, 但是在施工的过程之中要做到精准无误, 建造出合格的公路或者铁路就必须注意以下几点施工要点以及注意事项:

4.1 采用米石和砂子混合料填充时, 要尽量将空隙填充密实。

因为这两种施工材料的密度以及技术度是不同的, 而且在施工的过程之中一定会出现空隙, 而且这也是一个普遍而无法避免的一个问题, 所以这就要求施工人员在施工的过程之中要仔细, 一旦发现有空隙就要用该种混合料进行填充, 以保证施工的安全以及隧道的质量安全。

4.2 水泥浆配制要严格按照配比表中进行。

要做到这一点在我们看来是一件非常容易的一件事, 但是通过调查我们发现在实际的施工过程之中要做到这一点其实是比较困难的, 之所以这么说是因为在进行隧道施工的工作人员一般都是有一定的施工经验的, 所以他们会根据自己的经验以及感觉进行水泥浆的配比, 虽然有时候还是比较准确的, 但是在众多次的实验之中那面会出现失误, 而且随着施工的不同要求对于水泥浆的配比要求也是不同的, 再加上材料的变化都会造成失误, 所以在施工的过程之中水泥浆的配置一定要按照严格的配比进行。

4.3 注浆应先压注可能存在大的空隙一侧, 这样才可以达到一般的效果, 不仅可以减少空隙, 而且还便于注浆, 同时对于整体的严密度也是也是有一定的帮助的。所以在施工的过程之中一定要注意这一点, 虽然这一因素是一个非常小的要点, 在施工的过程之中很容易受到忽视, 但是它却关乎施工的整体效果, 所以我们在施工的过程之中一定

4.4 注浆时要控制好注浆压力, 以保证不影响管片变形。

在之前我们对于注浆的方向以及优先选择之上做了要求, 但是在注浆的过程之中除了要做到以上一点以外, 我们还要控制好注浆的压力, 尽量做到同压, 这样才可以保证管片的不变形, 保证施工的质量安全。在我们看来要做到同压是一件比较难的一项工艺, 但是亦然, 因为在注浆的时候我们只要保证注浆的速度是匀速的, 就可以了。

4.5 在施工的过程之中最为核心的步骤之一就是管片的安装

了, 所以关于管片安装的问题我们都要打起十二分的精神去面对, 这样就可以为后期的施工工作的开展以及工程的施工建造安全打下一个坚实的基础。所以要做到这一点我们必须注意以下几点:第一就是在管片的安装前, 我们一定要对管片的进场进行一个严格而周密的检查, 同时还要保证止水条和软木衬垫的粘贴质量, 这样对于管片的进入打下一个结实而安全的基础;第二就是在管片的安装过程之中, 我们一定要严格控制推进油缸的伸缩, 这样才可以保证管片的安装工作有效而安全的开展。

4.6 严格对盾构机进行姿态控制, 保证实际轴线同设计轴线的偏差量小于±50mm的要求。

对于这一要求其实是为后期的施工的准确度而着想的, 因为只有合格无差的机器才可以对后期的安全、合格的施工打下坚实的基础, 如果在机器的采购这一关我们有所放松的话, 就极有可能购进不合格的机器, 这样不仅不会建造出合格的隧道工程, 而且对于后期的通车安全都会带来极大的安全隐患, 所以为了保障施工安全我们一定要把握好采购的关卡, 采购进合格的盾构机。

4.7 测量每环管片盾尾间隙, 及时纠偏。

做这一项工作不仅是为了保障工程的安全以及合格, 而且更重要的是保证人员的安全 (这里的人员不仅包括施工期的工程上的施工人员, 还包括后期的通车后的人员) 。所以, 我们一定要把握好该项工作, 做好检查工作, 不放过一个差错, 而且一旦发现问题立即上报, 并联系相关的施工人员前来就偏。

4.8 合理控制推进速度。

这一要点要求主要是针对盾构机进入隧道而提出的, 因为在将该项机器推进隧道的时候是一个漫长而充满体力活的一项工作, 有时候工作人员为了尽早完成该项工作, 基于求成就会加快推进的速度, 有时候稍有不慎就会造成机器的损害, 影响后期的工作效果, 所以在施工的过程之中一定控制盾构机推进的速度, 尽量做到合理, 在平缓的的地方可以适当的提速, 而对于陡峭的地方就必须减速推进了,

4.9 保证矿山法隧道和盾构机外壳之间充填密实, 及时进行二次注浆。

因为为了保证施工的质量, 我们应该在施工的过程之中尽量减少空隙, 所以一旦空隙达到一定的标准之后就必须准备第二次注浆, 这样才可以保障施工的安全与质量, 同时在进行注浆的时候一定要注意注浆的方向与压力。

4.1 0 盾构空载推进中, 测量在每环拼装后进行, 作到“勤测勤纠”, 对轴线一次纠偏量不大于4mm。

对于这一项工作, 施工单位应该建立一个专门的质量检查小组对施工过程之中的问题进行检查与检修, 这样就可以将施工问题降到最低, 保障施工的质量安全, 当然对于该小组的施工人员的选择之上也要严格把关, 他必须具备一定的专业技术以及工作经验, 因为只有这样才可以发现问题并解决问题。

5 结论

综上所述, 我们简要的对盾构隧道矿山法段采用管片拼装的施工工艺进行了一个分析, 相信这对于我国以后的交通运输业的发展都会有一定的推动作用的。所以我们应该大力推广该项施工技术, 并不断地改进该项技术以追求更好地。

摘要：随着科学技术的不断发展, 人们的生活水平水平都到了一个显著的提高, 而出现这一形势最为主要的因素之一就是交通运输业的发展。随着公路系统以及铁路网络的不断完善, 我国的交通越来越发达, 施工建造技术也越来发达, 就拿隧道的施工建造过程之中盾构隧道矿山法段采用管片拼装的施工工艺来说, 该项施工技术的出现, 在一定程度之上就推动了我国交通事业的发展, 下面就让我们来简要的来了解一下该项施工工艺。

关键词：盾构隧道矿山法段,管片拼装的施工工艺,注意事项

参考文献

[1]封坤, 何川, 邹育麟.大断面越江盾构隧道管片拼装方式对结构内力的影响效应研究[J].工程力学, 2012 (6) .

