1、大截面矩形地下通道施工技術的 研究和應用 軌道交通6號線浦電路車站3號出入口通道工程,概述 工程概況和特點 工程實施的關鍵技術 工程實施的效果 經濟與社會效益,一、工程概況和特點,工程名稱：上海軌道交通6號線浦電路車站3號出入口 工程地點：上海浦東新區(qū)東方路與浦電路交叉的十字路口南側 工程內容：包括一個始發(fā)井、接收井、地下通道和出入坡道。 通道坡度3% 最大埋深11.624m 最大覆土厚度為7.264m 掘進距離為42.7m 由28節(jié)預制鋼筋混凝土管節(jié)組成。,二、工程概況和特點,土層自上而下依次為：填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粘質粉土、淤泥質粘土、粘土、粉質粘土、粉質粘土、粉質粘土、砂質粉

2、土夾粉質粘土、粉砂、粉細砂。 通道洞身埋置于淤泥質粘質粉土、（夾）粉質粘土、淤泥質粘土這3層土之間。該土層滲透系數一般為610cm/sec左右，屬高含水量、高靈敏度、高壓縮性、低強度、弱滲透性的飽和軟粘性土，蠕變量大。,土層物理力學指標,地質情況：,二、工程概況和特點,通道沿線地下管線情況,二、工程概況及特點,TH625PMX-1土壓平衡式矩形隧道掘進機主要性能： 掘進機截面尺寸為4390mm6270mm，機頭長度為5480mm 主頂千斤頂總推力為3200T； 具有可靠的防水性能，適合于地表下15米內的地層施工； 前置刀盤采用獨立模塊單元設計，可按模塊分解組合； 具有防背土功能； 機身兩側配有

3、平衡翼，可防側轉； 機身上的鉸接裝置，除具有糾偏功能外，兼具中繼間的功能； 雙螺旋輸送出土，泵送渣土；,二、工程概況和特點, 雙螺旋輸送出土，泵送渣土 兩個螺旋輸送機取土，通過取土量和掘進速度來平衡正面土壓力。, 推進系統(tǒng) 主頂裝置采用16個千斤頂，單個千斤頂最大推力2000KN，行程2500mm，總推力32000KN。16個千斤頂兩側對稱布置，每個千斤頂具有獨立油路控制，掘進初始階段，可根據施工需要通過調整主頂裝置的合力中心來進行糾偏。 鉸接系統(tǒng)配有16個千斤頂，最大行程250mm，頂力為1500KN/只，工作油壓31.5Mpa，具有糾偏及中繼間雙用功能。,二、工程概況和特點,預制鋼筋混凝土

4、管節(jié)： 外包尺寸：6240mm4360mm 厚500mm 長1500 mm 單節(jié)管重約36噸 每節(jié)管節(jié)安有10個減摩漿注入孔,課題組在施工前期做了大量的技術準備工作，反復討論、研究方案的科學性、合理性、可行性。在此基礎上，還咨詢了各路專家，對施工方案進行論證、審查，保證了工程得以順利實施。,二、工程概況和特點,三、工程實施的關鍵技術,1、出洞技術,1) 洞口加固及掘進穿墻措施 根據現場環(huán)境，出洞口外土體采用SMW工法加固，三軸攪拌后插入H700型鋼，密插。工法樁加固寬度為兩個洞門寬，深度為洞門下3米。加固體與圍護體之間采用高壓旋噴加固，以起到洞門鑿除后擋土和止水的效果。洞門止水裝置采用簾布橡膠

5、板+可調節(jié)截面尺寸的鋼插板。,三、工程實施的關鍵技術,2) 出洞防磕頭措施 為克服掘進機出洞階段的磕頭趨勢，采用高出洞技術。 3）掘進機刀盤為前置式設計，無常規(guī)的密封土倉，且由于出洞加固采用SMW工法，出洞時，當前置刀盤進入簾布板后，需進行工法樁型鋼拔除，此時，極易發(fā)生刀盤前的土體坍塌，釀成后果。 應對的措施為： 刀盤進入簾布板前，先在6個刀盤的間隙內綁扎聚乙烯泡沫板，盡可能將刀盤間的空隙填滿。 刀盤進入簾布板，控制好推進距離，使刀盤與工法樁的型鋼保持最小的距離。 通過穿墻管向簾布板內壓注高稠度的惰性漿液，盡可能充填聚乙烯泡沫板間的空隙，此時，已建立起切口前的壓力。 拔除工法樁型鋼。,三、工程

