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盾構墊片選型和安裝

作者:kefu     發表時間:2018-01-11 13:56:40

在盾構法施工中,管片的選型和安裝好壞直接影響著隧道的質量和使用壽命。本文根據廣州地鐵三號線客~大區間的實際施工情況,就盾構墊片選型和安裝技術做總結分析。
一、工程概況
客~大盾構區間分為兩條平行的分離式單線圓形盾構隧道,總長度為3016.933米,管片與安裝2011環。管片外徑6000mm,內徑5400mm,寬度1500mm,防滲等級S10,砼C50。依據配筋將管片分為A、B、C三類,C類配筋**、B類配筋****;管片的楔形量38mm,分左轉、右轉、標準三類。
二、管片的特征
        1、 管片的拼裝點位
本區間的管片拼裝分10個點位,和鐘表的點位相近,分別是1、2、3、4、5、7、8、9、10、11。
管片劃分點位的依據有兩個:管片的分塊形式和螺栓孔的布置。拼環時點位盡量要求ABA(1點、11點)形式。在廣州盾構隧道管片要求錯縫拼裝,相鄰兩環管片不能通縫。管片拼裝點位有很強的規律,管片的點位可劃分為兩類,一類為1點、3點、5點、8點、10點;二類為11點、2點、4點、7點、9點。同一類管片不能相連,例如1點后不能跟3、5、8、10這四個點位,只能跟11、2、4、7、9五個點位。在成型隧道里兩聯絡通道之間的奇數管片是同一類,偶數管片是同一類。
2、隧道管片排序
鑒于管片拼裝的規律性,所以盾構施工前**對隧道管片做好排序,并根據設計,模擬出聯絡通道和泵房位置,管片拼到聯絡通道處時,點位要正好和設計點位符合,否則聯絡通道位置會被改變。在本工程中,是從左線始發,第325、326環處是聯絡通道,此處拼裝點位是11點,將標準塊A3塊拼到洞門位置。盾構始發時的負環是6環,1環零環。從負環到325環共332環,第325環是11點,相當于第332環是11點,那么負環**環點位應該是1點,或3點、5點、8點、10點。
管片排序時,要優化洞門的長度,在廣州洞門長度要求在400mm以上,一環管片的長度是1500mm,在條件允許的條件下,通過調整始發負環的位置,把每節隧道兩端的洞門長度之和控制在1500mm以內,當隧道長度除以管片長度的余數大于兩倍*小洞門寬度800mm(各地洞門的*小寬度要求不同)時,就取余數的一半為洞門長度。例如本工程有一段盾構隧道長609.86m,609.86m除以1.5(m/環)是406環余860mm,那洞門長度應取430mm。那么盾構始發時,零環深入隧道的長度應控制到430mm。
3、墊片楔形量計算
1)楔型管片分為前楔型,后楔型、等腰梯形型??痛髤^間用的管片為后楔形,后楔型和等腰梯形型容易控制管片方向,糾偏比較靈活,前楔形一般不可取。
如上圖所示,在楔形量相同的情況下,后楔形管片糾偏的能力*強,前楔形管片糾偏能力*差。
2) 管片楔形量的確定
隧道在曲線上,外邊長大于內邊長,以及盾構機姿態始終蛇行前進,所以要求管片在隧道里拼裝時,可以靈活的調整走向,即需要管片設計楔形量。
確定管片楔形量的因素有三個,1、線路的曲線半徑;2、管片寬度;3、標準環數與楔形環數之比∪值(∪值一般不小于1);4、楔形量管模的使用地域。廣州三號線管片楔型量36mm。
本區間的曲線半徑為1000m,∪=3(經驗值),環寬1.5。楔形量計算如下:
4、管片選型錯誤引起的后果分析
