・324・
第33卷第1期 Vol.33No.1山西建筑 2007年1月Jan. 2007SHANXI ARCHITECTURE
文章编号:100926825(2007)0120324202
盾构隧道掘进方向控制技术
邓永双
摘 要:结合工程实例,从盾构和自重、盾构中折转角与管片选型、地质因素等方向对影响盾构掘进方向的主要因素进行
了分析总结,并提出了相应的解决方案,取得了良好的效果,为类似地铁隧道盾构施工提供了依据。关键词:隧道,掘进方向,盾构施工中图分类号:U455.43文献标识码:A
为了根治人满为患、交通拥挤、环境污染等城市通病,许多城
市正在规划和建设地下铁道,越江隧道,地下水管道,通讯、供电电缆,供热、煤气管道以及其他深层地下空间开发的工程。在城市隧道建设中,盾构施工方法的应用较为广泛。与明挖法、顶管法、沉管法、矿山法相比较,盾构法隧道施工具有对城市居民生活干扰小、环境影响污染轻等独特的优点。迄今为止,盾构法施工已有一百多年的历史,在与各种并行不悖的隧道施工法相互比较、竞争中,盾构法施工显示了强大的生命力。尽管盾构施工具有上述诸多优越性,但由于盾构推进时轨迹是时起时伏、左右偏移的,俗称“蛇行”,而隧道随掘进施工一次成型,一旦成型就很难进行处理。尤其是在地质条件复杂,地层软硬变化频繁,隧道掘进方向更难控制。
文中以广州地铁二号线越秀公园～三元里区间隧道盾构工程为背景,通过工程实践研究得出穿越软硬交互复合、变化频繁地层盾构隧道掘进方向控制的影响因素及相应的处置措施,为今后城市地铁隧道盾构施工提供了借鉴依据。
1)盾构机自重。盾构主机的重量分布形象被描述为“头重脚
轻”,只依赖掘进推力和工作面的摩擦力不足以维持盾构的姿态,盾构自身往往具有“低头”的倾向,尤其是在下坡掘进时这一现象更为严重。
2)盾构中折转角与管片选型。盾构前体与盾尾通过铰接油缸连接的中折转角越大,盾构前行越困难,掘进方向越不易控制,而且管片选型也越困难,在适应盾尾间隙要求和满足线形要求方面的矛盾越突出。3)地质因素。在施工过程中,由于断面内岩层软硬不均,推力和扭矩变化较大,盾构主机有着向地层较软一侧偏移的趋势,使得在推进过程中的操作和轴线控制具有很大的难度。尤其是当软硬不均匀地层分布于曲线段和线路坡度较大地段时,这一现象更为明显。越～三盾构工程区间隧道地层变化大,软硬不均,且曲线多、坡度变化大,这就使得盾构推进时掘进方向的控制更加困难,极易发生方向偏差。
2.2 解决方案
根据国内外的盾构施工经验以及对三～火区间掘进过程的
广州地铁二号线越秀公园～三元里区间隧道盾构工程主要分析研究,针对越～三盾构的工程地质状况和前期施工的状况,由越秀公园站至广州火车站、广州火车站至三元里站两个区间双采用以下控制方法对隧道掘进方向进行控制:孔隧道组成。两个区间左右线共有三组六条曲线。越秀公园至1)对于盾构机自重分布这一问题,通过调节盾构不同部位的广州火车站分布两组曲线,转弯半径分别为600m,400m;广州火推进压力,克服低头倾向。一般来说要加大盾构下部推进力,通车站至三元里站分布一组曲线,转弯半径为400m。隧道上覆土过上、下推进力的差维持盾构的平稳前行。通过现场试验测试,层厚度最大约24m,最小约9m。对于越～三盾构工程所使用的盾构机,当下部推进油缸的油压高
此区间工程地质条件复杂,工程沿线地基土按其岩性、时代、出上部推进油缸2MPa时,基本上可以解决因盾构机结构原因引成因及物理力学性质差异从上至下可划分为九层,隧道上覆地层起的低头现象;对于在下坡地段(30‰以内)掘进,上、下推进油缸以人工填土层、海陆交互淤积层、冲洪积砂层、冲洪积土层及残积的油压差,应控制在4MPa左右;对于非均质地层,特别是上软下粉质粘土层为主,局部为风化岩层。区间隧道穿越的地层大部分硬地层的下坡段掘进,上、下推进油缸的油压差有时要调整到是强风化岩、中风化岩及微风化岩,有少部分为全风化岩、残积土6MPa以上,甚至要达到8MPa左右,才能保证盾构掘进沿DAT层和断裂破碎带,岩性以粉砂岩、粗砂岩及砂砾岩为主,岩石的天曲线掘进。然单轴极限抗压强度最高值为76.2MPa。2)盾构中折有随动和固定两种方式,固定方式对管片选型有
