北京地區山前沖洪積扇復雜地層盾構施工技術 摘 要 北京地鐵4號線20標盾構隧道位于永定河沖洪積扇,巖石不均勻出露,在掘進過程中遭遇水下、軟硬不均巖石地層和全斷面極硬巖等不良地質情況。介紹了盾構機在該復雜地層的施工方法及施工中的注意事項。對于復雜地層的盾構施工提出了建議:施工前應詳細勘察地質情況,制定合適的掘進參數;做好設備的維護保養,對刀具積極管理;對地面加強監控量測等。 關鍵詞 盾構(隧道);施工技術;沖洪積扇;硬巖 北京地鐵4號線20標段位于北京市海淀區,包括頤和園至北宮門盾構區間、北宮門車站、北宮門至龍背村盾構區間。區間隧道共長3 153. 5m,位于永定河沖洪積扇古清河故道。盾構機在此處需要通過基巖埋深相對較淺的地段,且所通過地層比較復雜,基巖面起伏較大,巖體均一性較差,上覆人工雜填土。地層與頤和園昆明湖、清河及京密引水渠有水力聯系。盾構隧道下穿中央黨校南校區人工湖、建筑年代久遠的黨校研究生樓、交通繁忙的頤和園路、中央黨校北校區南大門。該地段地下管線密集,路面交通繁忙,對盾構機掘進施工要求高,施工風險相對較大。 1 盾構機選型 根據招標文件、初步設計圖冊和地質勘察報告,對地質斷面進行了認真分析,選用了德國海瑞克6. 28復合式土壓平衡盾構機。該型盾構機具有廣泛的適應性和優良的可靠性,在世界上類似工程領域享有豐富的施工經驗和業績。本標段盾構區間工程地質比較復雜,同時勘察報告中顯示在北龍區間還要穿越99 m的中-微風化礫巖,其最高單軸抗壓強度達到76. 2 MPa。為此,針對該段不良地質,與海瑞克公司的技術專家進行了若干次技術聯絡,確定了設備的破巖參數。用于本標段盾構機(設備編號S285)的設計破巖能力為82MPa。其設備性能主要參數見表1。
該盾構機具有如下特點:
(1)采用面板式刀盤,可配備為全齒刀或滾刀與齒刀結合,既可應對黏土層,又可應對強度較高的砂巖和礫巖。
(2)具有良好的防水性能,有完善的盾尾密封系統及注脂系統,可應對盾構機下穿人工湖和地下水豐富的砂卵石及粉細砂地層。
(3)配備了雙液注漿系統,可有效應對砂卵石地層和土石混合體地層。
(4)具備土壓平衡式(EPB)、半敝開式(Semi-Open)及敝開式(Open)三種作業模式,以適應掘進地層的變化。在黏土、粉細砂、卵石地層,用EPB模式,可防止掌子面坍塌;在砂巖和礫巖地層應用Semi-Open及Open模式,可降低推力、降低能耗、提高效率。
2 盾構機在軟土地層的快速掘進
2. 1 軟土快速掘進技術
軟土的快速掘進主要取決于運輸組織。軟土開挖可保持60 mm/min高速掘進,開挖的絕對時間約20 min。管片拼裝的絕對時間約30 min,列車運行時間約40 min。列車運輸利用管片拼裝的時間進行;如果運輸線路不長,可利用管片拼裝的時間完成出渣、裝漿和運輸管片的作業。這樣,掘進速度可達到1環/h,達到快速掘進的目的。
在掘進時,要保證后配套系統的運轉正常。常見的故障有以下幾種:
(1)列車掉道。解決的辦法是加強線路養護,及時清理管片上的泥漿,渣車轉向架和車輪及時檢修,保證良好的工作狀態。
(2)循環水系統故障,工作機構溫度超高,導致跳閘停機。要及時清洗循環水系統,保證有效降溫。
(3)皮帶故障。應加強檢修,及時檢查滾輪,及時更換故障滾輪,修補受損皮帶,損壞嚴重時及時更換。
(4)龍門吊機故障,渣土不能及時吊出。需對龍門吊及時檢修,保證其工作正常。
(5)漿車故障,漿液凝固,導致出漿不暢,攪拌受阻。超過40 min后,漿液很難攪拌,需要及時清理,縮短運輸時間,或加入膨潤土改良漿液性能[1][2][3]下一頁
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