浅覆土盾构法隧道施工及管线保护控制技术.pdf

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1、浅覆土盾构法隧道施工及管线保护控制技术 朱忠Pfi 张庆贫 (同济大学地下系 上海2 0 0 0 9 2)杨俊龙朱继文(上 海第二 市政工程 有限公司上海2 0 0 2 3 2)摘要本文以上海地铁二号线盾构法隧道施工为工程背景，对在曲串半径小、坡度大的钱夜土盾构法隧道施工技术参数选取进行了理论分析，结合对现场实测数据的统计分析，提出了隧道施工对管线的影响规律及相关的保护措施.有关方面的成果和结论可供参考.关妞询盾构法隧道浅覆土管绘保护前言 随着盾构隧道工程顶目的增加，施工单位的增多，国外先进技术的引进和国内新技术的开发推广，近几年来盾构工程技术在隧道衬砌和盾构的设计与施工方面取得了突破性的进展

2、.上 海在已建的 盾构法地铁随道中 大多 集中于深埋、建筑密集的 地区，施工方法及环境保护技术已渐趋 成熟 而 在浅覆土区间 隧道中仍然是个技术难题、本文结合了上海地铁二号线浦东新区 龙东路 中央公园区间 隧道上 行线的 工程实例 针对盾构 法浅筱土区间隧道施工的有关技术 进行了 初步探索和i 结，有关内容可供隧 道施工工程师 及有关研究 部门 参考。7 工程概况 上海地铁二号线浦东新区龙东路一中央公园区间隧道上行线工程两端头井全线总长7 8 2.4 0 2 m,采用法国F C B公司 提供的外 径6.3 4 m土压平 衡式盾 构机，隧 道内径5.5 m，由六块宽:m的高精度钢硅管片拼装而成

3、本区间 隧道主要穿越了上海地区海相沉积第层灰色 砂质粉土、第层淤泥质粉质粘士和 第层灰色淤泥质 粘土。第层灰色 砂质粉王渗透系 数小，含 水量稳定在3 2.5 写左右;第 搜 层 淤 泥 质 粉 质 粘 土 和 第 层 灰 色 淤 泥 质 粘 土 土 层 特 征 为 饱 和，流 塑，土 质 均 匀，夹 极 薄层粉砂土，属高压缩性土。本隧道最大的特点在于覆土浅.覆土深度(距隧道顶部)在2.6 0-9.O m之间，在出洞洞 处最浅仅有2.6 0 M，而 且在 离出 洞7 后的3 0 0 m以内 平曲 线曲 率半径小(3 9 9.8 5.m),竖向坡度大，最大 值达到2 4.1 7/1,1 3,平均

4、值在2 1%,。左右;盾构在该浅覆土段将穿越内环线龙东路段，共有1 2 道公用 管线分布在道路下，并在龙东路段一侧有一根必1 6 0 0 的污水南干线管线与隧道轴线斜交。本文的背景将主要参照该区间段，如图 1 盾构推进示意图。5 8 8忆 宜 拱沙阵过巡竺 丰卫 竺 一匕 奥缨丰 尘鲤川些竺口竺 2 妙竺运里华啤州图 1 隧道及工程地质剖面图3 有关参数的理论选定值3.1 地表横向断面沉降擂 宽度的预测 由P E C K法地面沉降量的横向 分布估算公式计算最大 沉降量:_V百(x)片-下 二 二 二 e x P J Z兀 丁与.异)二物 一一叭一痴 -5，:、式中:5(X)沉降量(m);X 距

5、隧道中心线的距离(m);V l 盾构隧道单位长度地层损失量(m/m)，控制在 2.5%，V l=2.5%x二 只3.1 又31=。.7 5 4 m，/m;1 沉降槽宽度系数(m)，1=Rx(2/R)0 1 日=33 2 一6.o 6 m;2 地面至隧道中心深度、约为5.8 1 2.l m;R 隧道半径(m):.5 二。=5 一gcm 在距离隧 道轴线g m处，沉降量衰减到最大沉降值的14%左右，所以 有关监测断面沉降糟的设定宽度为18m。3.2 注桨t和注桨压力的 选定 盾构推进的理论建筑孔隙GP计算公式为。G P=冗丫(R Z 一尸)义L+9二1.5 2 m，式中:R盾构外半径;二 管片外半

