003城市大直径盾构始发洞门处理技术浅谈.doc
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大直径盾构始发洞门处理新技术
(隧道工)
论
文
姓 名: 冯 俊
单 位:中铁隧道集团二处掘进二公司
大直径盾构始发洞门处理新技术
冯俊
中铁隧道集团二处掘进机二公司
摘要:本文主要介绍了盾构破除始发洞门的新方法——NOMST,即盾构直接掘削新型材料墙体进洞的方法。希望对其他类似工程起到一定的借鉴作用。
关键词:盾构; 始发; 洞门处理;NOMST
1 工程概况
北京地铁地下直径线ZJX-2标工程全长6282米,其中盾构区间长5227m。全线共设四座施工竖井,位于DK6+795.6的4#井为盾构始发井。盾构隧道采用直径Φ11.97m泥水平衡盾构施工,盾构隧道管片内径Φ10.5m,管片外径Φ11.6m。
盾构始发井深31m,形状为17m×15m(设计净空尺寸)的矩形,围护结构为1000mm厚地下连续墙,内衬为1000mm厚的钢筋混凝土。
2 工程地质、水文条件
根据地质揭露情况分析,盾构始发井所处地层自上而下可分为人工堆积层、第四纪全新统冲洪积层和第四纪晚更新统冲洪积层三大类。土层自上而下主要为:人工堆积层:素填土、杂填土,埋深在0.0m~4.85m;第四纪全新统冲洪积层:细砂、圆砾、卵石,埋深在4.85m~14.7m;第四纪晚更新统冲洪积层:卵石、圆砾、细砂、卵砾石等,埋深在14.7m~40.0m。隧道断面主要为卵石土。具体地质情况详见图1。
图1 地质横断面图
本地段地下水主要是孔隙潜水,水位标高为+21.3~+21.7(水位埋深为23.13m~24.31m)。含水层主要为卵石层、圆砾层及其所夹砂层。涌水量Q=37200m3/d。
3 传统施工技术介绍
端头地层加固和盾构成功破除洞门是保证盾构安全始发的关键。传统方法是在做始发竖井的地下连续墙维护结构时,始发洞门处的连续墙不做特殊处理,钢筋笼仍采用普通钢筋,混凝土的选择一般也不做特殊要求。盾构始发时采用人工分区分块破除洞门混凝土的方法。人工破除洞门混凝土时一般分区分块进行,边破除混凝土边割除钢筋笼,并及时喷射纤维混凝土,做为临时堵头墙,保持连续墙外侧土体的稳定。洞门混凝土破除采用人工开凿的方法,不仅作业环境极其艰苦,同时由于墙体的开凿破坏、土体的暴露,易出现土体塌方,即危险性较大(特别是大深度情形下)。
4 NOMST工法介绍
4.1 NOMST工法概述
NOMST(Novel Material Shield—cuttable Tunnel—Wall System),即盾构直接掘削新型材料墙体的方式。把盾构机要穿过的挡土墙上的相应部位用NOMST材料(多指NOMST的型材或现浇)制作,从而可用通常的盾构机的切削刀具直接切削该NOMST,实现盾构机直接进、出洞的施工方法称之为NOMST工法。
本工程盾构始发破除洞门采用NOMST工法,即盾构直接掘削新型材料墙体的方式。始发竖井地下连续墙开洞处的钢筋笼全部采用玻璃纤维筋,混凝土采用以石灰石为粗骨料的细石混凝土,抗压强度为C20等级。盾构始发时利用盾构机刀盘直接切削连续墙一次性进洞。由于盾构直径较大(直径11.97m),侧土压力很大,而玻璃纤维筋与普通钢筋接头处抗拉强度较低(只有普通钢筋抗拉强度的10%),因此在始发端头区施做两排素混凝土桩以保证始发竖井开挖的安全性。
4.2 混凝土粗骨料选择
由于混凝土的可掘削性和强度完全取决于粗骨料和加强筋的性能(材质和尺寸)。对通常的以天然砂石为粗骨料的混凝土而言,其强度一般均大于40Mpa。这对通常的盾构刀具而言,直接掘削是不可能的,因此必须寻找新的可掘削性的粗骨料,但不能使混凝土的强度下降得过多。根据刀具磨损的实践经验,结合相关科研技术的调研,盾构开挖岩层,刀具磨损主要受岩石的化学成分石英含量的影响。盾构切削混凝土时的进刀量主要受混凝土的粗骨料的影响,因此选择与水泥化学成分类似的石灰石材料做骨料,石灰石压碎指标值明显偏底,同时该粗骨料混凝土结构性能单一,对增大进刀量及减小刀具磨损都很有利。因此从掘削性和价格方面考虑,应该说石灰石较为恰当。
4.3 加强筋选择
通常混凝土中的加强筋为钢筋,显然盾构的刀具是无法掘削钢筋,故必须寻求新的材料制作加强筋。使用新的加强筋时,应保证混凝土结构的刚性、抗压强度、粘接强度等物理特性。此外,新的加强筋还必须是盾构刀具容易将其掘断的材料。由试验比较发现,炭素纤维筋和玻璃纤维筋的强度和掘削性均较好,是一种两者兼顾的加强筋材。但由于碳素纤维筋的价格远高于玻璃纤维筋,因此本工程选择玻璃纤维筋替代洞口连续墙的普通钢筋。玻璃纤维筋的力学性能指标如下:
表1 玻璃纤维筋的力学性能
直径
(mm) 实际直径
(mm) 抗拉强度
(Mpa) 极限荷载
(kN) 弹性模量
(Gpa) Φ16 Φ1
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