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[4]孙善辉.城陵矶长江穿越隧道管片拼装技术[J].隧道建设, 2004 (6) .

盾构法隧道管片 第5篇

通过南京龙蟠路明挖隧道近距离上跨南京地铁盾构隧道的`施工实例,论述了在既有隧道上方修建明挖隧道的施工方法及措施.该技术有效控制了盾构隧道上浮等潜在危险源,确保了施工安全,为以后类似工程实施提供借鉴参考.

作 者：赵炜 Zhao Wei  作者单位：中铁隧道股份有限公司,河南,新乡,453000 刊 名：市政技术 英文刊名：MUNICIPAL ENGINEERING TECHNOLOGY 年，卷(期)： 27(3) 分类号：U455.49 关键词：明挖隧道   盾构隧道   近距离施工   隆起   上浮   抽条开挖  

 

盾构法隧道管片 第6篇

本段区间自西北旺站南端 (右BK13+290.800) 出发, 沿现状永丰路向南敷设, 到达西马区间风井 (右BK14+320) , 于区间风井接收吊出, 区间长度1023.7, 其中需钻爆法开挖区间长度左线为87.5m, 右线为62.5m。钻爆法段线间距18.0m, 最大坡度为6.205‰, 隧道覆土22.3~24.0m。平、剖面如图1-1、1-2。

2岩层地质描述

区间隧道穿越岩层为风化砂岩 (14) 2层:灰黑~灰绿色陆相碎屑及含火山碎屑沉积凝灰质粉砂岩, 粉~细粒结构, 中厚层状构造, 少量巨厚层状。中等风化, 钙质~硅质胶结, 岩质新鲜, 坚硬, 完整性较好, 岩芯较破碎, 节理裂隙发育, 饱和极限抗压强度100.66~206.38MPa, 最大揭露厚度35.5m。本段隧道围岩基本分级为III级, 盾构法施工适宜性较差, 建议采用爆破法施工。揭露岩性见图2-1。

3方案比选

对于强度高的硬岩采用钻爆法施工, 初支采用喷混+格栅钢架。二衬的做法有两种:一种采用模筑混凝土, 另一种采用盾构机拼装管片作为二衬, 管片和初支之间充填豆砾石, 前者为传统做法, 工艺较成熟, 质量容易控制;后者为深圳、广州地铁区间应对岩石地层创新的做法, 后者优点是成洞进度较快, 但对施工要求较高, 控制不好易产生管片漏水、盾构轴线偏差。与施工单位、业主充分研讨, 并在实施前聘请专家对施工方案进行论证, 最终确定盾构拼管片通过矿山法段的方案。

硬岩段开挖采用钻爆法施工, 初期支护采用砂浆锚杆+喷射混凝土+格栅钢架, 初支净宽为6.4m, 净高为6.35m, 导台厚度为0.15m, 满足盾构通过条件。二衬采用盾构管片, 盾构管片与喷混之间采用豆砾石填充并注浆。结构断面如图3-1所示。

4钻爆法区间设计

根据硬岩段的岩石强度和完整程度, 并结合对环境影响, 经各方论证及工法比选, 采用钻爆法开挖具有较强的适应性, 同时对钻爆法要求如下: (1) 硬岩段钻爆法开挖细化设计、具体实施方案及注意事项由具备资质的专业单位编制; (2) 开挖离土石分界面20m处, 加强超前地质预报, 采用水平钻孔探测前方基岩厚度, 保证钻爆掌子面基岩厚度不小于2m, 土石分界处2m基岩采取控制爆破, 可采用预裂爆破, 人工风枪开挖。交界岩体破碎地层采用上下台阶法开挖;如拱顶为土质地层建议预留核心土台阶法开挖, 交界面打设长度4m超前注浆小导管, 与交界土质地层小导管搭接不小于2m, 并保证注浆效果, 确保开挖支护安全; (3) 爆破循环进尺不大于1.5m, 爆破后掌子面与初支距离不大于2.0m, 爆破时应控制振速不大于2.5cm/s, 下穿有特殊保护要求的建筑物时尚应满足产权单位的要求; (4) 根据信息化设计施工的原则, 施工中应密切关注硬岩段开挖及支护情况, 与设计不一致时可及时通知有关各方现场处理。

5洞内盾构接收加固措施

西马区间接收端头加固由于受地面环境等因素的制约, 不具备地面注浆加固的施工条件, 盾构接收加固采用洞内深孔注浆加固, 加固长度9m, 宽度为隧道结构边缘外3m, 注浆每孔扩散直径0.8m, 注浆压力控制在0.8~1.0MPa, 注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆, 可根据地层条件添加调节浆液凝结时间和可注性的外加剂。注浆加固体单轴无侧限抗压强度不小于1Mpa, 渗透系数小于1*10-7cm/s。端头加固如图5-1。

6盾构空推通过矿山法区间设计

(1) 方案设计。盾构机前堆载豆砾石, 为盾构机提供反力以达到防水条所需挤压力, 同时为喷射豆砾石材料, 吹填豆砾石过程中同步进行注浆充填, 并通过二次注浆来保证浆液充填密实。豆砾石应为清洗干净、坚固的专用骨料, 直径为5~10mm, 通过现场试验获取合理级配参数, 以保证管片背后回填密实。施工示意如图6-1。