6、径;L 环宽，取为 l m;G 盾壳外 6根注浆管肋总体积 理论上讲，浆液只需1 00%充填建筑总空隙，但由于通常的浆液失 水固结，盾构推进时壳体带土使开挖 断面大于盾 构外径，部分浆液 劈裂到 周围 地层等因素，导致实际注浆量要大大超过理论注浆量。按照以 往工程实践，采用理论值的巧。纬一 2 00%进行注浆，即控制在2.2 一3。2 之间，注浆压力为0.SMP a。3.3 总推力和推进速度的选定 盾构总推力应 等于盾构推进过程中所遇到的各 种阻力，包括盾构外壳与周围土层摩阻 5 8 9_ _:鑫 人 声 岔 二 予 王 一 奋 J 益、枉_冲 叮 一 汁 杯公 盆 玉 偏 翻 琶 二 翻力F

7、 l，切口 环刃口切 入土层阻力f ,，衬砌管片与盾尾之间的摩阻力凡，盾构自 重产生的摩阻力尸。，开挖面 支律阻力F s(地层 产生的 主动土压力)，经计算得 到总推力为8 7 5.5 T。推 进速度 t 3 即干斤顶顶进速度 的确定主要参照施工中反 馈的 各种信息，如地表沉降速率、轴线偏差、衬砌管片 拼装 质量、工期要求等因素，本 工程考虑在2.5-3.5。加i n 之间.3 4 其它参数的 选定 密封仓土压力设定为。.1.2 -0.2 0 M P a;刀盘转速 控制在。.5 0 r/m i n;出土量按每环土方体积计算约为 3 2 m 左右。4 地面监测体系委.1 盾构初推进 试验段 第

8、一 试 验 段 设 置 在盾 构出 洞 后的 前2 6 m,测点 设w r r 抽 4 t5 1R G-N 4，;一知。一、设置了A,B 两个横向断面 沉降观测糟.第二 试验段设在过龙东路段前3 0 米的地带上，沿轴蜂Q-.n-,马，水 V II 闯圈 a 汁拓 泊:宝 县 李户n 祖布 2、铭 公 陈 勺.沉降槽断面宽度为 左右各9 m，分别布设了3 个监测点，测点布设见图2,图2 试验段侧点布盆图4.2 龙东路段及必1 6 0 0 污水管线 在龙东路上测点的布设基于不妨碍车辆的通行，4-5 m,井在沿轴线二侧各增设一排测点，采用长钢筋布 点，沿轴线点距一般为离带(管线走向 布设E,F,G三

9、形成较密集的点群，另外沿路中 央及两侧绿化庵条沉降槽，点距为 4 m,槽的布设是为了监测和分析地下管线弯曲变形的程度范围以达到影响区边界为原则，沉降沿污水管线走祠在轴线两侧各设置四座测点，点距4 m，埋深 1.2-1.5 m,龙东路及污水管线监测测点布 设见图3。5 施工技术措施及监测成果分析 为了保证盾 构在浅班土区域内顺利穿越道路管线 和污水南干线管道，在出洞l o o m以5 9 0，懊户一一一图3 龙东路及污水南千线测点布设图内 为盾构试推进期，及时对土仓压力、推进速度、总推力、出土量、刀盘转速、注浆量和注浆压力 等施工参 数进行调 整，以 取得最佳施工参数;当盾构到达及穿越主要目 标

10、时，以推进速度和出土量为主要控制指标;当盾尾脱离内衬砌后，以注浆量作为主要控制指标，并根据管线附 近的 地表变形值及时反馈至盾构推 进工作室，及时调整有关施工参数，达到信息化施工的目的。此 外，盾构推进过程中 还必须满足上海地铁工程盾 构推进中心轴线控制标准一5 0-+5 0 mm(包括平面、高程偏差)、地表沉降的控制标准一3 0 十l O mm以及对各管线变形严格的保护要求，施工中采用的参数和过程如下:51 盾构初推段 本工程段由于盾 构机刚 进入 土层内，盾 构姿态的调整是个难点，各项施工参数 经常处 于不稳定的状态。根据盾构推进记录报表来 看，从3 5 m到7 5 m隧道轴线高程偏差值均

