【推荐】小曲率半径隧道盾构推进的轴线控制.pdf
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1、 专 业 推 荐 专 业 推 荐 精 品 文 档 精 品 文 档 城市道桥与防洪2009 年 5 月第 5 期 收稿日期: 2009- 03- 20 作者简介: 陈大囡 (1957-) , 女, 上海人, 高级工程师, 从事公 路、 市政建设工程项目监理工作。 摘要: 盾构沿小半径曲线掘进, 难度最大的问题是隧道轴线控制。该文通过小半径曲线隧道盾构掘进土压的分析, 采取小 半径曲线隧道盾构掘进措施, 提高了小曲率半径盾构隧道施工质量。其重要途径是采用铰接盾构; 勤测勤纠; 合理控制盾构 推进参数。 关键词: 小半径曲线隧道; 轴线控制; 措施; 施工质量; 上海 中图分类号: U455.43文
2、献标识码: B文章编号: 1009- 7716 (2009) 05- 0132- 02 小曲率半径隧道盾构推进的轴线控制 陈大囡, 郑学峰 (上海市市政工程管理咨询有限公司, 上海 200093) 1概况 轨道交通 7 号线 25 标, 龙阳路 - 白杨路区间 上行线有一段 510.379 m, 处于 R=349.851 m 的曲 线半径上。龙阳路 - 白杨路区间下行线有一段 596.042 m, 处于 R=349.851 m 的曲线半径上。白 杨路站 - 沪南路站区间隧道段上行线有一段 431.694 m , 处于 R=350 m 的曲线半径上; 白杨路 站 - 沪南路站区间隧道段下行线有一
3、段 431.694 m, 处于 R=350 m 的曲线半径上。对于盾构沿小半径 曲线掘进, 难度最大的问题是隧道轴线控制。 2小半径曲线隧道盾构掘进土压分析 小半径曲线隧道盾构推进对外侧地层是挤压 的状态,因盾尾空隙的发生会使地层向隧道内侧 位移, 回填压注压力也会使隧道产生位移, 故小半 径曲线地段的轴线控制难度较大。 另外, 因为是曲 线,管片向外侧扭曲而挤压地层使地层和管片结 构均受到复杂的影响。 在小曲线地段,作用在盾构上的土压具有以 下特点: (1) 在盾构前端, 曲线外侧的土压几乎没有发 生。因此, 在盾构前端对外侧地层挤压不明显。 (2)对管片而言, 小曲线外侧作用有很大的 土压
4、。因此, 管片对小曲线外侧地层有较大的挤 压倾向。 小曲率半径盾构机及隧道上的水平土压分布 情况见图 1 所示。 盾构因管片轴向刚性和地层刚性作为反力而 弯曲。在软弱地层中, 小曲线内侧地层阻力小, 再 加上采用铰接盾构机施工,没有显著约束盾构弯 曲的因素。 但是对于管片结构和其他外地层来说,却并 非如此。 由于在小曲线地段的盾构, 是用管片和地 层反力掘进的,因此管片的内力和位移与隧道的 纵向刚度和地层的刚度有关。 刚度过小, 可能引起 的管片和其外地层的过大位移,以及使土压超过 土体的被动压力而过大扰动。 因此, 盾构推进反力 期待着管片的刚度。 为了确保合理的推进反力, 有 必要增大管片
5、的纵向刚度,或者采取地层加固措 施以及两者的组合措施。 3小半径曲线隧道盾构推进措施 3.1 超挖量控制 盾构大刀盘上安装有 2 把仿形刀, 超挖范围 为 100 mm。在曲线施工时, 可根据推进轴线情况 进行部分超挖, 超挖量越大, 曲线施工越容易。但 另一方面,超挖会使同步注浆浆液因土体的松动 绕入开挖面, 加上曲线推进时反力下降的因素, 会 产生隧道变形增大的问题。 因此, 超挖量最好控制 在超挖范围的最小限度内。 3.2 铰接 由于盾构机增加了铰接部分,使盾构切口至 支撑环, 支撑环至盾尾部形成活体, 增加了盾构机 的灵敏度,可以在减少推进时超挖量的同时产生 推进分力,确保曲线施工的推
6、进轴线控制。 3.3 出土量掌握 在曲线掘进过程中,为确保盾构沿设计轴线 管理施工132 2009 年 5 月第 5 期城市道桥与防洪 推进, 必须严格控制盾构出土量, 同时视监测情况 合理调整出土量。 1.2 m 宽管片理论出土量 =/4d2L=/4 6.3421.2=37.86 m3 盾 构 出 土 量 控 制 在 98% 100% 之 间 , 即 3137.86 m3 3.4 保证注浆质量 由于设计轴线为圆滑曲线,而盾构是一定 长度的直线,故在实际推进过程中,实际掘进 轴线为一段段折线,且曲线外侧出土量较大, 这样必然造成曲线外侧土体的损失,并存在施 工空隙。因此在曲线段推进过程中同步注
7、浆必 须加强对曲线段外侧的压浆量,以填补施工空 隙,加固外侧土体,使盾构顺利沿设计轴线推 进。在每环推进时,应根据施工中的变形监测 情况,随时调整注浆量及参数,并注意保证浆 液质量。 一般情况下, 泥浆压入量为 “建筑间隙” 的 120%180%, 每米建筑空隙为 (6.3402- 6.2002) /4= 1.378 m3。据此, 根据地表监测情况确定每环压浆 量及注浆压力 0.30.8 MPa。 压浆速度和推进保持 同步。 另外,由于盾构机在小半径曲线推进过程中 对管片会产生一个侧向压力,如果存在空隙或同 步注浆浆液早期强度不够的现象,则管片在侧向 压力作用下将向弧线外侧发生偏移。如果不考虑
