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青岛地铁1号线双护盾隧道掘进机应用中的新问题及对策

随着城市化进程的推进,城市轨道交通建设规模不断扩张,建设条件日益复杂、多样。以上海、南京为代表的软土地区,地铁区间隧道主要采用盾构法施工;以青岛、重庆为代表的硬岩地区,区间隧道主要采用钻爆法和隧道掘进机(TBM)施工。关于TBM的技术总结和研究分析主要有:文献[1]结合重庆地铁6号线及青岛地铁2号线的设计及施工情况,对采用TBM施工的隧道平纵断面设计、TBM选型等进行了研究分析;文献[2]以重庆地铁6号线一期工程为例,对TBM的适应性评价体系进行了研究;文献[3]对双护盾 TBM 设计特点进行分析,提出了双护盾 TBM 应用于城市轨道交通工程时需要考虑和解决的关键问题;文献[4]结合双护盾TBM应用中的实际问题,提出了解决处理方案;文献[5]对皮带机用于地铁施工的可行性进行了研究;文献[6-8]对双护盾TBM在青岛地铁2号线的应用情况进行了分析和讨论。

上述研究成果主要集中在TBM的适用性分析及TBM常规应用的技术总结方面。随着TBM的不断推广应用,以及工程建设条件的多样性、复杂性日益突出,TBM施工过程中的新问题、新挑战不断涌现。本文以青岛地铁1号线工程为例,针对特殊条件下双护盾TBM技术的应用提出了新的思路和解决方案。

1 TBM在青岛地铁1号线应用现状

1.1 青岛地铁1号线地质概况

青岛市属于典型的上软下硬土岩复合地层,一般上部为第四系软弱地层,下部为坚硬的岩石地层。勘察资料显示,中风化岩石单轴抗压强度基本在25~90 MPa,微风化岩石单轴抗压强度基本在40~130 MPa,岩石中石英含量为5%~30%。

萧飞羽起身在厅中靠墙的柜子里取出两件宝蓝色真丝罩袍和两条巨大的浴巾递给武成龙道:“据伙计说两女蓬首垢面污秽不堪,让她们移步后院厢房。”

青岛市整体主要位于海阳-青岛断陷上,断裂构造比较发育,褶皱构造不发育。构造破碎带处岩体节理裂隙发育,岩体破碎,围岩自稳性差。地下水以基岩裂隙水为主,青岛地铁1号线沿线典型地质纵断面图如图1所示。

图1 青岛地铁1号线沿线典型地层分布

1.2 TBM施工面临的问题

青岛地铁1号线采用DSUC型双护盾TBM,开挖直径6 300 mm,管片外径6.0 m,管片厚度300 mm。TBM主机长约12.5 m,整机长约135 m,最小转弯半径300 m,出渣系统采用皮带机+矿车。

青岛地铁1号线于2015年开工建设,线路全长约60 km,全线近1/3的区间隧道采用TBM施工,掘进长度超过30 km(单延米)。由于青岛地铁1号线工程建设条件复杂,TBM应用过程中的新问题和挑战不断呈现,主要包括复杂条件下TBM快速出渣、TBM连续掘进与车站的相互干扰、特殊线路条件下TBM掘进、复杂条件下TBM始发等。

2 复杂条件下TBM快速出渣

2.1 应用常规出渣方案存在的问题

通常情况下,地铁线路正上方设置TBM工作井,渣车通过工作井垂直提升出渣。工作井兼顾管片、豆砾石、注浆材料投放等作业,各作业间存在一定的施工干扰。

青岛地铁1号线瓦屋庄站—贵州路站区间为TBM施工隧道,TBM始发端轨面埋深超过50 m。另外,隧道正线上方不具备设置工作井的条件。渣车需先经过一次洞内平移,然后垂直提升50 m完成出渣。作业工序繁多,垂直提升高度大,大大降低了出渣效率。由于出渣时间较长,TBM快速成洞能力不能充分发挥,出渣成为制约TBM掘进效率的关键因素。

2.2 洞内翻渣快速出渣技术

瓦屋庄站—贵州路站区间采用钻爆法+TBM组合工法施工,钻爆法隧道段设置了施工斜井作为辅助施工通道。为了提高TBM掘进施工效率,同时提高斜井利用率,研发并应用了洞内翻渣系统,实现TBM快速出渣,快速掘进。