11、超出5 0 m m的允许值，并有继续发展的 趋势，盾构机头也有所抬头，而且从A,B沉降 槽和纵向沉降曲线来看，如图4,5,6，在浅夜土堆土区内，沉降值大多超过一3 0 mm，个别点位严重超标，由于该轴线段处在空旷地带，未对环境造成太大的影啊 分析其原因归结起来有以下几点:(1)浅覆土区尽管已堆 土加载，但 覆土 仍属欠 固结土，土质松散，再加上盾 构推进遇上雨期，下沉速率加快，引起沉降偏大;(2)浆液材料配合比的不确定性和注浆量的不稳定性:在初推进期，浆液材料的配合比曾采用 过其他单 位推荐的惰性浆液配合比 值，反映下来稠度太大;另外由 于隧 道小半径右转弯，并沿别%。的坡度向 下推 进，有些

12、衬砌环外壁容易积聚惰性浆掖，而且在盾尾与衬砌环局部孔隙也容易出 现浆液渗漏的问题，导致一 些衬砌环注浆量的 增多，最大值竟达3.2 m ，也引起衬砌管片的上浮。(3)盾构机械故障问 题:由 子该盾构曾 在上海地铁一号线使用过，部分机械设备容易出现故障，导致盾构被迫停止向前推进，停留时间过长，引起地面沉降量增大。5 9 1井 孰;公 专-一一 多 一 右 4召 台.称 护 户、砰记 禅.至，获 石 今 泣 聋 浦后构到 达时沉阵 t盾构 通过后沉 降盈10 箱 Ah1R )t 基本 晚定)10。朋-20-30-40-50晨 二:陈 一一一声 专A56 AS)6 AN3 8 AS3,誉 引 溉 多

13、/图 t A断面棺沉降曲线图图S B断面摺面沉降曲线图、10 一:q010 8 10.5 13 15.5 18 205 23 28.20-=-TSL;一、一图 5 试验段纵向沉降曲线图 针对已出现的这些问题，施工单位果断采取了以下措施:(1)对有关施工技术参数进行及时 调整，将盾构刀盘油压稳定在8.5-1 0.0 M P a 之间;n 盘转速仍为。.5 r/m i n;土压力值的设定由原来的。.2 MP a 减小到。.1 2 MP a;推进速度为3.5-4.0 c m/m i n每夭推进速度由S 二提高到8-1 0 m;在 更换浆液配合比，采用前文所述的配合比 后，注浆量 控制在2.2.2 m

14、 ，采取少量多次的注浆方法.注浆压力为。.5 MP a;(2)采取在衬砌环外壁粘贴 海绵止水带的堵漏措施，对盾尾容易产生漏浆的部 位，油脂的使用必须充填到位;(3)加强设备的维修保养工作。每日定时对设备进行检查工作，避免机械故障带来的不必要误工 从8 5 m开始到第二试验段，轴线高程偏差很快被控制住，高程偏差值在 2 5.-3 5 mm之司，平面偏差值维持在+2 5 m m左右，而且地面沉降也没有出现过多的点位超标，如图 1,8所示为C,D两沉降槽的沉降日线图、盾构的姿态也好转，已具备了穿越龙东路的各项条件。;.2 龙东路段 盾构在穿 越龙东 路时的各 项技术参数为基于前期调整 后的 值，有关

15、参数为:盾构推进坡度为2 0%o-2 4&;顶进速度为3.5 一.0 c m/m in;土压力值设定为。.1 4 MP a;71盘油压为8.0-9.0 MI a;注浆 量为2-2.2 m ;注浆压力为。.5 MP a;从盾构机进入龙东路头(1 2 2 m)直到穿越(1 8 5 m)的整个过程中，持续推进施工 1 2天，5 9 2占 扁61 2达t过月(户吐泪曰产户日)色世名隆.天 后的沉降t本 性良图7 C断面槽沉降曲线图图8 D断面摺沉降曲线图每天完成 5 m-6 m的工作量，速度较慢，但从监测及盾构推进姿态情况来看，反映良好，不仅地面沉降控制得很好，如图 9,1 0,1 1,1 2，而且管

16、线基本上没有很大的变形，完全没有影响。EN 1 2;一;EN35，一:N 9 E N 6 E N 3 1 3 2 E S 3 E S 6 臼9 E 5 1 2 E 5 1 5一】0(11任性疙 盾构 列达时 沉降t，-x iv ia-t m p*盆-s-1 0 天 后 的沉 降 f 基本 毯定)-1 0 x t 的 坑阵 f (基本 吸定)图9 E断面槽沉降曲线图图1 0 F断面摺面沉降曲线图1卜 尹(尸产tlf性赛于澎璧匕_:仁 1 2 7:3 i 1 1,1 1,1 5 0 L 5 6 16 2 1 6 7,1 7 2 17 7 18 5一 15(二曰1呀盘疟1 0 天后的6 11*a(茱