(2) 施工质量控制。盾构机空载通过矿山法段时, 应严格控制盾构机的掘进姿态, 加强隧道中线的定位检测;同时要求矿山法区间初支净空圆顺, 满足设计要求, 不得有欠挖。导台面的标高误差应满足的要求。盾构机到达段长度为3m, 该处断面净空较一般硬岩段断面净空外放200mm, 以满足盾构掘进中的掘进测量误差。

为了防止管片上浮, 在管片脱出盾尾后在管片的吊装孔安装钢质复合牙支顶。支顶紧贴在矿山法初支, 另一端通过支顶螺栓固定在管片吊装孔钢螺母上, 通过此措施来限制管片上浮及侧移。支顶示意及现场照片见图6-1、图6-2、图6-3。

防止管片在注浆期间上抬, 应先上后下进行注浆, 同时保证管片两侧同步注浆, 避免因注浆而对管片产生偏压, 一旦出现管片上浮或侧移, 打穿管片吊装孔进行补注浆, 以填充管片背后间隙, 阻止管片上浮和侧移。注浆过程中及时进行管片姿态监测, 并根据监测数据调整每次注浆量和注浆压力。

7现场施做情况

现场根据施工条件对于盾构机头和初支之间空隙采用喷射混凝土填充, 管片与盾尾间隙采用同步注浆填充, 喷射混凝土与盾构机摩擦力提供满足防水条所需挤压力, 其余措施同原方案。

8结语

(1) 矿山法区间段较长, 盾构拼装管片通过具有较明显的优势, 可以提高进度;矿山法区间长度较短宜采用模筑二衬, 减少施工难度, 提高施工质量。 (2) 空推过程中导台对管片轴线偏差具有重要影响, 应对导台标高、弧度等参数精度进行严格控制, 有些工程采用混凝土导轨, 上面预埋钢板做法, 提高导轨精度, 但同时也减少盾构机头摩擦力, 需采取另外措施提供满足盾构管片挤压防水所需压力。 (3) 喷射混凝土代替豆砾石好处是提高盾构机头摩擦力, 无需前方堆载即可满足管片防水所需推力, 但管片脱离盾尾存在较大空隙, 管片轴线控制难度增加。 (4) 盾构在土中掘进情况介于空推中喷射豆砾石与喷射混凝土之间。管片脱离盾尾中土体松散变形类似于喷射豆砾石;如地层较好, 变形较小情况, 则类似于喷射混凝土。 (5) 空推拼管片施工减少支模、绑钢筋等工序, 提高施工进度, 减少劳动强度, 但应对工后质量进行监测, 可采用雷达检测管片背后空洞, 对未填满较大空洞, 应打开注浆孔进行补注浆。如施工效果差, 空洞较多, 可采用增加管片注浆孔等措施提高施工质量。

摘要：随着地铁工程修建越来越多, 盾构难免穿越复杂地质, 衍伸出泥水、土压、复合式不同类型盾构机, 北京地铁16号线大部分地层为土层, 多采用土压平衡式盾构机。本工程区间局部穿越为岩层, 岩层强度很高, 土压式盾构法无法顺利通过, 需采取钻爆法施工硬岩段区间, 借鉴广州地铁、深圳地铁成功经验, 并结合本工程实际情况, 采用盾构拼管片通过矿山法段区间。通过对本工程的技术应用与总结, 供以后类似的工程参考借鉴。

关键词：盾构法,矿山法,拼管片,通过豆砾石,注浆支顶

参考文献

[1]李剑明.盾构空推过矿山法隧道新工艺[J].铁道标准设计, 2011 (11) .

[2]王春河.盾构空推过矿山法段地铁隧道施工技术[J].铁道标准设计, 2010 (3) :88-91

[3]城市轨道交通工程设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社, 2013.

[4]地铁设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社, 2013.

关于盾构隧道管片扭转的研究 第7篇

杭州地铁1号线某盾构区间工程,区间隧道设计全长约为1113.831m。平面最小半径R=450m,剖面最大坡度25‰,隧道顶埋深11.2~17.5m。本段区间盾构主要穿越(3)6层粉砂夹砂质粉土、(4)3层淤泥质粉质黏土及(7)2粉质黏土层。

本区间盾构机为小松公司生产的带铰接土压平衡盾构机。机长9.03m,盾构外径6.34m,最大推力37750k N,最大扭矩6327k N·m,刀盘转速0~1.3rpm。管片采用环宽1.2m、厚度30mm的标准环、左转弯楔形环、右转弯楔形环等三种模式,转弯环的楔形量为49.8mm。

在该区段盾构掘进施工时,隧道成形管片产生了不同程度的扭转,局部逆时针扭转角度最大达9°。管片的扭转对盾构拼装点位的选择造成了很大的影响,同时由于管片扭转千斤顶推力作用在两块管片拼装缝处造成管片破损,对管片的成形质量产生了很大的影响。

2 管片扭转原因分析

通过对盾构推进及管片拼装的观察和研究,产生管片扭转的原因分析如下:

2.1 管片螺栓孔存在间隙余量。

拼装时管片螺栓采用强度为M30,直径覫30的弯螺杆。而管片螺栓孔的直径为覫39。由于螺栓与螺栓孔间有9mm,管片拼装成形后,在受到外力的情况下,存在相对位移的可能。因此这是导致产生管片产生扭转的原因之一。

2.2 管片拼装顺序的单向性。

本区间管片拼装采用错缝拼装。拼装点位的选择根据盾尾间隙及盾构姿态来确定。一般情况下,为避免通缝拼装,选择1点和11点交错拼装。

从上图可知,在拼装完B2块时,由于管片自重而产生的竖向位移,可能会引起管片的逆时针扭转。

2.3 刀盘左右转数不均。

根据地铁施工规范,盾构推进过程中盾体回转角控制在-0.3~+0.3°。回转角的控制通过刀盘左右转来平衡。在本区间推进过程中,由于盾体本身的产生的误差,盾体呈向右滚转的趋势,导致刀盘左转的总圈数大于右转圈数。刀盘左右转圈数不平衡的累积造成管片逆时针旋转。

