大截面矩形地下通道施工技術的研究和應用

大截面矩形形地下通道道施工技術術的研究和應用用——軌道交通6號線浦電路路車站3號出入口通通道工程概述工程概況和和特點工程實施的的關鍵技術術工程實施的的效果經(jīng)濟與社會會效益一、工程概概況和特點點工程名稱：：上海軌道道交通6號線浦電路路車站3號出入口工程地點：：上海浦東東新區(qū)東方方路與浦電電路交叉的的十字路口口南側工程內容：：包括一個個始發(fā)井、、接收井、、地下通道道和出入坡坡道?！钔ǖ榔露榷?%☆最大埋深11.624m☆最大覆土厚厚度為7.264m☆掘進距離為為42.7m☆由28節(jié)預制鋼筋筋混凝土管管節(jié)組成。。二、工程概概況和特點點土層自上而而下依次為為：填土、、粉質粘土土、淤泥質質粉質粘土土、粘質粉粉土、淤泥泥質粘土、、粘土、粉粉質粘土、、粉質粘土土、粉質粘粘土、砂質質粉土夾粉粉質粘土、、粉砂、粉粉細砂。通道洞身埋埋置于③淤淤泥質粘質質粉土、③③（夾）粉質粘土、、④淤泥質質粘土這3層土之間。。該土層滲滲透系數(shù)一一般為6～10cm/sec左右，屬高高含水量、、高靈敏度度、高壓縮縮性、低強強度、弱滲滲透性的飽飽和軟粘性性土，蠕變變量大。土層名稱含水量重度粘聚力內摩擦角壓縮模量塑性指數(shù)液性指數(shù)空隙比%kN·m-3Pa°Mpa%%①填土18②粉質粘土34.91815225.0614.70.991.01③淤泥質粉質粘土40.917.41220.53.5814.11.411.16③（夾）粘質粉土34.518.15317.2911.71.380.98④淤泥質粘土49.816.614122.421.21.241.43⑤1-1粘土38.717.616153.7418.10.951.12⑤1-2粉質粘土35.517.815184.6115.50.931.04⑥1粉質粘土24.119.34417.57.68150.370.72⑥2粉質粘土24.519.34022.58.93140.360.72⑦1-1砂質粉土夾粉質粘土30.418.5431.513.520.86⑦1-2粉砂29.218.7231.513.30.83⑦2粉細砂29.718.9232.511.820.82土層物理力力學指標地質情況：：二、工程概概況和特點點通道沿線地地下管線情情況二、工程概概況及特點點TH625PMX-1土壓平衡式式矩形隧道道掘進機主主要性能：：★掘進機截面面尺寸為4390mm×6270mm，機頭長度度為5480mm★主頂千斤頂頂總推力為為3200T；★具有可靠的的防水性能能，適合于于地表下15米內的地層層施工；★前置刀盤采采用獨立模模塊單元設設計，可按按模塊分解解組合；★具有防背土土功能；★機身兩側配配有平衡翼翼，可防側側轉；★機身上的鉸鉸接裝置，，除具有糾糾偏功能外外，兼具中中繼間的功功能；★雙螺旋輸送送出土，泵泵送渣土；；刀盤取土口土壓傳感器平衡翼鉸接伸縮縫二、工程概概況和特點點●雙螺旋輸送送出土，泵泵送渣土兩個螺旋輸輸送機取土土，通過取取土量和掘掘進速度來來平衡正面面土壓力。?！裢七M系統(tǒng)主頂裝置采采用16個千斤頂，，單個千斤斤頂最大推推力2000KN，行程2500mm，總推力32000KN。16個千斤頂兩兩側對稱布布置，每個個千斤頂具具有獨立油油路控制，，掘進初始始階段，可可根據(jù)施工工需要通過過調整主頂頂裝置的合合力中心來來進行糾偏偏。鉸接系統(tǒng)配配有16個千斤頂，，最大行程程250mm，頂力為1500KN/只，工作油油壓31.5Mpa，具有糾偏偏及中繼間間雙用功能能。