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一級建造師市政實務(wù)知識點：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)束后要拆除臨時管片、臨時支撐和反力架，分體始發(fā)時還要將后續(xù)臺車移入隧道內(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)前必須對洞口土體進(jìn)行加固，通常在工作井施工過程中實施。

(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，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度要求，還要有滲透性要求，在此基礎(chǔ)上，還要考慮經(jīng)濟性要求。這主要由加固范圍、加固方法等的選擇來決定。

對于地鐵盾構(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 1K33-1。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)法有造價高、解凍后存在沉降等缺點，旋噴樁加固雖然效果好，但其造價遠(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)行補充加固。

(三)洞口土體加固的風(fēng)險防控和處理

(1)洞口土體加固最常見的問題有兩點：一是加固效果不好，造成開洞門時土體坍塌;二是加固范圍不當(dāng)，造成始發(fā)時水土流失。在盾構(gòu)掘進(jìn)至到達(dá)工作井時，一種常見的風(fēng)險事故是洞門處位于承壓水地層時，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，而且要加強過程控制，特別要嚴(yán)格控制加固施工參數(shù)。對于加固區(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，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，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，深8m，其滲透系數(shù)≤1.0 X 10-8cm/s，其滲水量總計不大于10L/min。垂直孔在加固區(qū)前端布置2個，在施工中鉆孔誤差較大的部位布設(shè)1個;其滲水量不大于2L/min。檢查孔使用后，采用低強度水泥砂漿封孔。

三、盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)要點

(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)組裝及試運轉(zhuǎn)、安裝反力架、鑿除洞門臨時墻和圍護(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：一是襯砌與周圍地層的摩擦阻力，二是后續(xù)臺車長度。

(三)始發(fā)掘進(jìn)施工要點

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

(2)始發(fā)前，應(yīng)對洞口土體加固進(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)行安全驗算。

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

(5)當(dāng)負(fù)環(huán)管片定位時，管片環(huán)面應(yīng)與隧道軸線相適應(yīng)。拆除前，應(yīng)驗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，應(yīng)保護(hù)盾構(gòu)的各種管線，及時跟進(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

(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)主機和后配套機械結(jié)構(gòu)連接件。

(三)接收施工要點

(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，應(yīng)對盾構(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，應(yīng)使管片環(huán)縫擠壓密實，確保密封防水效果。

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

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