2.4 刀盘扭矩过大。

从力学角度分析,以盾体为研究对象,刀盘左转时,盾体产生一个逆时针的扭矩M1。同时由于刀盘的转动土体对盾体有一个反向力矩M2,管片对千斤顶有一个反向力矩M3。

(1)当M1≤M2时,即刀盘扭矩小于土体最大静摩擦力产生的反向力矩时,盾体保持平衡不旋转,M3=0。此时管片无旋转趋势。

(2)当M1>M2时,即刀盘扭矩大于土体最大静摩擦力产生的反向力矩时,盾体有转动的趋势,此时M1=M2+M3。M2是土体摩擦力产生的反向力矩,为定值。因此M1和M3是成正比的。当M1即刀盘扭矩增大时,M3也随之增大。M3的增大导致管片有反向旋转的趋势。

3 施工技术措施

针对以上的原因分析,施工必须采取相应措施避免管片旋转情况。措施如下:

(1)改良土层,减少刀盘扭矩。盾构在推进穿越(3)6层粉砂夹砂质粉土、(4)3层淤泥质粉质黏土等土层,土体内摩擦角比较大,导致刀盘扭矩比较大,易产生管片扭转现象。因此推进时通过向刀盘前方添加泡沫等土体改良剂,增加土体的流动性,减少土体摩擦力,从而降低刀盘扭矩。

(2)保持刀盘左右转趋势一致。推进过程中,为避免刀盘单向转动而引起的管片旋转,尽量保持刀盘左右转的圈数一致。此时的盾构回转角控制以不影响盾构的施工操作为准。

(3)针对管片的旋转方向采取反向拼装。管片拼装时,通过管片螺栓孔的间隙和管片的自重来调整管片旋转方向。若管片是逆时针选择,则拼装时先拼装右侧下部管片(B3块→B1块→B2块),同时拼第一块落底块B3时,通过管片螺栓孔的间隙使管片整体向左移动5mm左右。自此管片拼装完成后每环能顺时针旋转3~5mm。

(4)管片拼装完成后螺栓必须复紧。螺栓复紧分三次:拼装时复紧、管片拖出盾尾时复紧、管片拖出盾尾后2环复紧。由于盾尾间隙的存在,管片拼装完成后在盾尾内只受到千斤顶的纵向推力,侧向不受力。当管片拖出盾尾后,四周土体对管片有环向的土压力,管片受力重新分配并会引起管片变形。若管片复紧不及时,环向螺栓紧固力不够,会引起管片的旋转。

(5)控制浆液质量,提高管片自稳性。a.尽量缩短同步注浆液的初凝时间,以增强管片的自稳性和及时给予管片足够的摩阻力。b.当发现管片有位移迹象时,及时对管片进行二次补浆,以防止管片继续位移,或对管片进行有效的填充,以防止管片产生过大的扭转。

4 结语

综上所述,刀盘左右转数不均、扭矩过大等原因是引起管片扭转的施工因素,管片螺栓孔与螺栓间存在间隙等原因是引起管片扭转的设计因素。通过对这些因素的把握和控制,能有效地解决管片扭转问题,保证了管片成形质量。

摘要：地铁施工中管片扭转问题是长期以来困扰施工的技术难题。本文通过对类似工况的研究分析,找出了产生扭转的原因,并提出了相应的技术措施。为类似的扭转问题提供了指导意义,保证了施工的顺畅及管片成形质量。

关键词：管片,扭转,扭矩

参考文献

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盾构隧道施工管片缺陷处理措施 第8篇

1盾构隧道管片常见缺陷及原因分析

盾构隧道管片的缺陷常常表现为部分破裂或开裂、螺栓手孔边角崩裂以及管片错台, 最终造成管片漏水。对其产生的原因进行分析, 主要有以下几点:1) 没有选择合适的浆液。由于在有些隧道段采用的是惰性浆液进行隧道壁注浆的, 这种浆液在黏性土层中的快速初凝性能较差。在重力作用下, 这些液浆会大量聚集在盾构管片的下方, 使得管片上浮, 其上部的孔隙逐渐减小。与盾壳相分离的管片与没有和盾壳相分离的管片之间会形成一个交角, 螺栓的刚性连接造成管片的应力过于集中, 最终出现管片破损的现象。2) 弯曲部位的卡壳。在隧道弯曲部位的施工中, 无法保证盾构管片与盾构中心的一致, 当管片换面与盾构推进的方向之间存在一定的夹角时, 在合力的作用方向上, 管片很容易产生破裂现象。因此, 在推进盾构的过程中, 需要不断的进行纠偏处理[1]。3) 管片受力不均匀。当管片的拼接技术较差, 环缝之间存在泥沙或是管片的环面不理想时, 管片的受力会出现不均衡, 导致应力过多的集中于某一部位, 而该部位极易出现管片的破碎。4) 盾构与管片姿势不对。在区间的设置上, 首先应是2‰上坡, 之后是21.06‰下坡, 竖直线半径设置为3000米。在施工过程中, 没有及时完成管片对竖曲线楔形量的调整, 造成盾构在进行下坡掘进施工时, 管片的姿势与设计的纵坡坡度不相符;管片拼接时, 盾尾间隙的顶部越来越小, 最后会受到盾壳的挤压。推进油缸上下之间的行程差变得越来越大, 最终导致管片的破损[2]。5) 管片错台原因。在施工中, 没有按照设计要求调整竖曲线楔形量, 为了满足设计的纵坡要求, 常常会导致管片的错台现象;另外, 管片出盾尾受到挤压后失圆也会造成管片的错台[3]。