进行分析时测度误差、解释变量以及被解释变量间存在内生性干扰,该种现象对分析结果产生不利影响。为提高分析结果的准确度,通过工具变量法对变量间的内生性现象进行有效处理,将企业中间品进口的行业—地区均值作为工具变量。表1中的第(3)列、第(4)列结果表示,企业中间品进口的系数和显著性未出现变化,其结果稳健可靠。因为企业出口行为的连续性和工具变量法不能解决控制变量中具有的多种内生性干扰的问题,本文使用两步系统动态GMM估计方法实行检验,分析表中(5)、(6)列结果可得,基于一致水平方程和差分方程的滞后期进行分析,全部检验结果都同GMM估计方法的要求一致,说明采用两种系统的动态GMM是可行的。

1) 洞内翻渣系统。采用液压驱动,最大翻卸质量为60 t,出渣能力为120 m3/h,单套翻渣系统可完成左、右线隧道的出渣任务。翻渣系统安装在本区间单洞双线隧道内,隧道底板进行局部扩挖,用于设置翻渣机基础及渣仓。底板扩挖段宽度为9.9 m,长度为22 m,深度为4 m。洞内翻渣系统安装洞室结构设计如图2所示。

a) 横剖面图

b) 纵剖面图

尺寸单位:mm

图2 洞内翻渣系统安装洞室结构断面图

2) 出渣作业流:① TBM掘进完成后,通过电瓶车将渣车牵引至液压翻渣机;② 液压翻渣机将渣车分别旋转至55°和155°,将渣车内渣土倾倒至渣仓;③ 渣仓内渣土通过1#、2#、3#皮带机倒运至自卸汽车,通过施工斜井运出洞外。

2.3 洞内翻渣系统应用效果

根据文献[5]对青岛地铁2号线TBM施工的出渣时间统计,单节渣车垂直提升,平均出渣时间为15 min;TBM掘进1循环,4节渣车垂直提升出渣时间约为60 min。

青岛地铁1号线瓦屋庄站—贵州路站区间正线上方不具备设置工作井条件,渣车需平移后再由竖井垂直提升,出渣耗时更长,单节渣车出渣时长约为20 min。通过应用洞内翻渣系统,单次可完成2节渣车的倾倒翻渣,掘进1循环4节渣车翻渣总时长为35 min,出渣效率较垂直提升方案提高1倍。

3 TBM长距离连续掘进

3.1 TBM长距离连续掘进存在的主要问题

TBM最初应用于山岭隧道、引水隧洞等长大隧道的施工,不存在过站施工问题。在城市轨道交通工程中,单台TBM一般会连续掘进3~5个区间,TBM施工与车站施工相互干扰问题不可避免。

1) 车站阻断TBM掘进。车站未开挖工况下,阻断TBM连续掘进,TBM需先掘进通过车站,然后进行车站扩挖。TBM已在青岛、重庆地铁建设中成功应用,但先隧后站工程案例鲜有报导。先隧后站理论上是可行的,但实践经验不足,TBM导洞与扩挖隧道合理位置关系、TBM导洞临时支护处理等问题尚需深入研究。

2) TBM过站后干扰车站施工。TBM过站后仍需占用车站轨行区作为出渣通道使用。TBM出渣、管片运输作业对车站施工造成干扰,同时交叉作业存在严重的安全隐患。

3.2 先隧后站方案

青岛地铁1号线西镇站站前设四线存车线,存车线隧道全长约340 m。该区段隧道洞身主要位于微风化花岗岩层,围岩等级以II级为主,局部为IV级围岩,地质纵断面如图3所示。存车线下穿青岛老城区,地面环境复杂,沿线分布大量老旧房屋,对爆破振动敏感。TBM掘进至存车线隧道处,隧道未开挖,阻断TBM连续掘进,需采用先隧后站设计方案。

图3 青岛地铁1号线西镇站存车线隧道地质纵断面图

3.2.1 TBM导洞掘进线路设计

为便于存车线隧道扩挖施工,TBM掘进轮廓线至存车线隧道开挖边线预留800 mm光爆层。TBM导洞掘进断面如图4所示。

TBM掘进过站主要通过两侧撑靴支撑岩壁来提供掘进反力,为保证掘进施工安全,左右线导洞应保持约1倍洞径的净距,避免后行隧道撑靴击穿中间岩柱。

尺寸单位:mm

图4 TBM导洞掘进断面设计图

3.2.2 TBM导洞支护动态设计

1) 预设计方案。II级围岩在较长时间段可完全自稳,在预设计阶段对II级围岩未采取任何支护措施。IV级围岩自稳时间较短,TBM掘进过后无法及时进行支护处理,掉块风险较大,严重时会发生较大规模的垮塌。TBM过站施工前对IV级围岩段进行注浆加固处理,改善围岩,加固设计方案如图5所示。地层加固处理后,TBM裸洞过站。

