2021年一級(jí)建造師考試市政工程考點(diǎn)5：盾構(gòu)施工階段劃分及始發(fā)與接收施工技術(shù)

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2021年一級(jí)建造師考試市政工程考點(diǎn)5：盾構(gòu)施工階段劃分及始發(fā)與接收施工技術(shù)

一、盾構(gòu)施工階段劃分

盾構(gòu)施工一般分為始發(fā)、正常掘進(jìn)和接收三個(gè)階段。

始發(fā)是指盾構(gòu)自始發(fā)工作井內(nèi)盾構(gòu)基座上開始掘進(jìn)，到完成初始掘進(jìn)(通常50～100m)止。

始發(fā)結(jié)束后要拆除臨時(shí)管片、臨時(shí)支撐和反力架，分體始發(fā)時(shí)還要將后續(xù)臺(tái)車移入隧道內(nèi)，以便后續(xù)正常掘進(jìn)。

接收是指自掘進(jìn)距接收工作井100m到盾構(gòu)到達(dá)接收工作井內(nèi)接收基座上止。

從施工安全的角度講，始發(fā)與接收是盾構(gòu)法施工兩個(gè)重要階段。為保證盾構(gòu)始發(fā)與接收施工安全，洞口土體加固施工必須滿足設(shè)計(jì)要求。

二、洞口土體加固技術(shù)

盾構(gòu)法隧道施工中，洞門土體加固是盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，洞門土體也是盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)事故多發(fā)地帶。因此，合理選擇洞門土體加固施工工法和必要的加固監(jiān)測，是保證盾構(gòu)法隧道順利施工的非常重要的環(huán)節(jié)。

(一)洞門土體加固的作用

(1)盾構(gòu)從始發(fā)工作井進(jìn)入地層前，首先應(yīng)拆除始發(fā)工作井洞門處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以便將盾構(gòu)推入土層開始掘進(jìn);盾構(gòu)到達(dá)接收工作井前，亦應(yīng)先拆除洞門處工作井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以便盾構(gòu)進(jìn)入接收工作井。

(2)由于拆除洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)后，在坑外水土壓力作用下，會(huì)導(dǎo)致洞口土體失穩(wěn)和地下水涌入工作井，且盾構(gòu)在始發(fā)掘進(jìn)的一段距離內(nèi)或到達(dá)接收洞口前的一段距離內(nèi)難以建立起土壓(土壓平衡盾構(gòu))或泥水壓(泥水平衡盾構(gòu))以平衡開挖面的土壓和水壓。因此，拆除洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)前必須對(duì)洞口土體進(jìn)行加固，通常在工作井施工過程中實(shí)施。

(3)拆除洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)及盾構(gòu)掘進(jìn)通過加固區(qū)域時(shí)，防止地層變形，進(jìn)而引起工作井周邊地面建筑物及地下管線等破壞。

(二)常用的洞口土體加固方法

(1)盾構(gòu)工作井洞口土體加固與一般地基加固的不同之處是不僅僅要有強(qiáng)度要求，還要有滲透性要求，在此基礎(chǔ)上，還要考慮經(jīng)濟(jì)性要求。這主要由加固范圍、加固方法等的選擇來決定。

對(duì)于地鐵盾構(gòu)隧道，始發(fā)與到達(dá)端地層加固范圍一般為隧道襯砌輪廓線外左右兩側(cè)各3.0m、頂板以上3.0m、底板以下3.0m，并根據(jù)盾構(gòu)直徑增大而增大。加固長度根據(jù)土質(zhì)而定，富水地層加固長度必須大于盾構(gòu)本體長度2m及以上(刀盤+盾殼)。

