盾构法施工是当前建造地下隧道的最先进的施工工法之一,随着盾构法隧道的施工技术在我国不断得到发展,盾构法已经越来越频繁的应用于我国的基础工程建设,铁路、公路、水利、市政等工程,已经开始大面积的应用盾构法施工。目前超过11m的大直径泥水平衡盾构机在国内仍处于起步阶段,大直径泥水盾构施工具有安全可靠性高、施工效率高、风险适应性好等特点,但是其施上上序繁多、始发接收风险难度大也制约着大直径泥水盾构施工的发展,如何保证大直径泥水盾构顺利的始发和接收是施工的重点和关键。
工程概况
广深港客运专线深圳福田站及相关工程项目线路全长11.419km,起止里程为D K104+500~DK115+919.29。起点为新深圳站(不含),直行下穿深圳市公安局警犬基地、第二劳教所、华达石场及南坪快速路后,右转从101民防工程北侧通过,下穿预管看守所及中康公寓,沿梅林路折向莲花山公园后,再下穿益田路,在市政府位置处下设福田站,至深港分界,终点在深圳河巾线。工程范围示意图见图1。
其中皇岗盾构隧道(DK112+089~DK113+607),隧道长1378m,最大坡度为(DK112+750~DK114+400)10.7千分之,单孔双线隧道,隧道埋深28~48m。皇岗隧道位于深圳市中南部一福田区,深圳市会展中心至皇岗公园一带,线路大至南北向,场地内分布较多市政道路,可到达场地各处,交通十分便利。采用直径13.23m的大直径泥水盾构机施工。
工程地质
皇岗隧道范围内上覆人工索填土、冲洪积粉质孰土、细砂、粗砂、砾砂及残积上,下覆基岩为震旦系混合岩、燕山期花岗岩。区间内的特殊岩土为人工填土、淤泥质土、残积土及全风化层、强风化层,其中人工填土分布于地表,对区间隧道影响小,冲洪积粉质黏土,分布于区间隧道洞身之上,对区间隧道影响小。对工程有影响的特殊岩土为残积土及全风化层、强风化层,隧道洞身从残积土及全、强、,!,、微风化层中穿过,残积土、全、强风化遇水易软化、崩解。隧道大部分地段全断面为中、微风化混合岩或花岗岩,局部地段洞身穿越残积上、全、强、中、微风化岩层,隧道开挖面上软下硬,给施下带来很大的困难。
盾构机始发竖并条件
皇岗隧道1号工作竖井(图2)井口沿隧道纵向长度17.0m,宽度17.6m,始发段纵坡:1.2%上坡,盾构机主体及后配套长度共166m,由于盾构机组装时,1号竖井前方隧道直到始发断面已经120m矿山法开挖完成,盾构机后方已经开始施工,盾构机只能在1号竖井及前部120m矿山法隧道内进行分体组装空推始发,极大地增加的盾构机的始发难度。
盾构机空推段导轨中心间距6.817m,导轨顶面距盾构隧道中心5.65m,空推段导台高1.3m。空推段管片采取底部拼装2块标准块形式,负环管片采用全环管片拼装形式,整环管片沿环向分为9块,采用6+2+1形式,管片设计采用通用楔形管片,楔形量26mm。
大直径泥水盾构分体组装始发流程及关键技术
由于隧道始发断面与土作竖井有120m的矿山法施工隧道,为满足施工要求,需对井底进行开挖并将渣土外运。因此始发附属设施要在盾构机主体下井之前予以运输至始发处并进行初步安装定位。首先是洞门钢环的吊运安装,其次是反力架的暗挖洞内安装。盾构机在隧道的前行必须预制混凝土导台。这样盾构机才能在空推段顺利前行至始发断面,达到始发条件。
盾构分体组装始发工艺流程
盾构始发的主要内容包括:掌子面洞门钢环及密封安装、空推段导台导轨安装、竖井扩挖至设计标高、始发托架底座工艺底板浇筑及始发托架安装、盾体组装及刀盘吊装、反力架下井掩藏、空推(底部拼装两块管片)盾体及1号台车推进至掌子面、安装反力架、台车(2、3号台车)下井组装、拼装中间箱涵(从井口)、调试盾构机、试掘进22m后4号台车下井组装完成后止式掘进、中间箱涵两侧钢结构平台施工、负环管片拼装、始发掘进等。始发流程见图3。
分体组装始发
考虑到本项目盾构机始发条件独特性,盾构机始发总体采用分体始发,新增部分管线及装置,控制系统部分功能调整。
组装盾体及刀盘如图4所示,盾体机组装顺序为:盾体5→盾体4→盾体6→盾体3→盾体7→盾体2→盾体8→中心回转体→盾体1下井组装,最后刀盘下井组装。