二、工程概概況和特點點預制鋼筋混混凝土管節(jié)節(jié)：△外包尺寸：：6240mm×4360mm△厚500mm△長1500mm△單節(jié)管重約約36噸△每節(jié)管節(jié)安安有10個減摩漿注注入孔課題組在施施工前期做做了大量的的技術準備備工作，反反復討論、、研究方案案的科學性性、合理性性、可行性性。在此基基礎上，還還咨詢了各各路專家，，對施工方方案進行論論證、審查查，保證了了工程得以以順利實施施。二、工程概概況和特點點三、工程實實施的關鍵鍵技術1、出洞技術術1)洞口加固及及掘進穿墻墻措施根據(jù)現(xiàn)場環(huán)環(huán)境，出洞洞口外土體體采用SMW工法加固，，三軸攪拌拌后插入H700型鋼，密插插。工法樁樁加固寬度度為兩個洞洞門寬，深深度為洞門門下3米。加固體體與圍護體體之間采用用高壓旋噴噴加固，以以起到洞門門鑿除后擋擋土和止水水的效果。。洞門止水水裝置采用用簾布橡膠膠板+可調節(jié)截面面尺寸的鋼鋼插板。三、工程實實施的關鍵鍵技術2)出洞防磕頭頭措施為克服掘進進機出洞階階段的磕頭頭趨勢，采采用高出洞洞技術。3）掘進機刀刀盤為前置置式設計，，無常規(guī)的的密封土倉倉，且由于于出洞加固固采用SMW工法，出洞洞時，當前前置刀盤進進入簾布板板后，需進進行工法樁樁型鋼拔除除，此時，，極易發(fā)生生刀盤前的的土體坍塌塌，釀成后后果。應對的措施施為：①刀盤進入入簾布板前前，先在6個刀盤的間間隙內綁扎扎聚乙烯泡泡沫板，盡盡可能將刀刀盤間的空空隙填滿。。②刀盤進入入簾布板，，控制好推推進距離，，使刀盤與與工法樁的的型鋼保持持最小的距距離。③通過穿墻墻管向簾布布板內壓注注高稠度的的惰性漿液液，盡可能能充填聚乙乙烯泡沫板板間的空隙隙，此時，，已建立起起切口前的的壓力。④拔除工法法樁型鋼。。三、工程實實施的關鍵鍵技術

由于掘進機機的主推系系統(tǒng)設置在在井內，隨隨著掘進距距離的延伸伸，主推力力也逐漸增增大，此時時，須在機機頭和管節(jié)節(jié)與土層接接觸面間壓壓注適量的的減摩漿液液。這樣做做可有效地地減小掘進進推力和防防止設備及及管節(jié)背土土造成的地地表沉降，，危及地下下管線的安安全。

減摩漿液的的注入口分分別為：掘掘進機尾部部外均布18個；每節(jié)管管節(jié)外周均均布10個，實際使使用9個（管節(jié)下下部中間因因需布置泵泵土管，該該處注入口口棄用）。。

減摩漿液應應控制好注注入量和注注入壓力。。注入量的的控制以能能形成漿液液套為準；；注入壓力力的控制以以不劈裂土土體為前提提。

壓漿量一般般控制在0.5m3~1.0m3/每節(jié)，可根根據(jù)總推力力的變化情情況，在此此范圍內調調整。掘進進時要根據(jù)據(jù)具體情況況，適時適適量地全程程補壓漿；；壓力以不不超過0.5Mpa為準，工程程證明該參參數(shù)是合理理、有效的的。膨潤土水純堿CMC400KG850KG6KG2.5KG項次項目性能指標檢驗方法1比重1.1~1.15g/cm3漿液比重劑2粘度1～2s500ml漏斗法3PH值7PH劑4失水率<25cm3/30mim失水儀5穩(wěn)定性d0.02g/cm2穩(wěn)定性筒漿液配比表表漿液指標表表2、減摩技術術三、工程實實施的關鍵鍵技術為了保證注注漿效果，，在注漿施施工中還采采取了以下下技術措施施：1)對漿液原材材料進行質質量驗收；；嚴格按配配比拌制；；要經(jīng)常對對拌好（特特別是隔夜夜）的漿液液進行測試試，以確保保減摩漿液液的質量。。