基于盾構(gòu)隧道施工現(xiàn)狀分析的對策研究

伏虎

基于盾構(gòu)隧道施工現(xiàn)狀分析的對策研究

伏虎

隨著我國城市的快速發(fā)展,市政工程的規(guī)模也越來越大,地下工程尤其是城市地鐵的建設(shè)工程變得普遍,而傳統(tǒng)施工方法受到地下工程施工場地的限制和城市道路交通環(huán)境因素影響存在很大的局限性,不能普遍使用,此時盾構(gòu)隧道施工因其對城市正常生活和節(jié)奏影響較小而成為了地下隧道施工的首選。這一技術(shù)已在很多地方被廣泛應(yīng)用。目前我國在盾構(gòu)隧道方面有了一定的施工經(jīng)驗和技術(shù),但問題仍然存在。如盾構(gòu)隧道管片設(shè)計、開挖面穩(wěn)定等技術(shù)問題和盾構(gòu)隧道施工管理問題。本文主要介紹盾構(gòu)隧道施工的現(xiàn)狀以及出現(xiàn)問題與解決對策。

盾構(gòu)隧道 施工現(xiàn)狀 對策與研究

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人們對交通現(xiàn)狀、環(huán)境條件等要求都越來越高,為改善交通壓力以及環(huán)境自然美觀,所以最近幾十年開始研究一些能夠開挖地鐵、引排水、電纜等地下隧道施工技術(shù)。盾構(gòu)隧道施工技術(shù)就在社會建設(shè)的需求下被開發(fā)出來,同時盾構(gòu)隧道所用的盾構(gòu)機(jī)等機(jī)械設(shè)備也被研究出來。

1 盾構(gòu)隧道施工技術(shù)概念與原理

1.1 盾構(gòu)技術(shù)概念

盾構(gòu)技術(shù)是指使用盾構(gòu)機(jī)在地下挖出隧洞的一種施工方法。在保證控制開挖面保持穩(wěn)定不坍塌的同時,在機(jī)內(nèi)繼續(xù)地下掘進(jìn)并完成襯砌作業(yè),從而構(gòu)建成隧道。其主要施工內(nèi)容是先在需要掘進(jìn)的某一段隧道一端作為起點建造豎井,用來安裝盾構(gòu)機(jī)。然后盾構(gòu)機(jī)就從這一起點墻壁設(shè)計孔洞開始出發(fā),沿著地層中設(shè)計好的軸線掘進(jìn)直到另一端的設(shè)計孔洞。盾構(gòu)機(jī)是一種專門用于盾構(gòu)施工的獨特施工設(shè)備,它的施工由穩(wěn)定開挖面、盾構(gòu)機(jī)挖掘和襯砌三方面組成。其主要工作原理是由一個能承受地層壓力的鋼制圓柱體組件沿著設(shè)計好的軸線向前推進(jìn)。盾構(gòu)法中的盾就是盾構(gòu)機(jī)的鋼制外殼,它能在施工時承受地下水和土層的壓力,對掘進(jìn)和襯砌作業(yè)有很好的支持保護(hù)作用。為了防止隧道和地面下沉導(dǎo)致施工的失敗,可以在盾構(gòu)機(jī)尾部的一小段空殼體內(nèi)可以拼裝隧道襯砌環(huán),一般一至兩環(huán)即可。這樣每推進(jìn)一環(huán)距離,就可以進(jìn)行一環(huán)襯砌,并及時向壁后灌漿,這個過程也是所謂的盾構(gòu)的構(gòu)?，F(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)結(jié)合多種技術(shù)于一體,如光、電、傳感等。擁有更全面的功能,涉及了更多學(xué)科技術(shù),已經(jīng)可以依據(jù)不同的地質(zhì)進(jìn)行為其量身定做設(shè)計施工方案,具有極高的可靠性。也因此在各種大城市的地鐵、公路建設(shè)和小城市水電隧道的建設(shè)中盾構(gòu)隧道施工技術(shù)如此普遍,而且在未來的發(fā)展中有更大的技術(shù)進(jìn)步。