2盾构隧道施工管片缺陷应对措施

在隧道工程中, 利用拼装预制混凝土管片作为盾构, 管片中出现的缺陷, 如:破损、开裂等, 不仅与拼装过程中管片的错台有很大关系, 与千斤顶推力的位置以及盾构掘进中姿势的控制也密不可分。一旦盾构管片出现缺陷, 就会给防水工作埋下隐患。

2.1 管片的上浮处理

当管片出现上浮现象时, 处理过程较为复杂。当底层中的地下水较为丰富, 通常需要将隧道底部打开, 实施浆孔泄压, 将积压在管片底部的所有注浆浆液释放出来。但是在实践过程中, 这种方法取得的效果并不理想, 还会造成对隧道的污染。当在施工中发现管片的上浮度超出设计的限值, 应该马上停止盾构的掘进, 在已经出现上浮的管片上进行二次注浆。采用的注浆材料尽量选择瞬凝双浆, 尽量沿着隧道的坡度方向注浆。将拱底注浆孔打开, 当没有出现渗水现象时将注浆工作停止, 防止继续掘进过程出现管片的继续上浮。

2.2 盾构姿势的控制

隧道的盾构掘进时, 常常会碰到曲线段, 如果采用的盾构姿势与曲线段没有实现很好的匹配, 管片很有可能因为盾壳的挤压而出现开裂, 整圆器的顶压管片也容易发生开裂。另外, 在使用推进千斤顶时, 如果其作用于管片端面的顶力不均匀, 通过盾尾刷的作用, 盾壳会对管片产生挤压, 造成整环的形状发生变化, 如图2所示。同时, 盾尾刷出现结块硬化的现象, 盾尾壳体出现椭圆形形变, 管片连接螺栓没有拧紧等原因, 都会造成盾壳对管片的挤压。在隧道的盾构掘进中, 曲线段过多需要进行频繁的纠偏工作, 而纠偏的过程正是管片的环面受力不均匀的过程。所以, 需要对弯地段的盾构姿态实施严格的控制, 掘进过程尽量缓慢, 纠偏工作要细致周到。

2.3 浆液配比及其工艺

对管片安装之后的稳定性造成影响的因素较多。其中, 注浆液的配比, 初凝时间以及注浆量的多少等对其造成的影响甚为明显, 当管片的约束条件较差时, 变形和开裂的现象较为严重。因此, 在选择注浆的孔位和注浆量以及注浆使用的压力时, 首先要找出管片上浮的规律, 对盾构推进的姿态进行合理的选择。为了有效防止管片出现上浮现象, 表1给出了同步注浆浆液的配比 (1m3/kg) 。

2.4 管片环面不平, 千斤顶撑靴重心偏位的控制

首先, 当管片的环面不平, 使用的盾构千斤顶会在管片上产生很大的劈裂力矩, 最终导致管片的开裂。所以, 要对管片的制作质量进行严格的控制, 尽量减小制作过程中出现的精度误差;在施工时, 要保证管片安装位置的准确。当盾构掘进完成后, 应该对上一环管片的环面平整度进行检查, 及时对不平整现象进行调整[4]。当千斤顶撑靴重心没有与管片中心线相吻合时, 由于受力不均常常会导致管片的开裂。造成这种现象的原因有:管片的拼接没有实现居中, 盾尾刷出现结块硬化现象, 盾构姿态没有做到很好的控制。对

此, 应该及时更换新的千斤顶撑靴, 使其推力的重心保持与管片中心线的一致, 另外, 应该尽量做到居中拼装, 如图2所示。

3预防及处理措施

在盾构隧道施工管片缺陷的预防上, 应该做到以下几点:1) 在运输管片过程中, 保护衬垫尽量使用具有弹性的衬垫, 将管片相互隔开, 防止运输时的颠簸将管片损坏。起吊管片时要轻拿轻放, 防止其边角被磕坏。2) 要尽量保证管片的拼接质量, 对环面不平整的地方给予及时修正;保证环面与隧道设计的轴线相垂直。在拼装式, 在封顶块管片的开口部位留下较大的位置, 方便封顶块插入。3) 当管片与盾壳发生碰撞时, 在下一个环节的盾构推进时, 要进行及时的纠偏, 尤其是在隧道的曲线地段, 应该保持盾构机的缓慢行进, 严格控制其纠偏量, 保证盾构机的轴线和隧道管片的轴线间的夹角在合理范围之内。4) 当管片出现上翘、下翻的状况时, 需要在相应部位加贴楔子。对千斤顶的撑靴进行实时检查, 及时更新损坏的千斤顶撑靴。5) 盾构机在掘进过程中, 要注意加上必要的泡沫剂, 防止土仓内积“泥饼”。

4结论

本文主要分析了盾构隧道施工中管片产生的缺陷及其原因, 对其应对方法也做了相应的阐述。得到以下重要结论:浆液的选择需要根据不同的地层情况来进行, 盾构掘进过程中, 要进行严密的监测, 管片上浮时要及时更换浆液;要对盾构的姿态进行及时的调整, 尽量保证掘进方向与隧道一致, 防止管片受到挤压而破裂;在隧道的曲线段, 需要进行纠偏处理, 掘进时要缓慢进行等。

摘要：在盾构隧道中, 钢筋混凝土管片是最基本的结构之一, 其质量的好坏直接关系到整个盾构隧道施工工程的成败。为了实现隧道较高的防水性能和耐久性能, 不仅需要在管片生产中严格把握其施工工艺, 在管片的运输、拼接等过程中也应该采取适当方式方法。本文主要分析了盾构隧道施工中管片产生的缺陷及其原因, 对其应对方法也做了相应的阐述。

