2021年一級建造師考試市政工程考點5：盾構施工階段劃分及始發(fā)與接收施工技術
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2021年一級建造師考試市政工程考點5：盾構施工階段劃分及始發(fā)與接收施工技術
一、盾構施工階段劃分
盾構施工一般分為始發(fā)、正常掘進和接收三個階段。
始發(fā)是指盾構自始發(fā)工作井內盾構基座上開始掘進，到完成初始掘進(通常50～100m)止。
始發(fā)結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，以便后續(xù)正常掘進。
接收是指自掘進距接收工作井100m到盾構到達接收工作井內接收基座上止。
從施工安全的角度講，始發(fā)與接收是盾構法施工兩個重要階段。為保證盾構始發(fā)與接收施工安全，洞口土體加固施工必須滿足設計要求。
二、洞口土體加固技術
盾構法隧道施工中，洞門土體加固是盾構始發(fā)、到達技術的一個重要組成部分，洞門土體也是盾構始發(fā)、到達事故多發(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)盾構從始發(fā)工作井進入地層前，首先應拆除始發(fā)工作井洞門處的圍護結構，以便將盾構推入土層開始掘進;盾構到達接收工作井前，亦應先拆除洞門處工作井的圍護結構，以便盾構進入接收工作井。
(2)由于拆除洞口圍護結構后，在坑外水土壓力作用下，會導致洞口土體失穩(wěn)和地下水涌入工作井，且盾構在始發(fā)掘進的一段距離內或到達接收洞口前的一段距離內難以建立起土壓(土壓平衡盾構)或泥水壓(泥水平衡盾構)以平衡開挖面的土壓和水壓。因此，拆除洞口圍護結構前必須對洞口土體進行加固，通常在工作井施工過程中實施。
(3)拆除洞口圍護結構及盾構掘進通過加固區(qū)域時，防止地層變形，進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，在此基礎上，還要考慮經濟性要求。這主要由加固范圍、加固方法等的選擇來決定。
對于地鐵盾構隧道，始發(fā)與到達端地層加固范圍一般為隧道襯砌輪廓線外左右兩側各3.0m、頂板以上3.0m、底板以下3.0m，并根據(jù)盾構直徑增大而增大。加固長度根據(jù)土質而定，富水地層加固長度必須大于盾構本體長度2m及以上(刀盤+盾殼)。
(2)常用的加固有化學注漿法、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與水平凍結相結合的方式)，具體見圖 1K413033-1。近期，在工作井圍護采用盾構直接切削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用。
(3)凍結法有造價高、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，用旋噴法進行補充加固。
(三)洞口土體加固的風險防控和處理
(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，造成始發(fā)時水土流失。在盾構掘進至到達工作井時，一種常見的風險事故是洞門處位于承壓水地層時，由于加固體長度過短，水土沿著盾構外側涌入到達工作井。
(2)洞口土體加固的效果不好是始發(fā)過程中經常遇到的施工問題。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行封閉。如果土體坍塌失穩(wěn)情況嚴重時，只有封閉洞門重新加固。
(4)加固后地層應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，應進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、盾構始發(fā)施工技術要點
(一)盾構始發(fā)施工流程
盾構始發(fā)是盾構施工的關鍵環(huán)節(jié)之一，其主要內容包括：始發(fā)前工作井端頭的地層加固、安裝盾構始發(fā)基座、盾構組裝及試運轉、安裝反力架、鑿除洞門臨時墻和圍護結構、安裝洞門密封、盾構姿態(tài)復核、拼裝負環(huán)管片、盾構貫入作業(yè)面建立土壓(針對土壓平衡盾構施工)和試掘進等。
(二)初始掘進長度的確定
決定初始掘進長度的因素有兩個：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)掘進施工要點
(1)盾構前如需破除洞門，應在條件驗收后進行。
(2)始發(fā)前，應對洞口土體加固進行質量檢查，合格后方可始發(fā)掘進;應制定洞門圍護結構破除方案，并應采取密封措施保證始發(fā)安全。
(3)始發(fā)前，反力架應進行安全驗算。
(4)始發(fā)時，應對盾構姿態(tài)進行復核。
(5)當負環(huán)管片定位時，管片環(huán)面應與隧道軸線相適應。拆除前，應驗算成型隧道管片與地層間的摩擦力，并應滿足盾構掘進反力的要求。
(6)當分體始發(fā)時，應保護盾構的各種管線，及時跟進后配套設備，并應確定管片拼裝、壁后注漿、出土和材料運輸?shù)茸鳂I(yè)方式。
(7)盾尾密封刷進入洞門結構后，應進行洞門圈間隙的封堵和填充注漿。注漿完成后方可掘進。
(8)初始掘進過程中應控制盾構姿態(tài)和推力，加強監(jiān)測，并應根據(jù)監(jiān)測結果調整掘進參數(shù)。
四、盾構接收施工技術要點
(一)盾構接收施工流程
盾構接收一般按下列程序進行：洞門鑿除→接收基座的安裝與固定→洞門密封安裝→到達段掘進→盾構接收。
接收設施包括盾構接收基座(也稱接收架)、洞門密封裝置。接收架一般采用盾構始發(fā)架。
(二)盾構接收施工的主要內容
(1)接收井洞口土體加固。
(2)在盾構貫通之前100m、50m處分兩次對盾構姿態(tài)進行人工復核測量。
(3)接收洞門位置及輪廓復核測量。
(4)根據(jù)前兩項復測結果確定盾構姿態(tài)控制方案并進行盾構姿態(tài)調整。
(5)盾構接收架準備。
(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)盾構接收架就位、加固。
(10)洞門防水裝置安裝及盾構推出隧道。
(11)洞門注漿堵水處理。
(12)制作連接橋支撐小車、分離盾構主機和后配套機械結構連接件。
(三)接收施工要點
(1)盾構接收可分為常規(guī)接收、鋼套筒接收和水(土)中接收。
(2)盾構接收前，應對洞口段土體進行質量檢查，合格后方可接收掘進。
(3)當盾構到達接收工作井100m時，應對盾構姿態(tài)進行測量和調整。
(4)當盾構到達接收工作井10m內，應控制掘進速度和土倉壓力等。
(5)當盾構到達接收工作井時，應使管片環(huán)縫擠壓密實，確保密封防水效果。
(6)盾構主機進入接收工作井后，應及時密封管片環(huán)與洞門間隙。
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