1.2 盾構(gòu)技術(shù)原理

盾構(gòu)技術(shù)原理中最重要的就是盡量不影響地面建筑及地基,最大可能得不改變圍巖,其中找到穩(wěn)定開挖面的方法是成功完成這一目的前提,這比硬巖掘進(jìn)發(fā)更加發(fā)雜,因為硬巖的穩(wěn)定性普遍比較好不用擔(dān)心開挖面穩(wěn)定的問題。盾構(gòu)機(jī)的鋼制外殼和前方所裝刀盤因其本身屬性所產(chǎn)生的保護(hù)作用,加上用于平衡開挖面周圍土層壓力和地下水水壓的壓力艙內(nèi)泥水,然后及時壁后注漿填充掘進(jìn)后盾尾的空隙,密切關(guān)注圍巖的應(yīng)力釋放及其產(chǎn)生的形變并主動加以控制這樣就可以很好的保證達(dá)到穩(wěn)定開挖面的前提。

2 盾構(gòu)隧道施工現(xiàn)狀

2.1 盾構(gòu)隧道施工中管片滲漏水問題

在使用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工過程中,管片滲漏水的問題時有發(fā)生。而導(dǎo)致發(fā)生滲漏水的原因有很多。在隧道施工掘進(jìn)的時,管片與盾構(gòu)的姿態(tài)不好,對管片的拼裝質(zhì)量造成影響,致使管片之間相互錯位,相鄰管片的止水帶也無法正常的壓緊,最后導(dǎo)致漏水;在盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)時,不均勻的推力使管片受到不均勻的力,從而致使管片發(fā)生貫穿性斷裂以及裂紋等問題導(dǎo)致滲漏水;管片選型不恰當(dāng),盾尾的間隙不均勻,這些問題導(dǎo)致間隙太小。盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)時會對管片的外壁造成損壞,導(dǎo)致防水條漏水。

2.2 盾構(gòu)隧道中盾構(gòu)機(jī)械遇到的問題

盾構(gòu)機(jī)機(jī)械在作業(yè)的時候經(jīng)常會被泥土粘黏上去,這是因為盾構(gòu)機(jī)機(jī)械的操作作業(yè)大都在土壤中進(jìn)行。一旦土壤粘黏在刀盤上則會給機(jī)械的重要部分帶來一系列的危害,例如:刀盤支撐臂中心、渣槽、泥土倉等設(shè)備都會堵死損壞,造成盾構(gòu)機(jī)中的螺旋輸送機(jī)堵塞進(jìn)而影響作業(yè)繼續(xù);盾構(gòu)機(jī)機(jī)械進(jìn)入水砂層施工,而水砂層中含有很多的水量。盾構(gòu)機(jī)機(jī)械在作業(yè)的時候,這些水通過流水通道進(jìn)入到泥土倉內(nèi),然后在螺旋輸送機(jī)運作的時候?qū)⑦@些水吸干再運行,但是運行的過程中又產(chǎn)生大量的水,如此惡性循環(huán)使得盾構(gòu)機(jī)無法正常運行工作。

盾構(gòu)機(jī)機(jī)械頭部周期下降也是我們常說的“磕頭”的現(xiàn)象,這是由于泥土倉內(nèi)實際承載的土壓力比理論上的土壓力要低,才使得這種情況的出現(xiàn);泥土倉的土壓突然大幅下降是因為泥土倉中含有的空氣以及水含量較高,在二者蒸發(fā)或空氣竄流釋放就會使得土壓突然下降。

螺旋輸送機(jī)出料口出現(xiàn)大土堆的情況是由于螺旋輸送機(jī)的出土閘門排出來的泥土有一部分粘黏性較強的泥土掉到膠帶上面,時間一長便會在膠帶上面形成大土堆,因此,這個大土堆會在螺旋輸送機(jī)出料口堆積著。這些問題都會對隧道施工造成影響。

2.3 盾構(gòu)隧道管片崩角和破損問題

在隧道進(jìn)行盾構(gòu)施工時,在管片拼裝和吊運的過程中發(fā)生的碰撞導(dǎo)致管片的損壞以及拔脫吊裝孔周圍的混凝土,導(dǎo)致的破損,盾構(gòu)機(jī)在調(diào)整姿態(tài)時,由于急于改正偏差,導(dǎo)致管片受力不均與導(dǎo)致管片損壞。當(dāng)管片環(huán)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題時,管片之間的接縫處會因為千斤頂?shù)淖饔弥率构芷亩嗣姹黄茐?。管片的崩角和破損問題對隧道的危害比裂隙對隧道產(chǎn)生的危害要大的多。大部分的管片破損后,都會對鋼筋造成損壞。雖然這些損壞都可以進(jìn)行修補。但是修補部分的防水能力必然不如原先的混凝土,并且在以后的使用時間里,管片最先損壞的地方就應(yīng)該是這些修補過的部分。管片的破損會對隧道的使用期限有較為嚴(yán)重的影響。