关键词：盾构隧道,管片缺陷,处理方法

参考文献

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盾构隧道管片结构参数化设计研究 第9篇

为了解决上述问题, 本文采用Visual Lisp语言对Auto CAD进行二次开发, 编制盾构隧道管片参数化设计程序。程序允许用户输入决定管片形式的60 多个独立参数, 自动生成管片的3D模型, 再利用Auto CAD自带的投影和剖切功能, 自动生成2D图纸并进行尺寸标注。该程序成功应用在上海市虹梅南路隧道管片结构的设计中, 大大提高管片设计的效率和质量, 也为其他地下工程结构参数化设计提供新的思路和参考。

1 工程概况

虹梅南路- 金海路通道越江段工程位于上海市闵行区和奉贤区的交界处, 北起虹梅路、永德路交叉口, 先后穿越多条城市干道及黄浦江, 终点至西闸路以南约500 m, 全长约5 260 m[2]。其中盾构段采用东西线2 条平行隧道, 长度均为3 390 m。盾构段隧道外径14.5 m, 管片厚度0.6 m, 环宽2.0 m。管片混凝土强度等级为C60, 抗渗标准P12。盾构段最大覆土为43 m, 设计最大水压达到5.8 kg/cm2, 穿越的主要地层有粉质黏土、淤泥质黏土、黏质粉土、砂质粉土、粉砂层等。

2 管片3D模型设计

盾构隧道管片形式复杂, 2D图纸反映3D模型的投影和剖面。相比2D图纸, 3D模型反而更容易想象和理解。因此, 首先创建管片结构的3D模型。以标准块为例 (见图1) , 在Auto CAD中创建管片3D模型的步骤如下。

1) 创建整体管片轮廓。创建管片的矩形截面以及沿着内弧面一个完整的圆环。在Auto CAD中通过旋转拉伸生成整体圆环。

2) 对整环管片进行分块。以x轴、y轴形成的平面切割整体圆环。将半个圆环绕z轴旋转标准块管片的分块角度, 再以x轴、y轴形成的平面切割圆环即可得到相应管片的分块实体。

3) 对分块管片挖孔。管片上游手孔、螺栓孔、剪力销孔、注浆孔等需要准确表达。同时沿管片四周还设有防水条槽、当砂条槽等。对这些槽孔先单独建模, 通过旋转和平移等手段, 形成真实的3D管片模型。

3 管片2D图纸设计

盾构隧道管片钢模的放样和定位仍需2D设计图纸的表达。以往的管片图纸设计需要设计人员拥有极强的空间想象能力。即便如此, 由于管片结构多呈非直线状, 图纸中许多地方无法准确绘制, 只能示意性表达。

3.1 自动生成平面图纸

由于已经得到3D管片模型, 利用Auto CAD自带的3D投影功能自动生成平面图纸。其步骤如下[3]。

1) 进入图纸 (布局) 空间, 生成一个视口, 在视区中调整视口大小至合适。

2) 激活视口, 调用solprof命令, 拾取3D模型作为目标选择, 对以后的提示均用回车响应, 即可得到3D模型在当前XY平面上的投影图。与3D模型重叠在一起, 但所处图层不同, 投影的可见轮廓在PV图层, 不可见轮廓在PH图层, 并分别以块的形式存在。

3) 关闭3D模型所在的图层, 将PV、PH图层上的块用explode命令炸开。修改相应的线形、颜色、图层等, 使其符合制图要求。

4) 重新打开3D模型所在的图层, 根据下一张图纸投影角度的需求将3D模型旋转至相应位置。重复上述过程, 生成新的2D投影图纸。

3.2 自动生成相应位置的剖面2D图纸

同理基于管片3D模型, 利用Auto CAD自带的剖切功能自动生成相应位置的2D剖面。2D剖面图位于XY平面上, 因此3D模型的剖切面选择为XY平面, 具体步骤如下。

1) 调整3D模型角度, 使得模型在XY平面上的剖面正好是需要的剖面。

2) 调用section命令, 拾取3D模型作为目标选择, 指定剖切截面为XY, 即可得到3D模型在当前XY平面上的剖面图。

3) 上述得到的剖面图为一面域, 采用explode命令炸开。修改相应的线形、颜色、图层等, 使其符合制图要求。

4) 根据下一张剖面图纸角度的需求, 将3D模型旋转至相应位置。重复上述过程, 生成新的2D剖面图。

4 参数化程序编制

决定盾构隧道管片形状的参数众多, 某些参数的改变将极大改变结构的形式, 导致新的设计。现把这些参数视为待定变量, 通过编写程序以最通用的方式实现管片图纸的设计。

Lisp (List Processing Language) 语言是人工智能领域中广泛采用的一种程序设计语言, 是一种计算机表处理语言。Visual Lisp语言嵌套于Auto CAD内部, 是Lisp语言与Auto CAD有机结合的产物。Visual Lisp是为二次开发Auto CAD而专门设计的编程语言[4]。Visual Lisp可以调用Auto CAD所有的命令, 同时也拥有极为丰富的函数, 使得Auto CAD不再是交互式的CAD软件, 实现最通用的参数化设计。

根据通过管片3D模型自动生成2D图纸的思路, 将决定管片形状的60 多个参数视为待定未知变量, 采用Visual Lisp编制相应的程序。盾构隧道管片参数化设计程序界面如图2 所示。同时采用DCL语言编写程序界面, 使得程序使用更友好。在相应界面中输入合理的管片尺寸参数, 即可快速生成相应管片的2D和3D图纸。