1)除過起填充作用的背后漿液外,管片是隧道****襯砌、受力體系。所以管片的正確選型非常重要,如管片選型錯誤時,會引起隧道滲水、管片開裂、管片錯臺。如圖所示,由于選型錯誤,盾尾間隙小過45mm(海瑞克盾構機),管片和盾殼切在一起,管片的外棱和邊角會被盾殼剮裂,導致管片止水條部位的混凝土開裂掉塊,管片拼起來后,止水條部位就會形成漏水通道,造成隧道漏水。
2)、導致油缸行程差過大,油缸作用在管片上的力不均勻,盾構機無法糾偏,管片會受到集中應力,容易把管片推裂。
3)、不符合盾構機的姿態、線路走向、以及上一環的管片姿態時,新管片和上一環管片無法緊密接觸,在盾構機的推力作用下,管片容易形成錯臺。
4)、盾構掘進往往有盾尾漏漿現象,當尾刷里進漿液時,在加大油脂注入量的同時,盾尾間隙一定要調整均勻。否則進入尾刷的漿液一旦凝固之后,就取不出來,這樣以來,易損傷盾尾,損傷盾尾后更易造成漏漿,漏漿后又造成尾刷破損,形成惡性循環。如下圖所示,由于漿液進入尾刷根部,凝結后形成硬塊,是尾刷變形范圍減小,當盾尾間隙調整不合適時,造成尾刷磨損、管片刮裂、管片錯臺。
三、墊片選型
1、墊片選型的影響因素
1.1、盾構機的盾尾間隙的影響
盾尾與管片之間的間隙叫盾尾間隙。
如果盾尾間隙過小,則盾構機在掘進過程中盾尾將會與管片發生摩擦,增加盾構機向前的阻力和造成管片壓壞引起隧道滲漏水,同時盾尾密封效果減弱造成盾尾漏漿。
1.2、推力油缸行程和鉸接油缸行程差對管片的選型的影響。
盾構機是依靠推力油缸頂推在管片上產生的反力向前掘進的,推力油缸按上、下、左、右四個方向分成四組,每一個掘進循環這四組油缸的行程的差值反應了盾構機與管片的平面位置之間的空間關系,可以看出下一個掘進循環盾尾間隙的變化趨勢。當管片平面不垂直于盾構機軸線時,各組推進油缸的行程就會有差異,當這個差值過大時,推進油缸的推力就會在管片環的徑向產生較大的分力,從而影響已拼裝好的隧道管片以及掘進姿態。通常我們以各組油缸行程的差值的大小來判斷是否應該拼裝轉彎環,在兩個相反的方向上的行程差值超過40mm時,就應該拼裝轉彎環來進行糾編。通過轉彎環的調整左右與上下的油缸行程差值就控制在30mm以內,有利于盾構掘進及保護管片不受破壞。
鉸接油缸可以被動收放,有利于曲線段的掘進及盾構機的糾偏。同樣鉸接油缸的行程差也影響管片的選型。這時應將上下或左右的推進油缸行程差值減去上下或左右的鉸接油缸行程差值,**的結果作為管片選型的依據。
2、管片選型原則
管片選型的原則有三個:①、管片選型要適合隧道設計線路;②、管片選型要適應盾構機的姿態;③、根據現有的管模數量和類型,及能力。
**:管片選型要適合隧道設計線路:
1、 根據隧道的埋深和地質狀況,管片分為A、B、C三類。
2、根據隧道中線的平曲線和豎曲線的走向,管片分為標準環、左轉彎、右轉彎三類。直線上選標準環,左轉曲線上選左轉環,右轉曲線上選右轉環。其中轉彎環數量的計算公式如下:
第三、根據現有的管模數量和類型及能力
現有管模四套,兩套標準環管模,一套左轉環管模,一套右轉環管模,每套管模每天能兩環管片。為了滿足每天掘進8~9環的進度要求,用轉彎環代替標準環,例如用一套左轉環和一套右轉環來代替兩個標準環。
3、VMT系統選管片
根據VMT系統程序中對各種相關因素的預先設定,程序會給所有后續管片進行評估,其中不利因素*少的一環會被選中。程序會沿已經計算好的糾偏曲線進行下一次模擬計算,預測**環管片選型,即程序把預測的上一管環作為參考管環,進行下一管環順序的計算。