8、 土体的弹性变形, 则隧道可能产生较大偏移量, 最 大偏移量为 (D1- D2) /270 mm (D1 为盾构外径、 D2 为管片外径) 。 推进中除同步注浆外, 还应及时补压注浆, 以 便在较短的时间内将建筑空隙填满并达到一定的 强度, 与原状土共同作用, 有效减小管片受侧向压 力影响在建筑空隙范围内向弧线外侧的偏移量。 拟每 4 环进行水泥浆补压浆, 水灰比 11。二次注 浆压力控制在 0.3 MPa 以下,注浆流量控制在 1015 L/min, 注浆量每孔 1.52 m3。根据地面沉 降情况动态确定注浆量。 3.5 管片拼装质量 为控制盾构推进轴线,管片拼装将严格采取 “居中拼装” 。
9、若管片无法居中拼装,且曲线管片 无法满足纠偏时, 应采用软木楔子进行调整, 使管 片处于较理想状态,确保管片拼装质量及推进轴 线控制在要求范围内。 由于小半径曲线隧道环间的纵向张拉作用, 纵向螺栓更容易松动,所以在管片拼装中要加强 螺栓紧固检查, 及时做好复拧工作。 3.6 轴线控制 在盾构掘进过程中,要加强对推进轴线的控 制。 曲线推进时盾构实际上应处于曲线的切线上, 因此推进的关键是确保对盾构机姿态的控制。为 确保盾构机姿态, 须加强测量, 直线段每 100 环设 置一个吊篮, 曲线段每 50 环设置一个吊篮。 由于盾构掘进过程的同步注浆和跟踪补注浆 的效果不能根本上保证管片后土体的承载强
10、度, 所以在承受侧向压力后, 管片将向弧线外侧偏移。 为了控制隧道轴线最终偏差控制在规范要求的范 围内,盾构掘进时,考虑给隧道预留一定的偏移 量。根据理论计算和上海相关施工实践经验的综 合分析, 同时需考虑掘进区域所处的地层情况, 在 隧道掘进过程中, 将设置预偏量 30 mm 左右。 曲线推进时必须做到勤测勤纠, 环环都纠偏, 但每次的纠偏量应尽量小,确保楔形块的环面始 终处于曲率半径的径向竖直面内。 根据设计图纸, 楔子制作将采用低压石棉橡胶板。同时为控制管 片的位移量和环面的平整度,管片纠偏在适当时 候仍需采用低压石棉橡胶板,以减少位移和管片 碎裂现象的发生,从而达到有效控制轴线和地层
11、变形的目的。 由于线路的急转弯, 测量吊篮间距较小, 靠近 开挖面的管片在侧向压力的作用下可能发生位 移, 所以, 为确保导线点的精确性, 每推进 10 环复 测一次。 盾构隧道推进采用自动测量系统, 推进时 每 3 min 自动测量一次盾构姿态。 3.7 土压力值的设定 根据地质情况及隧道埋深等情况进行理论计 算切口平衡压力: 正面平衡压力: P=k0h 式中: P平衡压力 (包括地下水) ; 土体的平均重度; h隧道中心埋深; k0土的侧向静止平衡压力系数。 盾构在掘进施工中均可参照以上方法来取得 平衡压力的设定值。具体施工设定值根据盾构埋 深、所在位置的土层状况以及监测数据进行不断 调整
12、。 3.8 推进速度 推进速度控制在 3 cm/min 左右。这样一方面 避免因推力过大而引起的侧向压力的增大,另一 方面减小盾构推进过程中对周围土体的扰动。 3.9 在管片上设置加强肋 在靠近盾构机端管片设置 30 m 的加强肋。 加 强肋采用 2 根槽钢用钢板焊接成型,然后用螺栓 管理施工133 城市道桥与防洪2009 年 5 月第 5 期 将其与管片的预留注浆孔进行连接,从而将隧道 纵向连接起来, 以加强隧道纵向刚度。 4结论 (1 ) 盾构隧道小曲率半径推进时拟采用铰接盾 构。 铰接盾构比非铰接盾构管片拼装碎裂少, 施工 质量有所提高。采用铰接盾构是提高小曲率半径 盾构隧道施工质量的重
13、要途径之一。 (2) 勤测勤纠, 加密吊篮设置和复测, 严格控 制盾构姿态和盾构推进轴线,是提高小曲率半径 盾构隧道施工质量的重要途径之二。 (3) 合理控制盾构推进参数,推进速度控制 在3 cm/min, 提高注浆质量, 是提高小曲率半径 盾构隧道施工质量的重要途径之三。 收稿日期: 2009- 01- 21 作者简介: 张洪伟 (1974-) , 男, 重庆长寿人, 工程师, 从事机 场飞行区安全与管理工作。 摘要: 该文结合国内某机场跑道基础加固工程的实践, 阐述了采用 “充填压密注浆法” 对跑道片石基础进行加固的设计方 法及相应的施工技术措施, 并提出了施工控制要点, 可供水泥混凝土路