17、本 毯定)一1一1 5一2自 2 乙 3 O 3 5冷赦琳图1 1 G断面摺沉降曲线图图1 2 龙东路段纵向沉降曲线图5.3 01 6 0 0 污水南千线 各施工技术参数值为:盾构推进坡度为2 2 o;土压力设定为 0.2 0 MP a;顶 进 速 度 为3.0 c m/m i n;刀盘油压设定为 9 0 k g;注 浆 量 为2.。m 3;5 9 3暇怒 J 笛 会 占.石 沁 4 9 1 2-，间护口.目，.舀口j彭 一 石 复 客 襄 注浆压力为。.5 MP a e 沿污水管布设的沉降观测点(糟)的沉降曲线如图”所示，各点位沉降 值都在2 0 m m左右，达到了预期的效果。盾构 到达时沉

18、 降益盾构 通过后沉 降t(日已)自世妇1。天后 的沉降 t(基本稳 定)图1 3 H断面摺沉降曲线民6 结论 (1)在浅覆土区域内盾构法隧道的施 工中，用以防 止地面沉降过大的注浆措施是至关重要的。同步注浆惰性浆液材料的配合比的选定要因工程而异，象本工程中所采用的浆液配合比是在综合地质情况、试验结果、实际施工多方面因素选定的，这对浅覆土区间遂道的盾枚法施工是适用的:注浆量在浅覆土区域内不宜过大，在理论孔隙值的1 2 0%-L i 0%之间即可，否则隧道袖线容易产生上 飘，这一点与以往实践所采用的理论孔隙值的1 5 0%一2 。%所不同。(2)在曲率半径小、坡度大的隧道中的盾构推进，各项施工参

19、数的及时调整尤为重要，从本工程中反映出，不 仅理论计算值与实际值有较大的差异，而且以往经验值和 工程 实际值也存在着 一定的偏 差。(3)在盾 构法隧道施工中，遇到管线或其它重要 构筑物的保护间题时，对施工监 测信息及时反馈 到后 构施工作业面，并采取相关的措施是非常重要的。参刘 建航 侯学 渊软土 市政地 下 工 程施工 技术 手册考文献张庆贺 等周杜鑫 等上 海台流 污水排水管 道的施 工技 术 1 9 9 09;年地 下工程 学术年 会论文集.1 9 9 3盾构掘进 参数与地 面沉降控 制建 筑施工 9 9 45 9 4T E C H N I Q U E O F S H I E L D

20、T U N N E L I N G C O N S T R U C T I O N AND P I P ELI NE P ROTE CTI ON I N S HALLOW BURI AL S OI L Z h u Z h o n g l o n g Z h a n g Qin g h e (T-19 1 i U n iu r r d ry S h u e g h o i 2 0 0 0 9 2)Y a n g J u n lo n g Z h u J i vv e n(S h r n g h a i Nv.2 C i v il C a n t v v i i m C o.L T D S h-g

21、 h m2 0 0 2 3 2)A b s t r a c t T h i s p a p e r i s b a s e d o n t h e b a c k g r o u n d o f s h i e l d t u n n e l in g c o n s t r u c t i o n o f N o.2 S u b w a y i n S h a n g h a i.C o n s t r u c t io n p a r a m e t e r s e le c t i o n i n s ma l l r a d i u s,b ig s lo p e a n d s h

22、a l l o w s o i l-c o v e r e d s h i e l d t u n n e l i s t h e c r e t ic a lly a n a l y z e d.A c c o r d i n g t o t h e s t a t i s t i c a n a ly s i s o f t h e e x p e r i me n t d a t a,t h e i n f l u e n c e me t h o d s o f t u n n e lin gc o n s t r u c t i o n a n d t h e p rot e c t i v e s c h e m e o f p ip e lin e a r e a c q u ir e d.Th e c o n c l u s io n s a n d r e s u l t s a r e b e f o r r e f e r-e nceK e y w o r d ss h ie ld t u n n e l s h a ll o w b u r i a l s o il p ip e li n e p r o t e c t io n 弓 9 5“一苦 _ 超 裹 又 亩