尺寸单位:mm

图5 IV级围岩注浆加固设计图

2) TBM导洞后处理方案。TBM掘进揭示围岩显示,II级围岩段整体较好,局部有节理裂隙发育,规模较小,围岩整体稳定,无需采取任何支护措施。 TBM掘进通过后,IV级围岩段初期稳定性较好。随着时间推移,局部区段渗水量增大,发生小规模掉块,且有加剧的趋势。基于上述情况,在渗水较为严重的IV级围岩段增加了临时支护措施,采用格栅钢架(间距1 m)+200 mm厚C25湿喷混凝土进行补强加固处理,围岩稳定性得以控制。

3.2.3 先隧后站方案应用效果

采用先隧后站方案解决了存车线隧道对TBM连续掘进的阻断,并取得了以下成果:

1) 将TBM导洞作为爆破临空面,针对性进行爆破设计,地表爆破振速能够控制在0.5 cm/s以下,大大降低了爆破施工对周边环境的影响。

2) 存车线隧道断面面积约为221 m2,施工体量大。施工场区位于青岛老城区,周边环境条件复杂,不具备设置施工斜井及竖井的条件,仅能利用车站施工竖井兼做存车线施工通道,工期压力大,施工组织难度大。TBM掘进完成后,充分利用TBM导洞作为辅助施工通道开辟作业面,提高了施工组织的灵活性,减小了工期压力。

3) 利用TBM导洞对存车线隧道工程地质条件进行补充勘察,对不良地层提前进行加固处理,降低了超大断面隧道的施工风险。

3.3 先站后隧方案

3.3.1 封闭隔离过站设计

TBM主机空推过站后,车站轨行区设置门式钢架封闭隔离(见图6),TBM出渣及管片运输在门式钢架内作业。

尺寸单位:mm

图6 车站轨行区过站门架设计图

门式钢架设计考虑了中板施工荷载,在车站中板或轨顶风道模筑施工阶段,可利用门式钢架作为模板支撑体系,提高门式钢架利用率。

3.3.2 应用效果

自吞噬在哺乳动物中发挥重要功能,尤其是在维持细胞的正常功能等方面[10]。内部产生一些大分子物质以及细胞器受损的细胞会采用其本身的溶酶体对上述物质进行降解,该过程被称为细胞的自吞噬[11]。在发生有丝分裂之后,许多神经元无法继续分裂,因此与之相关的细胞器的新陈代谢活动需要细胞的自吞噬来完成,故而,细胞自吞噬能够对神经系统发育造成影响[12]。

通过设置门式钢架封闭隔离过站,避免了车站和区间施工的作业干扰,降低了交叉作业安全风险,减少了车站与区间施工单位之间组织协调工作。

本文研究显示,试验组临床总有效率为93.3%,高于对照组的75.6%,组间对比,差异具有统计学意义(P<0.05)。试验组不良反应发生率为8.9%,与对照组的11.1%比较,差异无统计学意义(P>0.05)。由此可以看出,麝香保心丸与氨氯地平阿托伐他汀钙联合治疗高血压合并冠心病的临床效果十分显著,能够有效降低患者血压,减少心绞痛发作次数,降低不良反应发生率,临床应用价值非常高,与相关文献报道[5]基本一致。

4 特殊线路条件下TBM掘进

4.1 特殊线路条件下TBM掘进存在问题

小净距TBM隧道施工中,后行隧道对先行隧道的影响主要包括撑靴对隧道洞壁施加的作用力和刀盘推力对临近隧道产生的附加应力。施工控制不当,容易引起管片开裂、变形、位移、防水失效等问题。

重庆地铁6号线将0.85 D(D为隧道直径)作为TBM工法与钻爆法施工的临界值,隧道净距小于0.85 D时采用钻爆法施工。TBM小净距隧道的工程案例极少,设计、施工经验不足,TBM施工极限净距值、小净距掘进处理措施等问题亟待解决。

4.2 特殊线路条件下TBM掘进处理措施

4.2.1 TBM小净距段工程概况

青岛地铁1号线西镇站—青岛站区间受线路条件制约,局部区段线间距较小,隧道由单洞单线并入单洞双线敷设,线路缩略图如图7所示。区间小净距段(线间距≤6 m)长度为170.43 m,其中净距小于3.00 m段长度为75.97 m,最小净距0.58 m,国内尚无类似施工案例。