利,随动方式对掘进方向控制有利。越～三盾构采用的是随动方2 隧道方向控制
式,根据对三～火区间盾构大量数据的分析与研究,采用随动方
盾构掘进方向控制的目标是根据区间隧道的设计线形(平面
式时铰接油缸的行程差最大不宜超过20mm,且不宜在掘进过程
线形要素、纵坡坡率等线路的走向和倾向统称为线形参数DAT),
中调整铰接油缸,而应该在管片安装过程中利用铰接油缸的拖拉
通过对盾构推进时推进油缸的行程、摆动及滚动的有效控制,使盾
装置进行调整。在调整过程中的每一掘进循环调整量不宜超过
构机的空间位置和姿态趋近DAT数值,从而使其偏差达到最小。
10mm,这样可保证盾构间隙的均匀性和铰接密封的有效性。
2.1 影响因素
3)对于地层变化大、软硬不均,且曲线多、坡度变化大的地
考虑到工程地质条件复杂,在盾构施工中选取越～三盾构工
段,应事先掌握掘进面的地层分布状况,制定初步的掘进计划;施
程第一区间三元里～火车站区间为分析掘进方向影响因素的试
工前要召开技术交底会,告诉掘进操作人员待掘进地层的状况以
验段,通过现场试验,总结出影响盾构掘进方向的几个主要因素
及可能出现的问题。对于软硬复合地层的盾构掘进方向的控制,
如下:
收稿日期:2006206208
作者简介:邓永双(19772),男,工程师,深圳市市政工程设计院,广东深圳 518035
1 工程概况
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第33卷第1期 山
2007年1月文章编号:100926825(2007)0120325203
SHANXI ARCHITECTURE
西建
Vol.33No.1筑
Jan. 2007
・325・
包西铁路通道冒天山越岭地质选线
范春林
摘 要:基于冒天山越岭地段特殊的工程地质结构,对可研阶段的IVCK,C6K,CK,ICK等四个越岭方案进行了分析比
选,并对初步设计阶段的地质选线进行了进一步的论述,以供其他类似工程参考借鉴。关键词:地质选线,地层结构,贯通方案中图分类号:U412.32文献标识码:A
1 概况
包西铁路通道是国家“八纵八横”包(西)柳(州)通道的一部
分,线路全长561.1km。沿途经过陕西省的榆林、延安、渭南三市区,纵贯陕西省北部。冒天山位于延安市境内,是秀延河与蟠龙川的分水岭。山体较厚,山体中段的栾家沟切割较深,将冒天山通常都是要加大较硬地层区域的油缸推力。当掘进方向发生偏差时要及时进行纠偏,但由于盾构的体积大、自重大,纠偏不应过急过猛,否则会使管片局部受力不均,造成管片局部破损甚至出现裂缝。同时也容易造成纠偏过度,对线形产生更大的影响,管片的选型也会更为困难。在掘进过程中,也可能出现盾构振动和扭转的现象,此时可以采取减小掘进推力的方法以降低掘进贯入度,必要时启动盾构前体上的撑靴装置。如果盾构发生扭转现象,可以采取正、反转刀盘的掘进方式进行纠偏。
一分为二。越岭隧道引线地段沟谷狭窄,多呈“V”型;黄土坡面稳
定性差,滑坡、溜坍等不良地质发育,羊马河、蟠龙川河谷煤窑采空严重且分布广泛,采空范围较大,这给选线工作造成极大困难。
