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广州号称“地质博物馆”盾构施工复杂 运营里程仍居全国第三

发布时间:2019-09-04   编辑:jbrcms   浏览数:27

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盾构机只能前进不能后退。

广州号称“地质博物馆”,可见地下情况之复杂,尽管如此,广州地铁的运营里程仍然位居全国第三,这要感谢强大的“铁蚯蚓”——盾构机:先进的盾构机器和领先的盾构技术是我们战胜复杂地质的最大功臣。

今天这节课,我们请来三位业内专家详细解读盾构机在复杂的地下穿行时是如何随机应变的,读完后,你可能会对地下发生的一切多一层敬畏之心。

广州号称“地质博物馆”,地质条件复杂。从最软的淤泥层到最硬的花岗岩地层都有包含,还有岩溶地质,好比埋伏在地下的空洞,可达数十米高。然而,在这样复杂的情况下,我们的盾构工程仍然排除万难,将地下变成了通途。

所谓的盾构法,就是在隧道起点和终点分别开挖始发井和接收井,将盾构部件吊入始发井内拼装完整,然后开始掘进,直到终点,再在接收井内拆解吊出。整个掘进的过程艰辛无比。

以广州地铁11号线为例。11号线为首条市区环线,要3度穿越珠江水系,分别在琶洲~员村、如意坊~石围塘和鹤洞东站~南石路站区间下穿。盾构过珠江段区间掘进过程中容易发生因江底高水压下盾尾密封失效,造成盾尾漏浆;盾构覆土软弱,压力控制不当,易造成盾构隧道与珠江串通,发生江底坍塌;江底段地下水压高,造成管片上浮较大及盾构机姿态控制困难。此外,11号线还要8次下穿铁路、2次下穿湖泊,12次下穿、9次侧穿高架或隧道,与既有地铁线路交叉9处。施工环境十分复杂。

神奇的地铁之①

老师阵容

黄威然,广州轨道交通盾构技术研究所副所长。

罗淑仪,广州轨道交通建设监理有限公司工程科技研发中心副主任。

王俊彬,广州轨道交通盾构技术研究所副总工程师。

答疑解惑

盾构机在地下会不会走错方向?

盾构机配备有高精度的毫米级导向导航系统。

盾构机上安装的一般是激光导向系统。激光靶安装在盾构机上合适的位置,用于接收来自高精度全站仪的激光,电脑计算盾构机的姿态并将结果传送至盾构机的操作平台。

同时,一定周期内,工程测量人员会人工校核盾构机的位置,确保盾构机的掘进轨迹符合设计要求。

时间久了隧道会不会变形沉降?

广州地铁人掌握并发展出的有中国特色的“复合地层盾构工程技术”目前居于世界前列。广州地铁隧道完全能实现百年设计寿命的目标,这主要有两个可靠的科学依据:一是隧道结构本身,二是隧道周边稳定的地层。

广州大部分地铁隧道建成后是坐落在岩层上的,具有稳定性和耐久性,不易变形。当然这种稳定也需要付出相应代价:由于要经常遭遇换刀等情况,隧道在开挖过程中会比在土层中施工要困难许多倍。

为什么广州建地铁比北京上海挑战多?

为什么同样是建地铁,广州却比北京、上海遇到的挑战多?有些线路施工时间为什么那么久?广州复杂多变的地质条件是影响施工进度的最大因素。

例如在淤泥、粉质粘土等软弱地层,盾构每天掘进20环以上十分正常。而遇到花岗岩、灰岩等硬岩,盾构能保持每天正常掘进几米已是十分不易,还经常遇到掘进几十米就得停机换刀的情况。广州几乎所有的线路都遇到过岩层,其中9号线、8号线北延段几乎整条线都在溶洞发育的岩层中施工。

未来盾构工程的发展有哪些趋势?

盾构工程规模会往大直径、大埋深、长距离方向发展。往大直径发展,可以实现一条隧道的多种用途,且减小地面征地拆迁,例如武汉三阳路隧道,采用直径15.76米的大盾构施工,整个隧道分三层,其中顶层是公路层的排风道,中间一层是公路层的行车道,底部是地铁7号线,同时整个隧道的两侧分布有市政的过江管廊;往大埋深发展,是对深部地下空间的进一步开发利用(当然对应的技术必须跟上),且埋深越深,施工对地面的影响也越小;往长距离发展,是城市战略规范需要,例如轨道交通方面从市中心直接通往偏远郊区,而公路铁路方面,部分隧道甚至跨越市区,同时,长距离施工有利于节省工程投资成本。

盾构施工会向往机械化、智能化方面发展。①施工参数大数据分析、智能预警;②危险程序机器人施工(机器人换刀);③随着时代的发展,越来越少人愿意从事工程作业,因此工程施工机械化智能化是行业必须长远考虑的问题。

盾构工法

盾构法首先在隧道起点和终点分别开挖始发井和接收井,将盾构部件吊入始发井内拼装成完整的盾构机,从起点开始掘进直到终点,盾构施工完成后在接收井内拆解吊出。

正常情况下,盾构除了始发井和接收井的施工需要地面条件征地以外,掘进过程中,对地面活动是没有影响的,也不需要地面条件。但在一些特殊情况下可能会需要拆迁。例如隧道上方有危房,因为盾构施工过程多多少少会对地层产生扰动,但对于危房来说,一点扰动变形都有倒塌的风险。

广州盾构之最

广州最早的盾构区间:黄沙-烈士陵园(1994年开始)

广州最深的盾构区间:草暖公园站(现广州火车站)-西村站,埋深达37米。

广州最浅的盾构区间:陆域段是体育中心站-林和西站,覆土7.3米;

下穿江河段是坦尾-中山八区间,最小覆土2米。

广州最“肥”的盾构区间:四号线南延段中间风井-南沙客运港站,管片外径11.3m,

采用大直径可一次性双线隧道都成型,同时也是广州地铁大盾构施工的尝试。

特殊工况,盾构如何安全下穿

盾构施工除了要解决地下难题,还要保护地面的建筑,如房屋、高架桥、铁路。盾构挖掘遇到房屋或高架桩基时,要先为建筑物建造新的桩基,形成新的受力体系,替换原有的桩基,然后处理挡住盾构路线的旧桩基,不影响建筑物的安全。

广州地铁11号线会3次下穿江面。在江底,经常会遇到上软下硬地层、砂层、淤泥层与承压水等阻挠。以上软下硬地层为例,当盾构机掘进碰到上面软弱、下面坚硬的地层时,由于受力不均,易造成刀盘损坏及地面塌方。盾构机在江底要做好监测谨慎控制,小心翼翼前行,一旦在江底出现故障,检修异常困难,风险巨大。

地下溶洞就像埋伏在“铁蚯蚓”前的“血盆大口”,空洞可高达数十米,误堕其中可能机毁人亡。施工人员在勘察到溶洞的位置后,钻孔直达溶洞,往洞中注满水泥浆,然后再让盾构机通过。比如在溶洞头上动土的9号线,全线溶土洞处理累计注浆约43万立方米,可灌满171个国际级竞赛游泳池。

盾构机下穿高铁时要求很高,为了防止地面沉降影响铁路运输,要对隧道上方的地层进行加固。首先在铁路两旁建造两个竖井,然后在计划建造的隧道上方,利用竖井对土体进行加固,相当于把高铁下方的地层变成一块厚厚的硬板,盾构机从硬板中穿过,避免盾构机直接掘进导致上方土体变形坍塌。(来源:大洋网)

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