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以钟岗站至增城广场站区间为例 研究花岗岩残积土地层中盾构端头加固方式

18-8-17 08:37| 发布者: lujunfei| 查看: 1274| 评论: 0|原作者: 黄德钦

摘要: 盾构法是利用盾构机在地面以下进行暗挖隧道的一种施工方法, 其施工对环境影响小, 不受地形、地貌、江河水域等条件限制, 以及施工安全、快速等诸多优点。盾构始发和到达施工是盾构法施工技术中的重要内容。盾构始发、 ...
盾构法是利用盾构机在地面以下进行暗挖隧道的一种施工方法, 其施工对环境影响小, 不受地形、地貌、江河水域等条件限制, 以及施工安全、快速等诸多优点。盾构始发和到达施工是盾构法施工技术中的重要内容。盾构始发、到达接收时首先需要拆除端头井挡墙结构, 该作业施工时间较长, 临空面较大, 这对维护洞口土体稳定极为不利, 因此需要在盾构始发、到达接收前对隧道洞口土层进行加固, 切实有效地控制洞口周围土体变形, 从而保证盾构始发和到达的安全。

众多工程实践均表明, 尽管盾构法的施工技术已经发展得比较成熟, 但盾构掘进施工还不可避免地会对土体产生扰动, 从而引起不同程度土层的移动和变形。当这种变形和沉降超过一定的限度时, 就有可能危及周围建筑物及其基础和地下管线的安全, 引发一系列环境岩土问题。2007年, 南京地铁某区间隧道, 在盾构进洞即将到站时, 刀盘下部突然出现漏水和漏沙, 并且迅速发展、扩大, 瞬时涌水涌砂量约为260m3/h, 10min后盾尾急剧沉降, 隧道内局部管片角部及螺栓部位产生裂缝, 仅不到1h, 到达段地表产生陷坑, 随之继续沉陷。

而对花岗岩残积土层, 常常由于其存在遇水易软化、崩解特点, 在盾构端头加固设计中是否需对其进行加固, 预估盾构施工安全性及可能造成的影响和程度, 从而采取相应的措施, 以确保施工的安全, 成为区间设计中极为重要的设计难点。本文依据广州市轨道交通二十一号线工程钟岗站至增城广场站区间端头加固工程实际, 针对花岗岩残积土层实际地层条件, 提出合理的盾构端头加固方式及工艺。

1 工程概况

广州市轨道交通二十一号线工程钟岗站~增城广场站区间线路沿广汕公路向东, 在增城广场西南侧, 荔新公路路口处设增城广场站, 线路周边建筑物主要为厂房、商户及民房。区间设计起终点里程:ydk57+399.700~ydk59+473.000 (zdk57+399.700~zdk59+473.000) , 右线长2073.3m (左线长2075.598m, 长链2.298m) 。

本区间共设两座联络通道, 在ydk58+975.042~ydk59+015.049里程范围设中间风井, 兼作盾构始发井, 风井长40m, 宽26m, 钟岗站~中间风井长约1575.3m, 中间风井~增城广场站长约457.9m。区间盾构施工采用2台盾构机先从中间风井西侧始发, 掘进至钟岗站东端吊出, 然后将象岭~钟岗区间2台盾构机转场至中间风井东端始发, 掘进至增城广场站西端吊出。

2 地质条件

区间中间风井埋深约21.7m, 两端头盾构始发拱顶地层均位于花岗岩残积土层 (代号为<5z-1>、<5z-2>) , 花岗片麻岩风化残积土主要为砂质黏性土, 少量为黏性土。按残积土层的状态和密实度不同可分为2个亚层。

2.1 花岗片麻岩可塑状残积土层

本层在场地内广泛分布, 共38个钻孔有揭露, 由花岗片麻岩风化残积形成, 土性为砂质黏性土, 少量为黏性土, 呈褐黄色、红褐色, 可塑状, 遇水易软化、崩解, 手捏有砂感。本层标贯实测击数8~18击, 平均击数13.9击。本层顶面标高为0.09~32.85m, 顶面埋深1.20~17.90m, 厚度1.20~11.10m, 平均厚度4.65m, 本层在图表上代号为“<5z-1>”。
2.2 花岗片麻岩硬塑状残积土层

本层在场地内分布广泛, 共62个钻孔有揭露, 由花岗片麻岩风化残积形成, 土性主要为砂质黏性土, 呈褐黄色、灰褐色、红褐色, 硬塑状, 遇水易软化、崩解, 手捏有砂感。本层标贯实测击数19~56击, 平均击数24.5击。本层顶面标高为-5.54~33.20m, 顶面埋深0.60~21.00m, 厚度0.80~13.10m, 平均厚度4.50m, 本层在图表上代号为“<5z-2>”。

以钟岗站至增城广场站区间为例  研究花岗岩残积土地层中盾构端头加固方式
(表1 花岗片麻岩可塑状残积土层主要物理力学试验指标统计表)


3 盾构端头加固方式

3.1 盾构始发及接收风险分析


盾构始发与接收过程中主要风险在于洞门凿除, 在洞门凿除阶段极易发生坍塌、涌砂涌水等事故[1], 主要原因在于加固体自身强度不够, 难以满足抗滑移剪切的要求;在破洞期间土体不连续, 容易出现局部渗漏;加固体节点处理不理想, 特别是围护桩与加固体之间的间隙处理、不同工法的界面处理等。

3.2 新材料对盾构始发及接收影响

传统的洞门凿除需对地连墙钢筋进行切割[2], 施工过程中容易对地层土进行扰动导致坍塌, 而随着玻璃纤维筋在盾构施工中广泛运用, 玻璃纤维筋在性能上和钢筋基本相似, 与混凝土有很好的黏结性, 同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度, 可以很容易的被复合式盾构机直接切割, 而不会造成异常的刀具损坏, 从而减少了围护墙前地层加固范围和降低地层与围护墙间的止水要求, 大大降低盾构进出洞风险。

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