2)制定合理的的注漿工藝藝，嚴格按按注漿操作作規(guī)程進行行，堅持““隨掘隨注注、逐孔壓壓漿、全線線補漿、漿漿量合理、、壓力適度度”的原則則。三、工程實實施的關鍵鍵技術◆當掘進至規(guī)規(guī)定行程、、安裝管節(jié)節(jié)前，需縮縮回主推千千斤頂油缸缸。此時，，由于正面面土壓力的的作用，掘掘進機及已已安裝完的的管節(jié)會產(chǎn)產(chǎn)生一定量量的后退。。此情況，，在初始掘掘進時表現(xiàn)現(xiàn)尤為明顯顯。這樣會會使管節(jié)間間松弛，嚴嚴重的會造造成切口前前地表沉降降，導致影影響地面交交通和危及及管線安全全，需采取取合理有效效的止退措措施加以克克服?！粢郧锌谕镣翂毫?.14Mpa為例，切口口前的正面面反推力達達到400T左右：P=pa××（a×b）=140KN/m2×（4.39m×6.27m）=3989.5KN式中pa———切口壓力（（KN/m2）a——掘進機截面面高度（m）b——掘進機截面面寬度（m）◆因此，為為防止掘進進機在巨大大的反推力力作用下后后退，施工工時需采取取止退措施施?！舻挚咕蜻M進時正面反反推力措施施隨著施工工深入、通通道延伸可可逐漸弱化化?，F(xiàn)場控控制以機頭頭后退小于于5mm為臨界，即即機頭后退退小于5mm可撤消（或或簡化）止止退裝置。。3、止退技術術三、工程實實施的關鍵鍵技術(1)土壓力土壓力的設設定以理論論值×系數(shù)來確定定，并根據(jù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)據(jù)反饋值來來調整。上述系數(shù)應應取1.6~1.8，比盾構施施工取值要要大。它和和不填充建建筑空隙有有關（理論論上管節(jié)外外有15mm的建筑空隙隙，減摩漿漿液沒有強強度）。掘掘進時，切切口前應略略有隆起，，機頭過后后略有回落落。(2)掘進速度度掘進速度度是控制制切口土土壓力穩(wěn)穩(wěn)定、正正面出土土量均勻勻的主要要手段。。在掘進進時，不不斷調整整掘進速速度，找找出速度度、正面面土壓力力與出土土量三者者的最佳佳匹配值值，以保保證掘進進質量，，確保設設備以最最佳狀態(tài)態(tài)工作。。(3)出土量施工過程程中，出出土量要要與開挖挖量相一一致，以以保持正正面土壓壓力穩(wěn)定定。出土土量大于于開挖量量，地面面會沉降降，出土土量小于于開挖量量，地面面會隆起起，這都都會造成成管節(jié)周周圍土體體的擾動動，只有有保證出出土量與與開挖量量相一致致，才不不至于造造成周邊邊土層的的過多擾擾動。單個管節(jié)節(jié)的理論論出土量量約41m33，正常情情況下出出土量控控制在理理論出土土量的98%左右。(4)頂管允許許最大頂頂力掘進時，，千斤頂頂油壓會會有波動動，主推推合力瞬瞬間會達達到2500T左右，為為了防止止損壞管管節(jié)混凝凝土，在在主頂泵泵站設備備調試時時，調整整壓力閥閥以使系系統(tǒng)的總總推力控控制在2000T以下，并并鎖定壓壓力閥，，避免施施工中發(fā)發(fā)生超出出頂力的的事件。。4、施工參數(shù)數(shù)三、工程程實施的的關鍵技技術▲軸線控制制是矩形形隧道掘掘進的一一大難題題。在施施工時，，軸線一一旦形成成較大的的偏差，，糾偏難難度將增增大，因因此，施施工中必必須嚴格格控制好好施工軸軸線。