5 工程应用

虹梅南路越江隧道盾构段外径14.5 m, 管片厚度0.6 m, 环宽2.0 m。管片分块数为10 块, 由7 块标准块 (S1~S7) 、2 块邻接块 (S8、S9) 和1 块封顶 (S10) 块组成, 采用错缝拼装的形式。其中7 块标准块形式相同, 分块面为径向;封顶块的两侧分块面设有楔形量;邻接块与封顶块相连端采用相同的楔形量。工程管片结构设计采用参数化设计程序。选择需要设计的管片类型, 并输入相关设计参数, 在短短几秒内即可得到相应的3D模型和2D图纸。其中主要的2D投影和剖面见图3~ 图5。

6 结语

本文突破常规的管片2D制图方法, 提出先建立3D模型再自动生成2D图纸的全新思路, 并采用Visual Lisp对Auto CAD进行二次开发, 编制管片参数化设计程序。使用该程序可以在几秒钟内生成管片的3D和2D图纸, 即使输入参数发生变化, 也能在第一时间内生成全新的图纸, 极大提高管片结构设计效率和质量。该程序成功应用于虹梅南路盾构隧道管片结构图纸的设计中, 同时也为其他地下工程结构图纸的参数化设计提供极强的参考价值。

参考文献

[1]张凤祥, 朱合华, 傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[2]李乔松, 白云, 李林.盾构隧道建造阶段低碳化影响因子与措施研究[J].现代隧道技术, 2015, 52 (3) :1-7.

[3]谢有才, 刘福华, 潘凤章.Auto CAD中由三维模型创建轴测图和二维投影图的改进[J].机械设计, 2004, 21 (7) :42-44.

盾构法隧道管片 第10篇

关键词：地铁营运,盾构隧道,管片块,位移响应,交错地层

近年来, 以地铁为代表的城市轨道交通在我国发展迅猛, 给人们的生活带来了极大的方便, 但地铁运行振动引起的环境效应问题亦为人们广泛关注。地铁运行以轮轨相互作用为动力源, 通过隧道衬砌结构将振动能量传向四周地层, 管片块成为列车动载的传播载体和关卡, 因而对盾构隧道管片块振动问题的深入研究具有重要的意义[1], 有不少学者在相关方面进行了研究[2—4]。但已有研究大都没考虑管片接缝的存在, 把衬砌环当整体考虑, 这样会带来一定误差[1,5]。本文所作研究则考虑了管片接缝这一重要因素。

广州地铁四号线呈南北走向靠近珠江入海口布置, 穿越软硬交错复杂地层。该线土建工程现已基本竣工, 但目前尚未运营。本文采用FLAC 3D计算软件, 建立考虑管片接缝的三维精细动力分析模型, 就该地铁线路在营运期列车动载作用下盾构隧道各管片块位移响应问题进行深入分析, 以期对该线今后运营列车振动引起的衬砌结构动力响应问题进行合理预测。

1计算模型及列车动载

1.1计算模型

珠三角沿海 (江) 地势相对平坦, 但地下土层复杂多变, 软硬交界突变剧烈。为便于对比分析, 本文特选择图1 (a) 所示的特殊斜交地层进行研究三维弹塑性动力分析模型沿隧道横向取80m (14D, D为隧道直径, 下同) , 沿隧道纵向取90m (即考虑60环管片) , 自地表往下55m为模型底部边界, 模型上表面为地表自由面, 隧道埋深为15m模型中定义了深厚软土层与全风化硬层两种地层, 二者的交界面位于模型中央, 交界面倾角为60° (见图1 (a) , 图中浅色部分为深厚软土地层, 深色部分为全风化硬层) 。模型中盾构隧道衬砌结构按A-B-K管片标准参数建立, 管片环外径为6.0m, 内径为5.4m, 每环宽度为1.5m, 壁厚为0.3m。每环管片由1块封顶块、2块邻接块和3块标准块组成。其中封顶块圆心角为10.5°, 邻接块圆心角为66.8°, 标准块圆心角为72.0°。管片环整体绕隧道轴心旋转18°, 以符合工程实际管片拼装位置, 如图1 (b) 所示。

管片、道床和地层均采用brick实体单元模拟, 纵缝、环缝、注浆层及道床缝均采用Interface接触单元模拟, 模型共包含91 800个单元, 99 369个节点。

管片单元采用Mohr-Coulomb本构模型和Rayleigh阻尼, 地层单元采用finn本构模型和Rayleigh+Hysteretic阻尼。模型上表面为自由边界, 四侧面采用ff自由场阻尼边界, 底部采用粘-弹性边界, 以吸收列车动载产生的散射波并防止模型整体漂移。

管片采用强度等级为C50的混凝土和HRB335φ16型钢筋, 计算时将混凝土与钢筋合为一体考虑。管片块间的螺栓连接件和止水条统一按接缝考虑。根据珠三角南沙地区某工地的地质堪察报告及相关文献资料[2,6,7,8], 地层、管片、道床及各接触面物理力学参数见表1～表3。Hysteretic Default的参数取为L1= -3.325, L2= 0.823。

1.2列车荷载模拟

列车在不平顺的轨道上行驶, 竖向激振荷载可用一个激振力函数来模拟[3,4], 其表达式为

F (t) =p0+p1sin (ω1t) +p2sin (ω2t) +

p3sin (ω3t) (5)

(5) 式中:P0为车轮静载;P1, P2, P3分别为①按行车平顺性、②按作用到线路上的动力附加荷载和③波形磨耗三种控制条件 (下称“控制条件①②③”) 的振动荷载典型值。令列车簧下质量为M0, 则相应的振动荷载幅值为:

pi=M0aiω${}_i^2$ (i=1, 2, 3) (6)

(6) 式中:αi为典型矢高, 分别对应于控制条件①②③;ωi为对应车速下不平顺振动波长的圆频率, 分别对应于控制条件①②③, 可按 (7) 式计算得:

