湿陷性黄土地层土压盾构机穿越护城河桥和城墙技术总结

点赞:5841 浏览:14128 近期更新时间:2024-03-18 作者:网友分享原创网站原创

摘 要 :西安地铁一号线TJSG-7标段,土压平衡盾构机在湿陷性黄土地层中成功穿越护城河石砌三联拱桥和玉祥门城墙.本文对该工程的特点及所采用的施工方法予以总结,为类似工程提供施工参考借鉴.

关 键 词 :湿陷性黄土 土压平衡盾构机 石砌三联拱桥 千年古城墙

1工程概况

西安地铁一号线TJSG-7标【玉祥门站~洒金桥站】区间讫里程YCK17+616.900YCK18+676.500,左、右线长1059.6m.区间隧道位于大庆路、莲湖路正下方,线路区间依次穿越环城西路拟建下穿道,护城河老桥,玉祥门城墙.盾构隧道穿越的玉祥门城墙是国家级重点保护文物,盾构隧道穿越的护城河上的石砌三联拱桥,距隧道拱顶仅4.5m,地层为湿陷性黄土.如何保证桥和城墙的安全是本工程最大的难点,也是西安地铁一号线最大的风险点.

2湿陷性黄土的特性

2.l湿陷性黄土的颗粒组成

湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒,占总重量约50~70%,而粉土颗粒中又以0.05~O.01ram的粗粉土颗粒为多,占总重约40.60%,小于0.005ram的粘土颗粒较少,占总重约14.28%,大于0.1rnm的细砂颗粒占总重在5%以内,基本上无大于0.25mm的中砂颗粒.从以下表1可见,湿润陷性黄土的颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律.

2.2土的湿度和密度

湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉,除上述在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外,还在于土的欠压密状态,干旱气候条件下,无论是风积或是坡积和洪积的黄土层,其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度,在其形成过程中,充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备,导致土层的压密欠佳.

3.土压平衡盾构机工作原理

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘.该圆柱体组件的壳体即护盾,它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用,承受周围土层的压力,有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面.土压平衡盾构机工作原理是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质,刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室,刀盘旋转开挖使泥土料增加,再由螺旋输料器旋转将土料运出,泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节.

4工程重点、难点及对策

4.1本工程重点和难点

1.盾构机在湿陷性黄土和砂层等不良条件下掘进,如何控制好地面沉降,保证莲湖路东西主干道的畅通;

2、盾构隧道穿越的玉祥门城墙是国家级重点保护文物,盾构隧道穿越的护城河上的石砌三联拱桥,距隧道拱顶仅4.5m,如何保证桥和城墙的安全.

4.2 针对重、难点的对策

在湿陷性黄土这样的不良地质条件下,采用盾构法进行施工是最科学的方法,但也存在很大的风险.本工程根据“地质是基础,盾构机是关键,人是根本”的原则,对本工程的重难点进行分析,采用以下施工对策:


1.进行地质祥勘和补勘,收集详细的地质资料;

2、编制盾构机穿越玉祥门城墙与护城河上石砌三联拱桥的祥细施工方案,并组织包括文物专家在内的专家进行评审;

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5穿越护城河石砌三联拱桥技术

5.1 工程概况

护城河水面宽20.2m,水面与护城河桥面高差约7m,流向自南向北.护城河桥由三个桥跨构成,两侧单拱为钢筋砼实腹拱桥(新桥)、桩基础.中部为石砌结构三联拱桥(老桥)条形基础.

盾构隧道拱顶为古土壤、新黄土(饱和)、新黄土(湿陷)、素填土,洞身及拱底范围内为

粉质粘土夹粉土、中粗砂层.地层的均一性差且多位于地下水位以下,洞身围岩存在的砂层透镜体广泛分布,土层多饱和状态,易坍塌下陷变形.

拱桥采用MU80 的条石、50 号砂浆,模型大小为桥梁外边向外25m范围,首先分析隧道先进行左线掘进,时间相差15d后右线掘进.

5.3技术措施

主要分工程辅助措施和盾构施工控制措施两个方面.

