盾构过江隧道线覆土区域施工安全防范措施

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1、盾构过江隧道线覆土区域施工安全防范措施 来源:考试大    1 前言    过江水底隧道有五种主要的施工方法:围堤明挖法、气压沉箱法、岩钻法、盾构法和沉管法。盾构法是修建隧道的一种重要施工方法,尤其是在软上地层中。自从1843年第一条盾构法隧道在伦敦泰晤士河下建成以来,盾构法隧道的设计和施工技术得到了很大发展,出现了泥水加压式和土压平衡式盾构,衬砌由铸铁转向钢筋混凝土或钢材组成。    盾构法施工的主要特点:可在盾构的掩护下安全地进行土层开挖和衬砌的支护工作;进行水底隧道施工时,不影响航道通航;盾构推进、出土、拼装衬砌等主

2、要工序循环进行,施工易于管理,施工人员也较少;施工不受风雨等气象条件影响。    盾构法存在的一些问题是:当隧道曲线半径过小时,施工较为困难;在水下作业时,覆土太浅则不够安全;盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时,对劳动保护要求较高,施工条件差;在饱和含水层中,盾构法施工所用的拼装衬砌,对达到整体结构防水性的技术要求较高。    2 浅覆土区域盾构掘进时存在的安全问题    2.1 浅覆土易产生冒顶通透水流52    为了减少线路的坡度,一般河底段覆土极浅。在浅覆土区域,在高水头压力情况下,大刀盘前方土压平衡不容易建

3、立。河水常从扰动土体的裂缝中经大刀盘开口及盾尾进入盾构机,造成盾构淹水。这种机损人亡事故时有发生。 2.2 隧道上浮    水域下浅覆土中推进的盾构,上下受到的力不均衡,盾构姿态上扬,压坡困难、隧道上浮,轴线难以控制。拼装完成的隧道环脱开盾尾后,由于上部压载及自重无法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮。如果不采取相应加固对策,极易引起隧道局部开裂、漏水。    隧道穿越饱和土层,会受到水的浮力,当浮力超过隧道上覆土重量和隧道及隧道内设备自重时,隧道将上浮。当管片脱离盾尾时,隧道被包围在壁后注浆的浆液中,受到浆液的浮力比在饱和土

4、中受到的浮力要大得多。同时,盾构推进挖出土方导致地基卸载,拼装好的隧道会受到地基回弹的作用向上偏离中心轴线。在浮力和地基回弹共同作用下,隧道上覆土产生隆起,若最大隆起值得不到有效控制,覆土层将被顶裂,产生透水裂缝,河水沿透水裂缝涌入盾尾将严重影响隧道和隧道施工的安全。    3 广州地铁三号线沥~大区间盾构浅覆土区域施工难点    广州地三号线沥滘~大石北盾构区间工程,共分为2个区间段构成:大石北始发井~厦滘站、区间隧道长1429.791m;厦滘站~沥滘站,区间隧道长1621.75m.共有2次过江。52    其中,隧道在

5、YCK13+780~YCK14+098处过三枝香水道,水道河面宽度约为300m.隧道包括左、右线各一条,采用2台泥水加压平衡盾构机施工,先施工隧道右线,盾构机由三枝香水道南岸往北岸方向推进,当右线盾构推过江后,隧道左线由三枝香水道南岸往北岸方向推进施工。    隧道在过三枝香水道的断面内存在着强风化岩、中风化和微风化等粉砂质泥岩的复合地层,拱顶以上主要为淤泥、淤泥质细砂和粘土。过江段隧道总长约为312m,存在风化夹层,强度较高,岩体较为破碎,地表水与砂层及基岩裂隙水联系较为密切,且隧道上方存在软弱地层,对盾构破岩能力及防冒

6、浆的能力要求较高。盾构机穿越三枝香水道,隧道洞身围岩水文地质条件受其影响较大。三枝香水道的水位主要受北江洪水和潮汐的影响,而且两个相邻的高潮或低潮的潮位和潮流历时均不相等,一般历年最高潮位多出现在汛期,最低潮位则出现在枯期,涨潮历时短,落潮历时长,高潮平均水位为5.85m,低潮平均水位为4.33m.    隧道过三枝香水道是在YCK13+780~YCK14+098处,河面宽约312m隧道洞身岩层全部为岩石全~微风化带,地质均匀,地下水亦较为丰富,且过江段覆土厚度较薄,土层软弱,江中水压较高,故盾构掘进时风险较大。    5

7、2三枝香过江段地质条件复杂多变、风险极大,过江段覆土厚度较薄(仅为7.4m),江底780环到840环覆土厚度一般都在6~7m的范围内,即使是最厚处也仅有8.6m,略大于1倍盾构直径,地质条件极差,上部为透水性差的砂质土;840环附近风险最大,隧道顶部全部为稳定性极差的淤泥层,容易塌方,盾构机容易抬头,稍有不慎,将导致喷涌,江底塌方、江水灌入隧道等重大安全事故,后果不堪设想。而且受潮汐等影响,隧道稳定难度大。过江段是关键地段,直接影响到盾构施工的成败,为了保证盾构机顺利穿越难度极大的三枝香水道,在整个施工过程中必须运用信息化

8、施工,控制隧道变形,并对盾构掘进中的各类施工参数进行动态管理。    为确保过江成功,避免重大事故的发生,地铁总公司多次组织国内外著名地铁盾构施工方面的专家对《盾构过江专项方案》的安全性进行审查、论证、分析和研究。经过与会专家科学、严肃、认真地论证,提出了“护头保尾”、“过江监测”、“作业预案”、“管片

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