掘掘進時，，應控制制好掘進進機姿態(tài)態(tài)，隨偏偏隨糾，，做到勤勤糾、少少（量））糾，一一次糾偏偏量不宜宜過大，，防止濫濫糾，避避免掘進進機走““蛇”形形。▲一次糾偏偏量過大大，會發(fā)發(fā)生管節(jié)節(jié)張角，，造成管管節(jié)滲漏漏，還會會造成管管節(jié)端面面的混凝凝土破損損。嚴重重的會加加劇地面面沉降。?！跏茧A段段糾偏主主要靠選選擇后頂頂千斤頂頂位置和和數(shù)量，，改變主主頂合力力位置來來實施。。當管節(jié)節(jié)拼裝有有一定長長度后，，靠鉸接接油缸實實施。5、軸線控控制技術術三、工程程實施的的關鍵技技術主要技術術措施：：1、信息化化施工2、改變刀刀盤轉動動方向3、合理使使用平衡衡翼4、調整漿漿液注入入位置當克服（（或校正正）側轉轉采用上上述第2、第3措施無效效時，采采用第4措施，效效果十分分明顯。。工程中，，掘進近近第10環(huán)時，逆逆時針側側轉一直直無法及及時糾正正，雖然然采取了了改變刀刀盤切削削方向和和使用了了平衡翼翼，側轉轉仍有增增大趨勢勢，此情情況下，，就是采采用改變變注漿總總管位置置，從而而解決問問題的。。6、防側轉轉技術三、工程程實施的的關鍵技技術掘進時，，周圍土土體的擾擾動和地地層損失失，會造造成一定定量的地地面沉降降，主要要原因有有：1)在掘進過過程中，，如果切切口水土土壓力不不平衡，，會造成成超（欠欠）挖，，導致地地面沉降降，從而而損壞地地下管線線；2)掘進時，，糾偏造造成的對對地層過過量擾動動，也會會加劇地地面沉降降，從而而損壞地地下管線線；3)地面附加加荷載也也會導致致地面沉沉降。當當掘進沿沿線兩側側地面附附加荷載載（例建建筑物等等）不一一致時，，會影響響掘進土土壓力取取定，造造成局部部范圍的的超（欠欠）挖，，從而造造成地面面沉降，，并損壞壞地下管管線。因此，加加強掘進進施工時時正面土土壓力的的管理、、適時適適度地糾糾偏和信信息化施施工，及及時調整整、優(yōu)化化施工參參數(shù)，精精心組織織、精心心施工是是控制地地面沉降降的關鍵鍵。施工中地地面沉降降的主要要控制手手段為刀刀盤正面面土壓力力管理，，即利用用切口正正面土壓壓力，達達到對掘掘進機正正前方開開挖面土土體支護護的目的的，從而而控制好好地面沉沉降。土土壓力的的設定是是掘進施施工的關關鍵?？刂频孛婷娌痪鶆騽虺两档牡念A防措措施有：：1)根據(jù)地質質資料，，預先對對穿越的的地層進進行充分分分析，，了解地地層的物物理及力力學特性性；2)控制掘進進速度，，均衡、、不間斷斷施工；；3)加強對周周邊環(huán)境境的事先先、事中中的了解解和監(jiān)測測。7、地面沉沉降控制制技術三、工程程實施的的關鍵技技術為防止通通道成型型后管節(jié)節(jié)接頭松松弛，避避免接縫縫間滲漏漏水，現(xiàn)現(xiàn)場采用用L120×120×14的型鋼連連接相鄰鄰管節(jié)。。其中，，首五節(jié)節(jié)全斷面面連接，，后續(xù)管管節(jié)連接接點相應應減少。。管節(jié)連連接后，，對掘進進機機的的軸線控控制也有有益處。。8、管節(jié)連連接技術術三、工程程實施的的關鍵技技術★掘進機施施工客觀觀上存在在建筑空空隙，施施工階段段該間隙隙是由減減摩漿液液來充填填的，對對控制地地面的后后期沉降降極其不不利。為為了消除除該弊端端，應在在掘進結結束后，，對管節(jié)節(jié)外建筑筑空隙內內的減摩摩漿液進進行置換換。置換換漿可選選用單液液漿（水水泥+粉煤灰））或雙液液漿（水水泥、粉粉煤灰+水玻璃））?！飭我簼{用用于后期期沉降速