以下為VMT系統程序管片選擇步驟:
在一環掘進當中,主千頂的行程達到1700mm左右時,手動測量上一環管環的盾尾間隙。當掘進結束,推進油缸未收縮前,按相應格式把測的盾尾間隙輸入程序,VMT系統就開始計算管片拼裝點位。當計算結果出來后,接著操作人員應當檢查上一環管片選型是否正確。如果其前面的操作無誤,則此類管片應當是正確的。
VMT系統會計算的結果顯示在屏幕的中央。如果對建議的管環滿意,則可選擇按鍵“Build”,進行管片拼裝。
如果對建議的管環類型不滿意,或現有管片的類型限制,則可對其進行更換。首先選擇屏幕中央要被替換的管環,接著從右欄中選定希望用的管片類型。利用屏幕上的箭頭執行替換操作。
如果一個管環是通過這種方式手動改變的,則管環類型型號碼的兩邊就會有“**”標識。此時就會對糾偏曲線進行重新計算。如果管片類型選擇錯誤,后續管片就呈現紅色警告。
四、盾構管片安裝
1、拼裝機械設備;
管片安裝器整體外形為一圓環狀,套裝在2個安裝器行走懸伸臂上,主要用于管片的拼裝襯砌。其安裝頭具有6個自由度,包括隨安裝器的前后移動、旋轉運動、伸舉運動和繞管片自身的三軸旋轉運動,管片安裝手通過操作控制臺能夠精密控制管片的動作和定位。
管片安裝器由液壓驅動,安裝器旋轉的旋轉角度在±200°范圍。
2、管片的堆放運輸;
1)、管片出廠前逐片進行尺寸、外觀的檢測,不合格者不允許出廠。外觀的檢測內容有: 管片表面光潔平整,無蜂窩、露筋,無裂痕、缺角,無汽、水泡,無水泥漿等雜物;灌漿孔螺栓套管完整,安裝位置正確。輕微的缺陷進行修飾,止水帶附近不允許有缺陷。
2)、達到齡期并檢驗合格的管片有計劃的由平板車運到施工現場,管片運輸時之間用墊木墊實,以免使管片產生有害裂紋,或棱線部分被碰壞。
3)、管片到達現場后由龍門吊卸到專門的管片堆放區。管片堆放區應選擇適當,以免因其自重造成場所不均勻沉降和墊木變形而產生異常的應力和破裂。在卸之前對管片進行逐一的外觀檢測,不符合要求(裂縫、破損、無標志等)的管片立即退回。管片吊放到兩節拖車上,之間用10cm×10cm方木墊隔,拖卡上也預先安放了方木墊塊以方便管片堆放。
標準管片和左、右轉彎管片分開堆放,以方便吊運和存量統計。管片貼密封墊后,經專人檢查合格(位置、型號、粘結牢固性等)才可吊下隧道使用。儲存時,**注意,不能讓油類、泥等異物污損管片,混凝土管片的接頭配件確保不發生腐蝕。
4)、管片下井采用龍門吊進行。洞內運輸采用電瓶車牽引管片車運輸。管片車上的管片堆放有序,堆放次序是依據下一環的管片安裝順序,示意圖如下。
5)、管片運到盾構機附近后,由專門設備卸到靠近安放位置的平臺上,再送到管片安裝器工作范圍內,并被從下到上依次安裝到相應位置上。當**一塊插入塊安裝緊固后,一環管片即安裝完畢,可以進行下一環的掘進。
3、管片的安裝
管片在安裝前仍要進行一次檢查,再確認管片種類正確、質量完好無缺和密封墊黏結無脫落,管片的吊裝孔預埋位置正確,逆止閥、封堵蓋完好無損,以及其它主要預埋件和混凝土的握裹牢固,管片接頭使用的螺栓、螺母、墊圈、螺栓防水用密封墊等附件準備齊全后,才允許安裝。每環管片安裝結束后要及時擰緊各個方向的螺栓,且在該環脫出盾尾后再次擰緊。
對掘進過程中出現的管片裂縫和其它破損,要及時觀察記錄并提醒盾構機操作手注意,并要選擇合適時間對管片進行修補。
管片安裝是盾構法施工的重要環節,其安裝質量的好壞不僅直接關系到成洞的質量,而且對盾構機能否繼續順利推進有著直接的影響。
1)安裝順序
