7盾构小半径曲线掘进工艺作业指南Word下载.docx
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在小半径曲线隧道中盾构机每推进一环,由于推进油缸与管片受力面不垂直,在油缸的推力作用下产生一个水平分力,使管片拖出盾尾后,受到侧向分力(见图1.5.2),该分力会使管片产生一定的位移。
图1.5.2小曲线段管片受盾构机推力分解示意图
根据管片位移量和盾构机推力关系公式:
其中:
—小曲线掘进可能带来的管片位移量
—变形系数
T—盾构机推力的反作用力
R—转弯半径
由上式得知:
当盾构机的推力越大时管片侧向位移也越大。
当掘进的转弯半径越小时管片侧向位移也越大。
因此为了减小在小曲线段施工引起的管片侧向移位,掘进过程中必须减小盾构机推力,掘进采用“气压辅助法”代替土压平衡掘进,尽量降低土仓土位,减少反力。
1.5.3.铰接形程差设定
(1)铰接形程差计算
根据设计曲线半径及盾构直径、盾体长度计算前盾与中盾之间的夹角,设定盾构机铰接形程差。
使得盾构机的前盾与中尾盾夹角与曲线夹角吻合,如图1.5.3所示。
图1.5.3小半径曲线段主动铰接夹角示意图
根据图1.5.3可知,前盾和中盾夹角B等于曲线夹角A,而曲线夹角A计算公式为:
式中:
L1—前盾及刀盘长度4818mm
L2—中盾及尾盾长度8572mm
R—设计转弯半径600m
通过计算得出夹角A=B=0.64°
,铰接油缸安装位置的直径为8m,可以计算出左右铰接油缸行程差为89.36mm,取90mm。
(2)铰接形程调整
设定铰接油缸行程差时,按照右区大于左区,底区大于顶区的原则设定,一般情况下,将右区和右下区的铰接伸长量设定为同一个值且最大,左区最短,左下区大于顶区和左区,使盾构机前盾朝着左上方的趋势行走。
1.5.4.盾构掘进参数设定
盾构掘进参数的设定和方法见表1.5.4所示;
表1.5.4小半径曲线段掘进控制参数
序号
项目
单位
控制数值
备注
1
掘进速度
mm/min
20~30
根据地层相应调整,较正常掘进速度小
2
总推力
T
2000~3000
根据地层相应调整
参考盾构掘进控制工艺中的推进设定
3
推进油缸行程差
mm
0~90
4
推进油缸压力
bar
45~300
根据盾构机性能参数确定
5
推进油缸压力差
50~200
6
铰接压力
≤300
7
铰接行程差
80~95
8
刀盘转速
r/min
1.5~1.6
较正常掘进时刀盘转速小,多选择反转
9
水平姿态
-20~-30
左转弯,右转弯为20~30
10
垂直姿态
0~20
11
盾尾间隙
20~75
根据盾构机参数确定,曲线内侧较小
最小间隙不少于20mm
渣土改良剂和出渣量控制方法详见盾构机掘进控制工艺。
1.5.5.其他辅助工序
(1)轴线预偏量设置
在盾构机进入小半径曲线隧道缓圆点之前,将盾构机姿态设置预偏量﹣30~﹣40mm(左转弯,右转弯预偏30~40mm)。
如图1.5.5-1所示,
图1.5.5-1盾构机姿态预偏量设置
(2)管片壁后注浆调整
左转弯时,同步注浆尽量采取单边(右侧)注浆,注浆流量和掘进速度相配合。
掘进中,采用二次注浆对管片进行加固,当管片拖出盾尾5环时,立即实施二次注浆;
并环环注浆,注浆点位选择在右侧,即3点位和1点位交替注浆;
同时每隔5环(可根据地层含水率,及时调整),制作一个止水环。
注浆工艺详见同步注浆及二次注浆施工工艺
1.5.6.掘进
完成铰接形程差调整和盾构预偏量调整后,按照设定的掘进参数掘进,若发现盾构姿态难以控制,及时调整掘进参数。
同时注意以下事项:
(1)掘进过程中,尽量拉长右侧铰接油缸的行程,扩大左右两侧铰接油缸行程差,并始终保持铰接左右行程差不小于90mm。
(2)在盾构机进入R600小曲线半径前,保持盾构机水平姿态在-30至+20之间,当盾构机姿态超过-10时,及时加大铰接行程差,同时调整推进油缸左右区油压差,将盾构机姿态调整至-20。
