土压平衡式盾构机过站前北街公路桥施工技术

'　　土压平衡式盾构机过站前北街公路桥施工技术摘要:结合北京地铁15号线07标土建工程盾构施工的实际情况，本文通过阐述两台土压平衡式盾构机通过北京市顺义区站前北街桥的工程地质、工程水文、掘进参数、同步注浆、二次注浆、施工监测等几个方面，较为系统的介绍了盾构机过公路桥的施工技术，对目前逐渐兴起的盾构隧道施工技术具有一定的参考意义。　　关键词:北京地铁15号线盾构过公路桥施工技术　　　　一工程概况　　1站前北街桥段工程概况　　北京地铁15号线07标段石～顺区间线路是从顺义站出来后沿府前西街向西敷设到达石门站，区间长度1189.413米，区间中部设一处联络通道。其中本区间工程在里程K41+613.000(即石顺区间始发后第658环)处下穿北京市顺义区的站前北街公路桥，桥基位于区间隧道右线北侧仅1.55m，距离较近（基础类型、尺寸、与线路的关系如图1所示）。此公路桥主要通行机动车辆，车流量主要集中在正常上下班时间。 　　2相关区域工程地质条件　　盾构穿越站前北街公路桥段地层自地面往下依次为杂填土层①1、粉质填土层①、粉土层③、粉质粘土层④、细中砂层⑤1、粉质粘土层⑥。本盾构区间线路主要穿越粉质粘土层④和细中砂⑤1。如图2所示：　　3工程水文概况　　根据勘测资料，本段线路赋存三层地下水，地下水类型分别为上层滞水（一）、潜水（二）和层间水（三）。上层滞水（一）水头埋深2.1～6.5m，水头标高26.34～36.50m，含水层为粉土③层；潜水水头埋深11.5～19.5m，水头标高19.30～23.85m，含水层为细中砂②3、细中砂⑤1层；层间水（三）水头埋深23.5～27.0m，水头标高7.39～13.60m，含水层为粉细砂⑦2层。　　4两台盾构机简介　　（1）左线盾构为日本小松Φ6230mm铰接式土压平衡盾构机，总长68米，刀盘结构为面板式，最大推力37730KN，最大推进速度80mm/min；刀盘最大转速2.2rpm，最大扭矩4800KNm。　　（2）右线盾构为日本IHIΦ6140mm铰接式土压平衡盾构机，总长72米，刀盘结构为辐条式，最大推力37500KN，最大推进速度85mm/min；刀盘最大转速2.6rpm，最大扭矩5105KNm。 　　二施工方法　　1总体施工思路　　(1)穿桥前对盾构机及配套设备进行检修，保证盾构机在下穿公路桥时所有设备运行正常。　　(2)对所有施工人员进行专项技术交底，由专人对整个掘进过程进行24小时严密监控，发现异常立即汇报，确保盾构安全、顺利通过。　　(3)穿桥之前对隧道轴线进行复测，确保盾构沿着设计轴线推进。调整盾构姿态至最佳，避免盾构穿桥时频繁纠偏。　　(4)对站前北街公路桥进行详细的调查，调查主要内容包括公路桥结构表面裂缝、缺损等并留存影像资料。针对公路桥结构型式布设合理的变形观测点，并获取初始数据。　　(5)盾构掘进时严格控制推力、掘进速度、注浆量及出碴量，根据地面监测情况及时合理调整掘进参数，减小土体变形对桥梁基础桩的影响。　　2具体施工方法 　　(1)施工前对站前北街桥桥面、墩台、地面等进行详细的调查，对桥梁的破损部位、裂缝做详细记录并拍摄照片，对所有裂缝进行编号，记录裂缝大小、长度。　　(2)在盾构掘进影响范围外按照规范要求设置监测基准点，并记录初始数据，在每个桥墩上布置两个以上的沉降观测点，并使沉降观测点和基准点相联系。　　(3)在下穿桥梁之前对盾构机进行全面的检修，重点检查刀盘主轴承情况、注浆设备、盾尾密封等情况。对存在的故障及时排除。　　三盾构掘进　　1掘进参数设置　　（1）合理设置土压力值　　盾构推进时，控制螺旋输送机出土量与掘进速度的关系，根据盾构上方的覆土厚度及地面沉降监测信息的反馈，及时调整土压，科学合理地设置土压力值及相宜的推进参数，以减少对土体的扰动。　　（2）刀盘转速设定　　降低刀盘转速，刀盘转速设定在0.9～1.2r/min，减少刀盘对土体的扰动，防止地表沉降。　　（3）掘进速度设定 　　穿越隧道时掘进速度控制在20～30mm/min，防止掘进速度快引起的刀盘扭矩增大。　　2掘进过程中姿态的控制　　盾构机在掘进过程中运动轨迹为蛇行运动，该轨迹应始终围绕着隧道轴线波动，在实际控制时，可根据显示屏上自动测量系统测得值与DTA的差值来调整，即调整盾构图标头部与尾部尽可能靠近坐标原点。但同时要控制各分区油缸压力差不超过50bar，避免因管片环受力不均造成管片上浮或者破损。为了避免管片上浮造成的管片超限，盾构机姿态在掘进时可根据管片上浮情况进行适当下调。　　3同步注浆　　同步注浆与盾构掘进同时进行，严格控制同步注浆量和浆液质量。本次过桥两台盾构机通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路(四注入点)对称同时注浆。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式。在过站前北街桥阶段的管片壁后注浆是控制地表沉降的关键所在，其目的在于控制隧道变形，防止地表沉降，防止管片上浮，提高结构的抗渗能力。良好的浆液性能体现在以下几个方面：①浆液充填性好；②浆液和易性好；③浆液初凝时间适当，早期强度高，浆液硬化后体积收缩率小；④浆液稠度合适，以不被地下水过度稀释为宜。 　　本次过桥拟采用的单液浆配合比如表1。　　经过计算每环注浆量为4～6m3，注浆压力为土仓压力的1.1～1.2倍。　　4二次注浆　　为了防止同步注浆不能很好的填补管片背后的空隙，在盾构机连接桥空闲处放置一台注浆泵，并规定进入桥梁区域后立即进行二次注浆跟进工作，采用的注入方式为先注入单液浆，再注入双液浆的方式。在实际操作过程中灵活控制二次注浆量和注浆压力，防止二次注浆引起地表沉降的上下浮动。　　四施工过程中的监测　　1施工过程中的监测方法　　为了保证盾构能构安全、顺利穿过站前北街桥，因此要把站前北街桥桥墩及桥墩附近地面作为本工程的监测重点。主要监测桥涵下路面及桥墩侧壁的沉降，同时洞内将加强管片位移监测。其中沉降监测采用精密水准测量方法，洞内管片位移监测采用全站仪配铝合金尺的测量方法。　　2沉降观测点及观测频率　　（1）地面沉降观测点 　　盾构机切口环地面上前10m和后20m范围每天各观测四次，并随施工进度递进。每次观测点应与上一次观测点部分重合，以做比较，范围之外的检测点每三天观测一次，直至稳定。　　当沉降或隆起超过规定限差或变化异常时，应加大监测频率和检测范围，并将信息及时传递给工程部和盾构主机室。　　（2）桥梁的各沉降观测点　　在桥梁的各监测点每天四次的测量，直至掘进完成并且沉降稳定后停止监测。当沉降或者隆起值超过规定限差以及相临点沉降差超过规定限差时，应及时通知有关部门，并加大监测频率。　　综上所述，通过各种措施的采用和落实，确保盾构顺利通过站前北街公路桥。　　　　'