管片安裝采取自下而上的原則,由下部開始,先裝底部標準塊(或鄰接塊),再對稱安裝標準塊和鄰接塊,**安裝封頂塊,封頂塊安裝時,先徑向搭接2/3,徑向推上,然后縱向插入。
拼好的一環管片從盾尾脫出時,受到自重和壓力的作用產生變形,當變形量過大,既成環和拼裝環高低不平,影響到安裝縱向螺栓時,用真圓保持器對管片進行臨時整圓。
2)拼裝工藝
見“圖管片安裝工藝流程圖”
管片在防水處理前**對管片進行清理,然后再進行密封的粘貼。
安裝過程中徹底清除盾殼安裝部位的垃圾和積水,同時**注意管片的定位**,尤其**環要做到居中安放。
用管片拼裝機將管片吊起,沿吊機梁移動到盾尾位置。
安裝時千斤頂交替收回,即安裝那段管片收回那段相對應的千斤頂,其余千斤頂仍頂緊。
管片安裝把握好管片環面的平整度,環面的超前量以及橢圓度,還有用水平尺將**塊管片與上一環管片**找平。
**塊管片與上一環管片和**環管片大致對準后,先縱向壓緊環向止水條,再環向壓緊縱向止水條,并微調對準螺栓孔。
邊拼裝管片邊擰緊縱、環向聯接螺栓。
在整環管片脫出盾尾后,再次按規定扭矩擰緊全部聯接螺栓。
3)特殊地段的管片安裝
(1)曲線段管片安裝
平面曲線采用左轉彎、右轉彎襯砌環進行調整,豎曲線用低壓石棉墊片調整,蛇形修正用橡膠墊片調整。施工中注意標準管片和左右轉彎管片的銜接,拼裝工藝與標準管片相同.
(2)區間內聯絡通道位置處的管片安裝
區間隧道的聯絡通道與正線隧道相接處采用特殊片,以通縫形式拼裝。此時管片仍為封閉的,并在洞門周邊設置一圈封閉鋼梁,構成一堅固的封閉框架,在聯絡通道施工前,先拆除通道部位的特殊片,將洞口荷載完全傳到框架上,再向里施工。此段管片安裝時由于管片分塊較多,因而注意標準管片和楔形管片的銜接,拼裝工藝與標準管片相同。  
(3)盾構始發管環拼裝
需要工具:水平尺,鋼板(2mm、4mm、5mm),銅皮(0.5mm、1mm),短螺栓,棘輪扳手、電焊機。
首先要計算清楚始發部位的線路坡度,把**環位置定準。拼裝**環時,要注意防護尾刷,拼環前先在尾刷和油脂腔上涂滿油脂,如果盾構機是**次始發,尾刷比較柔軟,容易壓彎,拼環時管片就可以直接壓上去,管片靠緊尾刷時,管片只能后退,不能前進,否則尾刷的鋼壓板將被破壞。
若盾構機是過站始發,尾刷沒有擁有很好的清理維護,彈性比較差,不易壓彎,管片不能直接向上壓,在盾尾沒有尾刷的部位把管片先定好位(在盾殼上鋪墊1m長、70mm的木條來協助拼裝機定位),盾尾間隙調整到接近理論尺寸(75mm)時,用油缸配合拼裝機把管片緩緩推倒尾刷部位。
盾尾油脂是易燃產品,在燒焊反力架和鋼管片時,小心引燃油脂。盾尾要預備滅火器。
(4)半環拼裝
在盾構始發和過站過程中,為了以后拆管片方便,或者出土下料,需要拼裝半環。本工程中半環管片設4個橫撐,對應4個管片螺栓位置。
需要工具:電焊機、加工好的橫撐、倒鏈、短螺栓、割槍。
本區間所拼半環的上部用兩個200工字鋼并焊做橫撐,橫撐端頭加一塊20mm厚400mm×400mm的鋼板。架設鋼支撐前,先把橫撐端頭鋼板用短螺栓固定在管片上。再把兩個并焊的工字鋼提升到設計位置,把橫撐端頭鋼板和橫撐端頭快速的焊在一起,接著點動相應的推力油缸,給橫撐加力。
4)通過管片拼裝消除管片旋轉
管片的旋轉,雖然不作為隧道質量驗收項目,但管片旋轉過多時,會引起油缸靴子對管片縱縫接觸面不對撐,容易破壞管片。管片拼裝順序堅持從下到上的原則,避免長期順時針或逆時針拼裝,否則會引起管片旋轉。如果管片出現旋轉,拼管片時要有意識的反轉,一環轉2mm,很快就把管片旋轉回原位。在本工程中,右線掘到150環處,管片逆時針旋轉了120mm,采用環環順時針反轉2mm,到250環時,管片旋回設計位置。