(3)每推进500mm,采用拼装模式伸缩一次推进油缸,以释放盾尾和管片及围岩之间的挤压力,每收缩1个油缸,待伸出顶紧管片以后,再收缩下一个油缸。
(4)出现盾构机水平姿态超过30mm,掘进过程中姿态难以控制时,为了增加纠偏能力,提高纠偏功效,必要时可屏蔽左侧1至3根油缸;
屏蔽左侧油缸时,封顶块对应的油缸禁止屏蔽,且同一块管片中间径向螺栓孔对应的油缸禁止屏蔽。
1.5.7.拼装点位选择
管片拼装点位选择的原理详见管片选型及拼装施工工艺。
在小半径曲线施工中,管片点位选择时,应该计算满足对应曲线段需要的楔形量大小,确定可满足该楔形量的拼装点位。
于外径8500mm,环宽1600mm.,设计楔形量46mm,R600m曲线段施工为例计算需要的管片楔形量和拼装点位。
(1)R600m曲线楔形量计算
根据公式:
C=WD/R
C—楔形量
W—管片环宽1600mm
D—管片外径8500mm
R—曲线半径600m
通过计算得出,在曲线半径为600m条件下,对管片楔形量的要求为:
C=22.67mm。
(2)管片拼装点位角度计算
P=46COS(α)
P—楔形量(左转向为负,右转向为正)
α—直径线所在的角度
46—管片楔形量
图1.5.7管片环设计图
公式说明:
α的确定方式是:
以设计图(图1.5.7)中B2-B3的结合面I-I为0°
,逆时针旋转。
公式中的P值正负是有意义的,对应着管片环的转向趋势(左转向为负,右转向为正)。
整环管片设计19个环向螺栓孔,F块管片拼装点位也就只能选择这19点位,根据公式可以计算出这19个拼装点位对应的楔形量,如表1.5.7所示:
拼装点位油缸号
旋转角度(度)
水平偏向
单环楔形量
1#
360
右偏
2#
341.0532
14.9357
3#
322.1058
28.2534
4#
303.1584
38.5094
5#
284.2110
44.5923
6#
265.2636
45.8429
7#
246.3162
42.1257
8#
227.3688
33.8435
9#
208.4214
21.8938
10#
189.4740
7.5716
11#
170.5266
左偏
-7.5711
12
12#
151.5792
-21.8934
13
13#
132.6318
-33.8432
14
14#
113.6844
-42.1255
15
15#
94.7370
-45.8429
16
16#
75.7896
-44.5924
17
17#
56.8422
-38.5097
18
18#
37.8948
-28.2538
19
19#
18.9474
-14.9362
1.6.注意事项
1.6.1.管片拼装注意事项
(1)做好管片点位的选择管片姿态与盾构机、盾尾姿态相符,保证盾尾间隙>
55mm。
(2)由于曲线外侧的油缸推力大,满足盾构机转弯的同时减少左右油缸压力差,一般左右油缸压力差<
100bar。
(3)控制好铰接油缸确保盾构机与地层、盾尾与管片姿态相符,铰接压力<
150bar、铰接油缸行程差<
100mm。
(4)管片螺栓严格执行三次复紧,确保管片连接紧密。
(5)加强施工人员教育培训、提高管片拼装质量,避免因拼装不到位产生的错台。
1.6.2.管片渗漏水
(1)每环拼装前做好止水条的检查、冲洗,确保粘贴质量合格。
(2)减少错台、拧紧螺栓,确保止水胶条对接紧密,达到良好的止水效果。
(3)严格控制盾构机的姿态,确保盾尾间隙均匀,避免盾尾挤裂管片,使裂缝绕过止水条形成漏水。
(4)如有渗漏水出现及时采用二次注浆封堵处理。
1.7.质量控制标准
(1)地铁成型隧道轴线水平和高程偏差控制在±
50mm以内;
(2)地铁隧道衬砌环管片椭圆度控制在±
5‰;
衬砌环管片环内错台控制在5mm以内;
衬砌环管片环间错台控制在6mm以内。
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