ωi=2πυ/Li (i=1, 2, 3) (7)

(7) 式中:υ为列车的运行速度;Li为典型波长, 分别对应于控制条件①②③。

根据相关资料[3,4,9], 取单边静轮重P0为80 kN;簧下质量M0为750 kg。取其典型的不平顺振动波长和相应的矢高为:L1=10 m, α1=3.5 mm;L2=2 m, α2=0.4 mm;L3=0.5 m, α3=0.08 mm。取υ=30 m/s。由此得到的前0.3 s的列车振动荷载F (t) 如图2所示。计算过程中施加如图2所示的列车振动荷载, 采用文献[1]所述的方法进行动载施加。

2结果分析

2.1管片环位移响应对比分析

为分析不同地质条件对管片环动力响应的影响, 分别对软土地层处、软硬交界面处以及全风化硬地层处的三个典型断面上的管片环在行车动载下的管片环位移响应状态进行监测, 得到图3所示的三种典型地质条件下的管片环位移响应等值色图。

由图3可知, 行车动载引起的管片环位移响应主要发生在垂直方向, 总体趋势为下部大于上部, 由环底向环顶位移响应逐渐减弱, 在环底与道床接触部位位移响应最大, 逐渐过渡到环顶最小, 管片环发生垂向椭变。但由于所处地质条件的不同, 使得管片环位移响应程度不同:当管片环处于软土地层之中时, 列车动载引起的管片环位移响应最大, 其次为处于软硬交界面附近的管片环, 而处于全风化硬层之中的管片环的位移响应相对弱些。由此可见, 列车动载下管片环位移响应与其所处地质条件紧密相关。

为更直观更准确地分析列车动载下管片环的位移响应沿环向的分布情况, 分别对处于三种典型地质条件中的管片环的各节点进行了监测, 监测点的位置以圆心角表示, 圆心为隧道中心点, 拱顶位置为圆心角起点 (θ=0°) , 各监测点位置所对应的圆心角θ为自拱顶起按逆时针方向旋转所得的圆心角θ值。按此监测法, 得到地铁列车通过时各典型地质处管片环振动位移响应沿环向的分布曲线图, 如图4所示。

由图4可知, 管片环位移响应由环底 (θ=180°) 最大值逐渐过渡到环顶 (θ=0°) 最小值, 管片环位移响应由大至小依次为软土地层处最大, 软硬交界处次之, 全风化硬层处最小。对于位移响应最大的软土地层之中的管片环, 其位移响应在θ=135°～225°即道床铺设范围位移响应曲线出现较明显的下凹, 为全环位移响应最大值区段, 而在θ=67.5°～112.5°和θ=247.5°～292.5°即两正侧帮局部范围内位移响应变化平缓, 在θ=45°、135°、225°、315°四个角点附近管片环位移响应曲线变化 (斜率) 最大。

2.2位移响应时程分析

由以上分析可知, 处于软土地层之中的管片环位移响应最剧烈, 故在此选择处于软土地层之中的一环管片中A-B-K各块的位移响应进行讨论, 监测点A1～A6布置于各管片块的中心, 得如图5所示的软土地层中管片环各块的位移响应时程曲线。

由图5可知, 构成一个管片环的六个管片块的位移响应时程曲线均呈波浪起伏状, 曲线的起伏与列车一组组车轮驶过监测断面时所施加的动载的作用直接相关。车轮驶过监测断面时, 各管片块均产生向下位移 (见曲线中下凹区段) , 可知此时整环管片在车轮作用点附近产生了向下的位移;在当前组车轮驶过后而下一组车轮尚未到达期间, 各管片块均产生向上回弹位移 (见曲线中上凸区段) , 可知此时整环管片在发生向上回弹位移。并且各管片块向上的回弹速率比下沉速率快。一趟列车的七组车轮陆续驶过, 便形成了各个管片块位移时程响应的七个起伏。

在列车驶过断面时, 管片环中分布于不同位置的管片块的位移响应规律总体一致, 但大小不一, 位移响应绝对值由大到小依次为:A4>A3>A5>A2>A1>A6, 而其所对应的管片块的垂直位置关系亦按此顺序, 即各管片块位移响应大小与该管片块的垂直位置紧密相关, 越靠近环底的管片块的位移响应值越大, 反之, 越接近环顶的管片块的位移响应值越小。环底部位的A4管片块的位移响应在一环管片中最大。由位移响应时程曲线所反映出的各管片块的位移响应下大上小的特点可知, 在列车动载作用下, 管片环发生垂向椭变, 与图3和图4所得规律相符。

3结论

本文建立考虑管片接缝的三维精细动力分析模型, 就该地铁线路在营运列车振动荷载作用下盾构隧道各管片块位移响应问题进行详细分析, 得到如下结论:

(1) 营运期地铁列车一组组车轮的滚过所产生的加卸荷和振动效应导致各管片块的位移响应出现起伏波动现象, 各响应时程曲线的七个波峰对应着列车七组车轮的滚过效应。

(2) 环底附近的管片块受一组组车轮的滚过效应最明显, 动力响应亦最大, 自环底向环顶管片块受车轮滚过的影响逐渐减弱, 管片环发生轻微垂向椭变响应。

(3) 管片块位移响应强度与其所处地层的性质紧密相关, 在软土地层中管片环位移响应最大, 椭变最明显。

参考文献

[1]邓飞皇.地铁营运动载下软土盾构隧道动力响应及动力特性研究.广州:华南理工大学, 2007

[2]Deng Feihuang, Mo Haihong.Safety analysis of shield tunnel due to vibration of metro operation.In:Eds Huang Ping, Wang Yajun, Li Shengcai.Progress in Safety Science And Technology.USA:Science Press USA Inc, 2006;VI, PTS A and B:2227—2231

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