6、實施的關鍵技術,由于掘進機的主推系統(tǒng)設置在井內，隨著掘進距離的延伸，主推力也逐漸增大，此時，須在機頭和管節(jié)與土層接觸面間壓注適量的減摩漿液。這樣做可有效地減小掘進推力和防止設備及管節(jié)背土造成的地表沉降，危及地下管線的安全。 減摩漿液的注入口分別為：掘進機尾部外均布18個；每節(jié)管節(jié)外周均布10個，實際使用9個（管節(jié)下部中間因需布置泵土管，該處注入口棄用）。 減摩漿液應控制好注入量和注入壓力。注入量的控制以能形成漿液套為準；注入壓力的控制以不劈裂土體為前提。 壓漿量一般控制在0.5m3 1.0m3/每節(jié)，可根據總推力的變化情況，在此范圍內調整。掘進時要根據具體情況，適時適量地全程補壓漿；壓力以不超

7、過0.5Mpa為準，工程證明該參數是合理、有效的。,漿液配比表,漿液指標表,2、減摩技術,三、工程實施的關鍵技術,為了保證注漿效果，在注漿施工中還采取了以下技術措施： 1) 對漿液原材料進行質量驗收；嚴格按配比拌制；要經常對拌好（特別是隔夜）的漿液進行測試，以確保減摩漿液的質量。 2) 制定合理的注漿工藝，嚴格按注漿操作規(guī)程進行，堅持“隨掘隨注、逐孔壓漿、全線補漿、漿量合理、壓力適度”的原則。,三、工程實施的關鍵技術,當掘進至規(guī)定行程、安裝管節(jié)前，需縮回主推千斤頂油缸。此時，由于正面土壓力的作用，掘進機及已安裝完的管節(jié)會產生一定量的后退。此情況，在初始掘進時表現尤為明顯。這樣會使管節(jié)間松弛，嚴

8、重的會造成切口前地表沉降，導致影響地面交通和危及管線安全，需采取合理有效的止退措施加以克服。 以切口土壓力0.14Mpa為例，切口前的正面反推力達到400T左右： P=pa（ab） =140 KN/m2（4.39 m6.27 m）=3989.5KN 式中 pa 切口壓力（KN/m2） a 掘進機截面高度（m） b 掘進機截面寬度（m） 因此，為防止掘進機在巨大的反推力作用下后退，施工時需采取止退措施。 抵抗掘進時正面反推力措施隨著施工深入、通道延伸可逐漸弱化?，F場控制以機頭后退小于5mm為臨界，即機頭后退小于5mm可撤消（或簡化）止退裝置。,3、止退技術,三、工程實施的關鍵技術,(1) 土壓力

9、 土壓力的設定以理論值系數來確定，并根據監(jiān)測數據反饋值來調整。 上述系數應取1.61.8，比盾構施工取值要大。它和不填充建筑空隙有關（理論上管節(jié)外有15mm的建筑空隙，減摩漿液沒有強度）。掘進時，切口前應略有隆起，機頭過后略有回落。 (2) 掘進速度 掘進速度是控制切口土壓力穩(wěn)定、正面出土量均勻的主要手段。在掘進時，不斷調整掘進速度，找出速度、正面土壓力與出土量三者的最佳匹配值，以保證掘進質量，確保設備以最佳狀態(tài)工作。 (3) 出土量 施工過程中，出土量要與開挖量相一致，以保持正面土壓力穩(wěn)定。出土量大于開挖量，地面會沉降，出土量小于開挖量，地面會隆起，這都會造成管節(jié)周圍土體的擾動，只有保證出土

10、量與開挖量相一致，才不至于造成周邊土層的過多擾動。 單個管節(jié)的理論出土量約41m，正常情況下出土量控制在理論出土量的98%左右。 (4) 頂管允許最大頂力 掘進時，千斤頂油壓會有波動，主推合力瞬間會達到2500T左右，為了防止損壞管節(jié)混凝土，在主頂泵站設備調試時，調整壓力閥以使系統(tǒng)的總推力控制在2000T以下，并鎖定壓力閥，避免施工中發(fā)生超出頂力的事件。,4、施工參數,三、工程實施的關鍵技術,軸線控制是矩形隧道掘進的一大難題。在施工時，軸線一旦形成較大的偏差，糾偏難度將增大，因此，施工中必須嚴格控制好施工軸線。掘進時，應控制好掘進機姿態(tài)，隨偏隨糾，做到勤糾、少（量）糾，一次糾偏量不宜過大，防止