3 盾構(gòu)隧道施工問題的解決措施

3.1 管片滲漏水問題解決對策

要預(yù)防管片滲漏水,可以從四個方面入手。首先可以通過管片自身的防水。在制作管片時,要科學(xué)合理的選擇混凝土的配合比、入模溫度、水泥用量以及養(yǎng)護(hù)的方法和時間。還要控制好外加劑的用量。一般情況下,都是使用外加劑來解決混凝土自身的不密實問題,能夠增強混凝土的抗?jié)B性和抗裂性;然后可以提高管片的制作精度,根據(jù)眾多的工程實踐,總結(jié)出使用高精度的鋼模是提高管片制作精度的重要環(huán)節(jié);其次可以將管片的接縫進(jìn)行防水,大多情況下管片的接縫防水都是使用密封材料,工程實踐表明使用密封材料可以再很大程度上提高接縫的防水能力;最后可以使用壁后注漿技術(shù)進(jìn)行防水,通過施工實踐證實,壁后注漿施工質(zhì)量的好壞對隧道質(zhì)量的影響是非常大的。雖然壁后注漿的主要作用是用來防止地面沉降。但從客觀上來說,壁后注漿是隧道防水的第一道防線,并且如果注漿量不夠充足也會導(dǎo)致隧道在后期產(chǎn)生較大的沉降而從致使隧道漏水。

3.2 盾構(gòu)機(jī)械問題的解決方案

處理盾構(gòu)機(jī)刀盤被泥土粘黏這個問題的方法是:首先可以把刀盤一直空旋轉(zhuǎn)著,使得泥餅借離心作用而掉落下來;其實可在盾構(gòu)機(jī)機(jī)械作業(yè)的時候向注入泡沫劑來改善土體粘性,從而使得土體結(jié)塊自動掉落;最后在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)設(shè)計的時候要考慮到土體粘黏的問題,在泥土倉添加空心攪動棒并注水來實現(xiàn)對刀盤與泥土倉的清潔;解決螺旋輸送機(jī)噴涌泥水的問題的措施:將螺旋輸送機(jī)關(guān)閉,讓盾構(gòu)機(jī)刀盤削下的土體將泥土倉將水?dāng)D出,這種措施方法要注意泥土倉的壓力且盾構(gòu)機(jī)后部密封被擊穿的狀況;其次為使得螺旋輸送機(jī)能夠順利出土,可以通過對泥土倉中注入高濃度泥漿來改善土體;然后可以在盾構(gòu)機(jī)機(jī)械進(jìn)入水砂層前將氣壓調(diào)節(jié)到平衡模式,以保證泥水不被流入泥土倉內(nèi)過多。

4 結(jié)語

盾構(gòu)技術(shù)在隧道開挖的時候有著其重要的地位,,為人們的生活帶來很大的便捷,同時為整體環(huán)境規(guī)劃也帶來積極的作用。隨著我國高鐵建設(shè)和城市地鐵建設(shè)高峰期到來,盾構(gòu)法施工以其安全、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保、勞動強度低等優(yōu)點將會在地下施工工程中被廣泛應(yīng)用。

[1]孫宇坤.受盾構(gòu)隧道施工影響的砌體結(jié)構(gòu)房屋性狀研究[D].浙江大學(xué),2012.

[2]張遠(yuǎn)榮.盾構(gòu)過富水砂層對環(huán)境影響的分析研究[D].中國鐵道科學(xué)研究院,2011.

[3]杜軍.盾構(gòu)隧道壁后注漿探測圖像識別及沉降控制研究[D].同濟(jì)大學(xué),2012年.

伏虎(1984—),男,甘肅莊浪人,本科,畢業(yè)于武漢大學(xué)測繪學(xué)院,主要從事市政、地鐵、鐵路、水利等工作。身份證號:622726198404281079。