2 越岭地段工程地质条件综述砂质黄土广泛分布,厚20m～120m,越岭隧道进出口均涉及慢纠偏,对管片隧道的成型有利。4 结语文中以广州地铁二号线越秀公园～三元里广州区间隧道盾构工程为背景,分析了盾构自重分布、地质条件、盾构中折角及片选型对盾构掘进方向的影响,提出了相应的解决方案,并应用于火车站～越秀公园站区间指导施工,取得了良好的效果。通过此次研究可得出以下结论:当掘进方向偏离设计轴线达到±30mm时为警戒值,掘进司机就要进行纠偏;当掘进方向偏离设计轴线达到±50mm时为值,掘进司机就要报土木技术人员进行专项技术纠偏。纠偏的一般原则是:使盾构的掘进方向趋近隧道的设计轴线,盾构的扭转值趋近于零,在纠正盾构开挖方向的同时必须确保盾尾空隙。为了保证纠偏平稳进行,防止隧道管片错台、开裂和局部破损,同时也为了保证盾构的铰接密封、盾尾密封工作良好,盾构纠偏的过程中不能有太大的调整趋势,一个掘进循环的纠偏值宜控制在±8mm内。在掘进控制方面要求“掘进方向以适应设计线形为主,兼顾盾尾空隙;管片选型以适应盾尾间隙为主,兼顾设计线形”。参考文献:[1]朱 伟,陈仁俊.盾构隧道基本原理及在我国的使用情况[J].岩土工程界,2001,4(11):19221.
[2]程骁,潘国庆.盾构施工技术[M].上海:上海科学技术文献出版社,1990.
[3]日本铁道综合技术研究所.铁道构造物等设计标准・同解说一
一[M].东京:丸善出版社,1997.[4]赵全民.软、硬岩条件下土压平衡盾构施工控制要点及对策[J].隧道建设,2005,25(sup):47248.
3 盾构隧道掘进方向偏差对比分析
通过对试验段推进方向影响因素的分析,按照提出的解决方案对越～三盾构工程第二区间火车站～越秀公园站区间进行现场施工,对量测的掘进偏差数据进行了整理分析。
越～三盾构工程第一区间三元里～火车站区间的纵断面及掘进施工前期的掘进方向偏差较大,有的甚至超过了设计允许值,不得不采取其他措施使管片隧道满足线形设计要求。其主要原因是前期对控制方向的标准和纠偏方法没有制定切实可行的规章,同时对盾构机的机况和设备性能不是很熟悉;另外对照隧道纵剖面的地质状况,可以看出地层软硬差异较大的地段其掘进方向控制难度更大,尤其是在地层岩性发生变化的地段,掘进方向更容易呈“蛇行”。
三盾构工程第二个区间火车站～越秀公园站的纵断面及掘进方向,通过对第一区间盾构工程施工方法的改进,后期的盾构掘进方向偏差得到了有效的控制,基本上都控制在±50mm的范围内。从掘进方向与设计轴线的偏差值的绝对值来看,在水平方向上与第一区间(三～火区间)相比偏差值相对较大一些,但相对波动范围较小,主要是第二区间的纠偏是在合理的偏差范围内缓
Shieldtunnelingdirectioncontroltechnology
DENGYong2shuang
Abstract:Combinedwithpracticalengineering,thispaperanalyzesandsummarizesthemainfactorsinfluencedshieldtunnelingdirectionfromdeadweightofshieldmachine,selectionofbendingangleandductpieceintunnelshieldandgeologicfactors,andproposesrelevantsolutionswhichhaveachievedwelleffects,inordertoofferareferenceforsimilarsubwaytunnelshieldconstruction.Keywords:tunnel,tunnelingdirection,tunnelshieldconstruction
收稿日期:2006206222
作者简介:范春林(19722),男,工程师,铁道第一勘察设计院地质路基处,陕西西安 710043
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