11、濫糾，避免掘進機走“蛇”形。 一次糾偏量過大，會發(fā)生管節(jié)張角，造成管節(jié)滲漏，還會造成管節(jié)端面的混凝土破損。嚴重的會加劇地面沉降。 初始階段糾偏主要靠選擇后頂千斤頂位置和數量，改變主頂合力位置來實施。當管節(jié)拼裝有一定長度后，靠鉸接油缸實施。,5、軸線控制技術,三、工程實施的關鍵技術,主要技術措施： 1、信息化施工 2、改變刀盤轉動方向 3、合理使用平衡翼 4、調整漿液注入位置 當克服（或校正）側轉采用上述第2、第3措施無效時，采用第4措施，效果十分明顯。 工程中，掘進近第10環(huán)時，逆時針側轉一直無法及時糾正，雖然采取了改變刀盤切削方向和使用了平衡翼，側轉仍有增大趨勢，此情況下，就是采用改變注漿總

12、管位置，從而解決問題的。,6、防側轉技術,三、工程實施的關鍵技術,掘進時，周圍土體的擾動和地層損失，會造成一定量的地面沉降，主要原因有： 1) 在掘進過程中，如果切口水土壓力不平衡，會造成超（欠）挖，導致地面沉降，從而損壞地下管線； 2) 掘進時，糾偏造成的對地層過量擾動，也會加劇地面沉降，從而損壞地下管線； 3) 地面附加荷載也會導致地面沉降。當掘進沿線兩側地面附加荷載（例建筑物等）不一致時，會影響掘進土壓力取定，造成局部范圍的超（欠）挖，從而造成地面沉降，并損壞地下管線。 因此，加強掘進施工時正面土壓力的管理、適時適度地糾偏和信息化施工，及時調整、優(yōu)化施工參數，精心組織、精心施工是控制地面

13、沉降的關鍵。 施工中地面沉降的主要控制手段為刀盤正面土壓力管理，即利用切口正面土壓力，達到對掘進機正前方開挖面土體支護的目的，從而控制好地面沉降。土壓力的設定是掘進施工的關鍵。 控制地面不均勻沉降的預防措施有： 1) 根據地質資料，預先對穿越的地層進行充分分析，了解地層的物理及力學特性； 2) 控制掘進速度，均衡、不間斷施工； 3) 加強對周邊環(huán)境的事先、事中的了解和監(jiān)測。,7、地面沉降控制技術,三、工程實施的關鍵技術,為防止通道成型后管節(jié)接頭松弛，避免接縫間滲漏水，現場采用L12012014的型鋼連接相鄰管節(jié)。其中，首五節(jié)全斷面連接，后續(xù)管節(jié)連接點相應減少。管節(jié)連接后，對掘進機機的軸線控制也

14、有益處。,8、管節(jié)連接技術,三、工程實施的關鍵技術,掘進機施工客觀上存在建筑空隙，施工階段該間隙是由減摩漿液來充填的，對控制地面的后期沉降極其不利。為了消除該弊端，應在掘進結束后，對管節(jié)外建筑空隙內的減摩漿液進行置換。置換漿可選用單液漿（水泥+粉煤灰）或雙液漿（水泥、粉煤灰+水玻璃）。 單液漿用于后期沉降速率小或沉降不明顯的區(qū)段；雙液漿用于后期沉降速率大或沉降明顯的區(qū)段。 施工證明，沉降量大的區(qū)段，如采用超量的雙液漿置換，可使地表略有反彈。 漿液水灰比一般取0.55；水玻璃摻量根據所需的漿液凝固時間確定。,9、漿液置換技術,四、工程實施的效果,1、軸線高程偏差,四、工程實施的效果,2、軸線平面偏差,四、工程實施的效果,從圖中的實際偏差統(tǒng)計可以直到，側轉值從初始的+4.5開始，逐漸變化至最高點+37.1，最終的偏差值為+22.5，數值顯示全部為左低右高，最大偏轉角度為0.40。,3、側轉,四、工程實施的效果,