4、選型和拼裝引起管片開裂原因分析及預防措施
1)開裂原因
因選型和拼裝引起管片開裂主要原因是拼裝不平整和選型錯誤。當管片拼裝不平整或選型錯誤時,油缸靴子與管片端面、管片與管片之間接觸面不平整、或著使管片切在盾殼上,形成集中應力,易使管片開裂。示意圖如下:
2)預防措施
①管片選型時,人選和機選相結合,以免出現錯誤,通過調整點位后也不能滿足楔形量的管片,運出隧道替換。
②注意管片拼裝平整,每一環的**塊,需要與上以還找順。
③拼裝管片前,清理盾殼泥砂,清洗環面雜物。
5、隧道管片修補
對已安裝好的管片出現的破損處和超過一定寬度的裂縫及所有滲水裂縫,都將進行修補處理。具體辦法為選用高標號的環氧水泥砂漿回填修補,并壓實抹光,做到既能保證強度和防水效果,又能保證美觀。
隧道的修補采用可移動的工作平臺。
五、管片拼裝質量控制
(1)成環環面控制:環面不平整度應小于10mm。相鄰環高差控制在10mm以內。
(2)安裝成環后,在縱向螺栓擰緊前,進行襯砌環橢圓度測量。當橢圓度測量,當橢圓度大于20mm時,應做調整。
管片拼裝允許誤差見表
六、管片安裝中的注意事項
1、每一環推進長度**達到大于環寬300mm(1800mm)以上方可拼裝管片,以防損壞K塊止水條。
2、管片吊裝頭**擰緊,為避免管片旋轉過程中安裝頭單獨承受管片重量,應將四條壓板均勻地接觸管片,避免管片拼裝過程中螺栓頭被拔出。
3、管片拼裝過程中,**塊管片的位置尤為重要,它決定了本環其他管片的位置及拼縫的寬窄。管片高于相鄰塊,將會導致K塊的位置不夠;低于相鄰塊,縱縫過大,防水性降低。同時,**塊應平整,防止形成喇叭口。
4、當拼裝第五塊(B或C)時,應用尺子量K塊空位的寬度,并調整第五塊,保證48±1cm或95±1cm。
5、管片拼裝應滿足規范規定的偏差:高程和平面不侵限;每環相鄰管片平整度10mm;縱向相鄰環環面平整度10mm;襯砌環直徑橢圓度5‰。
6、擰緊螺栓應確保螺栓緊固,緊固力矩要達到設計要求300N.m。
7、同一環內各管片的相鄰位置應符合設計圖紙要求,不可互換。每環管片上有管片類型標記,環類型標記,縱縫對接標記,安裝管片時應認真查看這些標記,保證管片安裝正確;管片迎千斤頂面和背千斤頂面不同,方向不要錯裝。操作手在安裝管片時看到管片中心管片標識字符應是正確的,如果是倒置的,則管片上字體朝向錯誤。
8、管片K塊安裝方法為先縱向搭接1m,然后安裝器徑向推頂到預定位置再縱向插入。K塊及B、C與K塊相鄰面止水條,在安裝面應涂潤滑劑。
9、安裝時注意小心輕放,避免損壞管片和止水條。
10、對掘進過程中出現的管片裂縫和其它破損,要及時觀察記錄并提醒盾構機操作手注意,并要選擇合適時間對管片進行修補。
11、注意:每次根據需要拼裝管片的位置,回縮相應位置的部分千斤頂,如果過多的千斤頂回縮是十分危險的,前面土體的支撐壓力會使得盾構機后移,輕則導致盾構機姿態變樣,重則引起**事故。
12、封頂塊先徑向居中壓入安裝位置,搭接長度小于1.2m(故一般要求千斤頂行程量大于1800mm時才停止掘進),調準后再沿縱向緩慢插入。如遇阻礙應緩慢抽出后進行調整。嚴禁強行插入和上下大幅度調整,以免損壞或松動止水條。

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