5.3.1工程辅助措施

鉴于护城河老桥为石砌结构,桥基对不均匀沉降敏感,稍有不慎可能导致基础开裂甚至桥梁垮塌,为保证盾构安全、顺利穿越对护城河老桥进行加固是十分必要的.

采用厚250mm钢格栅喷射C20砼将整个浆砌结构用喷射砼包裹,钢格栅主筋Φ22,垂直线路方向间距800mm.在桥基下单排布设间距1.5m袖阀管,注浆深度河底以下3~5m范围,在盾构通过之前实施袖阀管注浆.

5.3.2盾构施工控制措施

1、土仓压力设定:初步设为0.1~0.15Mpa,并根据地面沉降监测情况进行调整.

2、掘进速度设定:通过护城河桥时降低掘进速度,尽量减少对地层的扰动,严控掘进姿态,减少纠偏.掘进速度控制在15~30mm/min,刀盘转速0.6rpm.严控出土量,通过试验段计算的出土松散系数,每环出土量控制在55m3左右.总推力控制在1100~1500 T,刀盘扭矩控制在154~257 T·M.

6穿越玉祥门城墙技术

6.1 工程概述

玉祥门是西安西城墙北段在解放前开的城门.位于莲湖路与西城墙交汇处,连接体基本是在原遗址上修建的,中段(砼结构范围)全长70.148m.设五孔交通通道,座于道路中心线中如图15.基础为C20钢筋混凝土条石基础,基础埋深在地面以下2.1米,基础底距盾构隧道顶部覆土约14.3米,外墙挂饰砖.

6.2 技术措施

主要分工程辅助措施和盾构施工控制措施两个方面.

6.2.1工程辅助措施

1、袖阀管注浆加固 在玉祥门城墙条基下单排布设间距1.5m袖阀管,注浆深度可达城墙基础以下3~5m范围,在盾构通过时根据监测情况实施跟踪补偿注浆.如图12 玉祥门城墙袖阀管注浆加固图.

2.交通疏导

玉祥门城墙主跨门洞在盾构施工前对从主洞通行的车量暂时疏导至两侧门洞通行,然后挂设尼龙网,尼龙网挂设完毕恢复交通.

6.3.2盾构施工控制措施

1.土仓压力设定:初步设定为:0.17~0.23Mpa,并根据监测情况调整.

2、掘进速度设定:掘进速度控制在20~25mm/min以内,刀盘转速0.9rpm.严控出土量,通过试验段计算的出土松散系数,每环出土量控制在55m3左右.总推力控制在1500~2100T,刀盘扭矩控制在总扭矩的40~60%.

6.4 施工监测

施工监测作为本次穿越玉祥门城墙的重要技术措施,在施工中严格按既定方案对玉祥门城墙进行实时监测,在盾构穿越期间,依据监测情况对掘进速度、土仓压力、注浆压力等参数及时修正.左、右线盾构隧道已顺利通过玉祥门城墙,最大沉降为2.5mm,小于10㎜控制标准的要求,玉祥门城墙非常安全.

7技术总结

通过对西安地铁一号线TJSG-7标盾构机在湿陷性黄土地层中过护城河桥和玉祥门城墙案例分析,我们可以看出,在西安修建地铁有许多的文物需要保护,特别是过护城河桥和城墙这类重点文物,国家和地方文物部门高度关注,标准大大提高,施工难度非常大.湿陷性黄土的特点是在土受到水的浸扰后会发生湿陷,在一定外力的作用下会引起不均匀沉降而发生地面深陷.而本工程正处在这样的地质条件下进行盾构机掘进,又要保护好文物和莲湖路主干道的交通安全,因此,对施工方案和盾构掘进参数的选定至关重要.本工程多次组织专家会议,施工方案经过反复论证才确定,主要是盾掘进中如何控制对土体的扰动,避免引起黄土的湿陷性而产生不均匀沉降,这一点非常关键.为了达到这个目标,本工程既有盾构施工的控制措施,又有辅助措施,相互配合,取得到了良好效果.其次,加强施工过程控制和管理,严格执行施工方案,也是十分重要的.