14、面修补工程参考。 关键词: 道面; 注浆; 加固; 机场 中图分类号: V552.4文献标识码: B文章编号: 1009- 7716 (2009) 05- 0134- 03 国内某机场跑道注浆加固的设计与实践 张洪伟, 许鹰 (中国民用航空飞行学院, 四川广汉 618307) 0引言 国内某机场建成于 1977 年,飞行区技术等 级为 4D 级, 1996 年进行了扩建, 机场现有一条 3 000 m 长、 道面宽度 50 m 的水泥混凝土跑道。 现 有跑道的道面结构为水泥混凝土道面, 下设 2 cm 厚的找平层 +25 cm 厚的块石基础。跑道两端各 5 00 m范围的道面厚度为 32 cm
15、,中间 2 000 m范围 的厚度为 30 cm。 跑道的道面 PCN值为 50/R/B/W/T。 近年来, 跑道道面已出现各种损坏, 道面使用性能 迅速下降,已不能满足机场快速增长的航空交通 量的需要。 为此, 机场当局决定对现有跑道进行整 修改造。 1跑道基础病害及原因 为了全面准确掌握道面使用情况, 2003 年 底, 由同济大学对该机场跑道道面进行调查评价, 评价时采用了落锤弯沉仪法对跑道进行弯沉测试 和分析评价。落锤弯沉仪法 (FWD ) 是目前国内运 用较多且技术上比较成熟的无破损检测方法, 它 可以同时得到最大弯沉值和弯沉盆,从而使测试 人员可以根据道面的最大弯沉值、弯沉盆以及各
16、 结构层的厚度来反映场道地基土以及各结构层的 模量,分析道面接缝传荷能力和检查水泥混凝土 道面的板底脱空情况等。 此次 FWD 测试共布点 244 个, 其中板中测点 118 个, 板角和板边中点测点各 63 个。测点的布 置方式是: 在跑道中线两侧主轮迹线上 (距离跑道 中线 6 m 左右) 各设置一条纵向测线, 然后沿跑道 原有 PH 桩号以 W 形状交错布设对应于整桩号的 测点, 跑道两端测点平均间距 30 m, 跑道中部测 点平均间距 4080 m,测点起于桩号 P10+20, 终 于桩号 P84+20。 根据测试结果发现:(1 ) 道面板不同特征部位的 道面弯沉总体较大, 尤其是板角
17、部位。 (2 ) 722 kN 落锤荷载作用下道面板不同特征部位的弯沉盆曲 线均比较正常, 而 822 kN 落锤荷载作用下道面 板板角特征部位处弯沉盆曲线存在反斜率,说明 地基弹性响应不佳。 道面板底脱空情况的判断采用 FWD 的 “板边 中点弯沉 / 板中弯沉”和“板角弯沉 / 板中弯沉” 两项弯沉比作为评价指标, 评定标准见表 1。 采用上述评定标准,经过分析统计,结果表 明: 跑道道面近一半板块存在脱空, 部分板块脱空 严重, 道面的板底支撑条件已相当差。 分析跑道基础脱空严重的原因,主要有:(1) 地基属粘性土地基、块石基层稳定性差、承载力 低; (2)该机场地处东南湿热区, 温差大
18、, 高低温 明显、 年降水量高, 材料耐久性差; (3)道面使用 表 1道面板弯沉评定标准 评价指标板边中点弯沉 / 板中弯沉板角弯沉 / 板中弯沉 弯沉比2.03.0 ! 管理施工134 Abstract: Taking U- type beam structure work in an elevated area of Shanghai rail traffic as an ob- ject and based on the loading experiment of original beam, the article proves the reliability of U- type
19、beam structure. Combined with the characteristic of U- type beam, the article introduces the difficul- ties and the key technologies in the construction of beam concrete, prefabrication of mold system, prestress loading, transportation of U- type beam and erection process, which have the referring v
20、alue for the design and construction of the similar projects. Keywords: rail traffic, elevated, U- type beam, experimental study Researching Manufacture of Newly Prefabricated Box Beam Segment Bridge Erector and Technology of As- sembly Quality Contro!lRao Jianhui (117 ) Abstract: Combined with the
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