(2)常用的加固有化學(xué)注漿法、砂漿回填法、深層攪拌法、高壓旋噴注漿法、冷凍法等。國內(nèi)較常用的是深層攪拌法、高壓旋噴注漿法、冷凍法(冷凍法常用的是垂直冷凍法，也可以采用垂直凍結(jié)與水平凍結(jié)相結(jié)合的方式)，具體見圖 1K413033-1。近期，在工作井圍護(hù)采用盾構(gòu)直接切削GFRP(玻璃纖維)筋地下連續(xù)墻以及與加固方法相合的鋼套筒法在高水壓地層也有應(yīng)用。

(3)凍結(jié)法有造價(jià)高、解凍后存在沉降等缺點(diǎn)，旋噴樁加固雖然效果好，但其造價(jià)遠(yuǎn)高于深層樁。所以，除工作井較深、洞門處土層為水頭較高的承壓水層外，洞門土體加固較為廣泛采用的是深層攪拌法，并在攪拌樁加固體與連續(xù)墻間無法加固的間隙處，用旋噴法進(jìn)行補(bǔ)充加固。

(三)洞口土體加固的風(fēng)險(xiǎn)防控和處理

(1)洞口土體加固最常見的問題有兩點(diǎn)：一是加固效果不好，造成開洞門時(shí)土體坍塌;二是加固范圍不當(dāng)，造成始發(fā)時(shí)水土流失。在盾構(gòu)掘進(jìn)至到達(dá)工作井時(shí)，一種常見的風(fēng)險(xiǎn)事故是洞門處位于承壓水地層時(shí)，由于加固體長度過短，水土沿著盾構(gòu)外側(cè)涌入到達(dá)工作井。

(2)洞口土體加固的效果不好是始發(fā)過程中經(jīng)常遇到的施工問題。采取的主要措施是必須根據(jù)洞口處土體情況選擇合理的加固方法，而且要加強(qiáng)過程控制，特別要嚴(yán)格控制加固施工參數(shù)。對(duì)于加固區(qū)與始發(fā)井形成的間隙要采取有效方法封堵處理。

(3)出現(xiàn)開洞門失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)，在小范圍的情況下可采用邊破除洞門混凝土，邊噴素混凝土的方法對(duì)土體臨空面進(jìn)行封閉。如果土體坍塌失穩(wěn)情況嚴(yán)重時(shí)，只有封閉洞門重新加固。

(4)加固后地層應(yīng)具有良好的均勻性和整體性，在鑿除洞門后能夠自穩(wěn)，且具有低滲透性。洞口土體加固完成后，應(yīng)進(jìn)行鉆孔取芯試驗(yàn)以檢查效果。在加固區(qū)鉆水平孔和垂直孔檢查滲水量，水平孔分布于盾構(gòu)隧道上、下、左、右部和中心處各一個(gè)，深8m，其滲透系數(shù)≤1.0 X 10-8cm/s，其滲水量總計(jì)不大于10L/min。垂直孔在加固區(qū)前端布置2個(gè)，在施工中鉆孔誤差較大的部位布設(shè)1個(gè);其滲水量不大于2L/min。檢查孔使用后，采用低強(qiáng)度水泥砂漿封孔。

三、盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)要點(diǎn)

(一)盾構(gòu)始發(fā)施工流程

盾構(gòu)始發(fā)是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其主要內(nèi)容包括：始發(fā)前工作井端頭的地層加固、安裝盾構(gòu)始發(fā)基座、盾構(gòu)組裝及試運(yùn)轉(zhuǎn)、安裝反力架、鑿除洞門臨時(shí)墻和圍護(hù)結(jié)構(gòu)、安裝洞門密封、盾構(gòu)姿態(tài)復(fù)核、拼裝負(fù)環(huán)管片、盾構(gòu)貫入作業(yè)面建立土壓(針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)施工)和試掘進(jìn)等。

(二)初始掘進(jìn)長度的確定

決定初始掘進(jìn)長度的因素有兩個(gè)：一是襯砌與周圍地層的摩擦阻力，二是后續(xù)臺(tái)車長度。

(三)始發(fā)掘進(jìn)施工要點(diǎn)