图7 青岛地铁1号线西镇站—青岛站区间小净距段线路缩略图

小净距段隧道洞身主要位于微风化花岗岩地层,局部区段节理裂隙发育。为加强硬岩地层TBM掘进姿态控制,TBM撑靴油缸需施加一定的压力。

4.2.2 TBM小净距掘进处理措施

安瓿瓶内表面与枸橼酸咖啡因注射液的相容性研究…………………………………………………… 张良明等(5):644

1) 加强管片背后回填注浆,多次重复注浆,保障管片背后回填密实;对于节理裂隙发育段利用管片注浆孔进行深孔注浆加固。

2) TBM隧道净距小于3.00 m时,在先行隧道洞内设置同步支撑台车,对后行隧道刀盘及撑靴对应位置进行洞内支撑加固,支撑台车加固设计如图8所示。对后行隧道刀盘对应位置前后各1.5环管片处和撑靴对应位置前后各2环管片处进行洞内支撑加固。

技术预见可以对各种资源进行有效组合与优化配置,从而有利于战略管理和决策规划,是一种致力于实现科技与经济一体化的新型手段,得到普遍接受并日趋制度化。研究发现,根据查新事实型数据库的有效推演,可以准确识别出湖北省生物医药产业的技术创新特征,基于再实践检验完成对成果的纠偏提升,实现正反馈,从而增强区域内企业发展的内生动力和活力,使技术创新成为引领湖北省企业科学发展、跨越发展的可持续动力,为区域科技企业培育工程的精准施策工作保驾护航。

3) 对管片结构配筋进行加强处理。

4.2.3 TBM小净距掘进参数控制

一些高职院校在开设旅游专业时,并没有相应的师资力量作为基本保障,所以不少院校通过挂靠在不同院系下进行招生,这种情况很容易出现课程设置不合理的问题。课程设置不科学不合理就会导致学生难以形成一个完整的旅游专业知识体系,这在一定程度上脱离了高职教育的基本目的,不仅影响到旅游专业毕业生的就业,还严重制约了学生的进一步发展。

TBM小净距掘进控制参数如表1所示。

该教学改革方案在我院2014级物联网工程专业学生中进行实施,共发放调查问卷143份,回收140份,其中有效问卷136份,问卷调查结果中133名学生认为自己通过该课程可以较好地对前期知识进行查漏补缺与巩固,130名学生认为该方法在锻炼编程能力方面有显著效果,有120名学生认为自己能顺利完成实训任务,131名学生通过该实训课程能够与同学之间良好地进行协作。问卷调查数据表明,对于《岗位技能实训》课程的改革得到了大多数学生的认可,可在条件允许的情况下应用到其他课程中去。

尺寸单位:mm

图8 洞内移动支撑系统设计

表1 小净距段TBM掘进参数控制表

净距/m推进速度/(mm/min)推力/kN刀盘扭矩/(kNm)刀盘转速/(r/min)4~630~404 000~5 000500~6004~52~420~303 000~4 000400~5003~4≤210~202 000~3 000300~4002~3

加强TBM施工姿态控制、滚动角控制、纠偏控制,掘进过程中水平偏差应控制在±30 mm,竖向偏差应控制在0~30 mm。

4.3 应用效果

现场监测数据显示,管片结构变形及环、纵缝张开量等监测结果均满足规范要求。本工程左右线隧道最小净距0.58 m,创造了国内TBM小净距隧道施工最小净距记录。

5 复杂条件下TBM始发

5.1 应用常规始发方案存在的问题

一般情况下,TBM设备由明挖车站或者线路正上方设置工作井完成始发作业。根据全线工程筹划,3#、8#TBM需由青岛地铁1号线瓦屋庄站—贵州路站区间3号风井处始发。该区段隧道轨面埋深约50 m,且场区地表分布约10 m厚新近填渣区(主要为碎石土),以下为中—微风化花岗岩。填渣区地下水与海水直接连通,水位随潮汐变化。若正线上方设置明挖工作井兼区间风井,则基坑规模较大,围护结构、止水措施的实施比较困难,且施工风险极高。因此,本工程采用小规模通风竖井+地下暗挖风机房方案。

5.2 平移始发方案设计

区间风井兼做TBM始发井,在TBM始发阶段,主机由通风竖井吊入,并进行主机一次组装,然后通过风道平移至区间正线,纵向移动至预定位置。TBM平移始发方案设计如图9所示。

(3)钻井液用水验收制度。对每口井的钻井液用水进行化验,掌握每口井用水的矿化度,对超出设计要求的进行淡水供井,保证钻井液性能。

图9 TBM平移始发方案设计示意图

区间风井结构进行永临结合设计。为满足TBM始发需求,通风竖井内净空设计为8 m×15 m,风道结构内净空设计为14 m。平移始发作业要求及作业流程如下:

1) 井下设置平移托架,平移通道结构按照底板滑轨(43#钢轨)。

2) 主机设备调入并进行一次组装。

3) 主机一次组装完成后横向平移至线路中线。TBM平移如图10所示。

综上所述,小学阶段是学生思维能力过渡发展的重要阶段,所以在小学教学中,教师应该把抽象复杂的教学知识具体形象化,随着社会信息化进程的不断加快,现代信息技术已经渗透到各个行业,在此时代背景下,小学教学也应该与时俱进,积极改革教学技术,以充分满足小学教学的实际需要,而信息化教学资源为广大师生提供了丰富的教学资源,不仅充分体现了新课改的教学理念,还确保了课堂教学活动的丰富性和趣味性,显著提升了小学教学水平,增强了学生的综合素养。

4) 主机纵向移动至始发洞弧形导台,组装管片拼装机等,主机完全组装后纵移至预定位置。TBM纵移如图11所示。

5) 后配套组装、管线连接,完成整机组装。

关于灾后居民的补救方式意愿方面,58%都是通过亲友、邻居寻找灾后补助,或者是自己承担灾害损失,并不主动向政府或其他民间机构寻求帮助;56%表示会向相关政府部门请求修建或改造工程,从根本上解决内涝问题;但请求政府灾后补助和向政府反映灾情的居民仅占18%和16%;很少有居民考虑到向保险部门求助这一补救措施。从以上数据分析可知,居民在受到内涝灾害后,寻求帮助的途径和对象主要是靠自己,对政府和社会救助机构依赖程度较低。

图10 TBM一次组装后平移

图11 TBM始发洞内纵向平移

5.3 应用效果

通过对区间风井进行永临结合设计,采用平移始发方案顺利实现了左右线2台TBM的组装及始发,大大降低了线路上方设置竖井的工程风险,节约了工程投资,为复杂条件下TBM始发提供了一种新思路。

6 结论

本文以青岛地铁1号线为背景,针对双护盾TBM应用中的新问题和挑战进行分析研究,提出了针对性解决方案,取得了良好的应用效果,主要结论如下:

重庆市儿童爱心庄园是在重庆市委、市政府的关心下,按照国内一流标准设计建造的儿童福利机构,于2011年11月正式开园,主要承担孤残儿童集中收养、保育护理、康复治疗、特殊教育、科研、培训以及对全市孤残儿童养育的指导工作。

1) TBM隧道施工中,出渣效率是制约TBM隧道快速成洞的关键因素之一。通过应用洞内翻渣系统,TBM出渣效率可提升1倍,能够解决复杂条件下TBM快速掘进问题。

2) 先隧后站方案可解决车站对TBM隧道施工的阻断,掘进过站方案设计应充分考虑后期隧道的扩挖、TBM掘进导洞支护处理,保障施工安全;先站

后隧方案通过采用门式钢架封闭隔离设计,可解决车站、区间施工的相互干扰问题。

3) 通过采取管片背后注浆、洞内同步支撑台车、合理控制掘进参数等综合手段,可保障小净距TBM隧道的施工安全。采用上述措施,西镇站—青岛站区间TBM隧道最小净距达到0.58 m,创造了国内TBM施工最小净距记录。

(3)建议科研科开展培训,指导课题负责人解读文件制度,按文件制度要求合理安排科研经费的使用,提高科研经费的使用率。

4) 区间正线上方不具备设置工作井的条件下,可采取平移始发技术,完成TBM始发作业。但该方案的TBM出渣效率相对较低,应对出渣方案进行针对性设计。

参考文献

[1] 刘小刚.TBM在岩石城市轨道交通建设中的应用研究[J].现代隧道技术,2012,49(5):15.

[2] 吕瑞虎.城市地铁 TBM 施工适应性评价研究[J].现代隧道技术,2017,54(1):31.

[3] 王杜娟,宁向可.城市地铁双护盾 TBM 设计及应用[J].隧道建设,2018,38(6):1052.

[4] 罗勇,吴圣智,王明年,等.城市轨道交通隧道双护盾 TBM 施工适应性研究[J]. 地下空间与工程学报,2019,15(2):525.

[5] 齐梦学.垂直皮带机用于地铁 TBM 施工的可行性探讨[J].隧道建设,2016,36(8):1004.

[6] 司玉迪.双护盾TBM在青岛地铁的适应性研究[J].隧道建设,2017,37(增1):212.

[7] 黄舰.青岛地铁区间隧道双护盾TBM地质适应性分析[J].现代隧道技术,2016,53(3):42.

[8] 林刚,史宣陶,陈军.双护盾 TBM 在青岛城市轨道交通工程中的应用与实践[J].隧道建设,2019,39(12):2020.

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