(1)盾構(gòu)前如需破除洞門，應(yīng)在條件驗(yàn)收后進(jìn)行。

(2)始發(fā)前，應(yīng)對(duì)洞口土體加固進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后方可始發(fā)掘進(jìn);應(yīng)制定洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除方案，并應(yīng)采取密封措施保證始發(fā)安全。

(3)始發(fā)前，反力架應(yīng)進(jìn)行安全驗(yàn)算。

(4)始發(fā)時(shí)，應(yīng)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行復(fù)核。

(5)當(dāng)負(fù)環(huán)管片定位時(shí)，管片環(huán)面應(yīng)與隧道軸線相適應(yīng)。拆除前，應(yīng)驗(yàn)算成型隧道管片與地層間的摩擦力，并應(yīng)滿足盾構(gòu)掘進(jìn)反力的要求。

(6)當(dāng)分體始發(fā)時(shí)，應(yīng)保護(hù)盾構(gòu)的各種管線，及時(shí)跟進(jìn)后配套設(shè)備，并應(yīng)確定管片拼裝、壁后注漿、出土和材料運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)方式。

(7)盾尾密封刷進(jìn)入洞門結(jié)構(gòu)后，應(yīng)進(jìn)行洞門圈間隙的封堵和填充注漿。注漿完成后方可掘進(jìn)。

(8)初始掘進(jìn)過程中應(yīng)控制盾構(gòu)姿態(tài)和推力，加強(qiáng)監(jiān)測，并應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

四、盾構(gòu)接收施工技術(shù)要點(diǎn)

(一)盾構(gòu)接收施工流程

盾構(gòu)接收一般按下列程序進(jìn)行：洞門鑿除→接收基座的安裝與固定→洞門密封安裝→到達(dá)段掘進(jìn)→盾構(gòu)接收。

接收設(shè)施包括盾構(gòu)接收基座(也稱接收架)、洞門密封裝置。接收架一般采用盾構(gòu)始發(fā)架。

(二)盾構(gòu)接收施工的主要內(nèi)容

(1)接收井洞口土體加固。

(2)在盾構(gòu)貫通之前100m、50m處分兩次對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行人工復(fù)核測量。

(3)接收洞門位置及輪廓復(fù)核測量。

(4)根據(jù)前兩項(xiàng)復(fù)測結(jié)果確定盾構(gòu)姿態(tài)控制方案并進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整。

(5)盾構(gòu)接收架準(zhǔn)備。

(6)接收洞門鑿除。

(7)靠近洞門最后10～15環(huán)管片拉緊。

(8)貫通后刀盤前部渣土清理。

(9)盾構(gòu)接收架就位、加固。

(10)洞門防水裝置安裝及盾構(gòu)推出隧道。

(11)洞門注漿堵水處理。

(12)制作連接橋支撐小車、分離盾構(gòu)主機(jī)和后配套機(jī)械結(jié)構(gòu)連接件。

(三)接收施工要點(diǎn)

(1)盾構(gòu)接收可分為常規(guī)接收、鋼套筒接收和水(土)中接收。

(2)盾構(gòu)接收前，應(yīng)對(duì)洞口段土體進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后方可接收掘進(jìn)。

(3)當(dāng)盾構(gòu)到達(dá)接收工作井100m時(shí)，應(yīng)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行測量和調(diào)整。

(4)當(dāng)盾構(gòu)到達(dá)接收工作井10m內(nèi)，應(yīng)控制掘進(jìn)速度和土倉壓力等。

(5)當(dāng)盾構(gòu)到達(dá)接收工作井時(shí)，應(yīng)使管片環(huán)縫擠壓密實(shí)，確保密封防水效果。

(6)盾構(gòu)主機(jī)進(jìn)入接收工作井后，應(yīng)及時(shí)密封管片環(huán)與洞門間隙。

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