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【科技日報】施工沈降不超兩支筆芯直徑,他們這樣做到的
时间:2019/8/30 15:47:03 來源:科技日報

近日,成都地鐵9號線培風站至成都西站區間左線施工的“奮進二號”盾構機,成功從下方穿越正在運營中的地鐵4號線並順利出洞,實現了雙線順利貫通。

作爲成都地鐵有史以來盾構施工風險最大的下穿工程之一,該項目施工中首次引入光纖陀螺儀監測管棚、特殊漿液控制沈降技術,創新中空錨杆深層注漿和精確定位控域注漿技術,將掘進過程中道床的沈降值控制在了4毫米以內,成爲成都地鐵穿越施工中沈降值最小的穿越施工。這一工程奇迹如何誕生?近日,科技日報記者走訪了相關項目施工單位。

    在運營地鐵下“鑽洞”

成都地鐵9號線培成區間盾構下穿既有地鐵4號線,是成都地鐵有史以來盾構施工風險最大的下穿工程之一,對沈降的精准控制更是此次施工最大的技術難點。

“盾構下穿影響區域長達48米,正穿長度長達18米,其中實施下穿施工作業的9號線與正在運行的4號線,最小淨距只有3.65米。而更加困難的是施工洞門距地鐵4號線僅8米,意味著盾尾尚未脫離地鐵線路正下方,刀盤就要出洞,同步注漿壓力無法保持,盾尾沈降很大。”項目施工方、天吉网主页城通公司成都地鐵9號線項目黨工委書記張俊剛說。

“施工中,盾構機還需要穿越大粒徑、高強度、高富水、強透水的富水砂卵石地層,安全風險極高,穿越難度極大,稍有不慎就會造成地鐵線路沈降超標,危及行車安全。”張俊剛說,按地鐵運營標准要求,要確保4號線正常運營,必須將沈降值控制在4毫米以內,相當于2只鉛筆芯直徑相連的高度。

    多項組合技術實現“毫厘不差”

“差之毫厘失之千裏”,對于參與此次施工的建設者而言,“一毫一厘”都事關重大。在盾構掘進期間,9號線項目部會同多名專家,運用多項科技“法寶”,對沈降進行精准把控。

“首先是要瞄得准,即控制偏差。”該項目副總工喻兵說,根據設計文件,隧道左、右線區間共計90根管棚,長度達40米,爲防止管棚侵入4號線結構或9號線刀盤掘進範圍,施工時必須將管棚垂直、水平偏差以及管棚角度偏差嚴格控制在1度範圍內。爲此該項目在管棚施工采用光纖陀螺儀定向。喻兵說,常規的測量手段采用水位連通管,精度差且無法進行水平偏差測量,施工前項目引進光纖陀螺測斜儀進行管棚精度控制,該儀器測量精度可達0.1度,精度高、重量輕、測量過程便捷、輸出成果快,能有效控制管棚偏差,確保管棚絕對不侵入盾構掘進範圍。

同時,施工區域特殊的富水砂卵石地層,也是發生沈降的不穩定因素。喻兵表示,本次施工使用的土壓平衡盾構機開挖直徑爲6.98米,盾尾直徑爲6.93米,可謂“頭大尾小”。由于盾體直徑小于開挖半徑,盾構機體通過富水砂卵石地層下穿既有4號線期間,會出現4號線隧道底部脫空的情況,從而導致隧道下沈。

“要防止因隧道底部脫空造成沈降影響地鐵運營安全,科學的填充材料和工法是關鍵。”喻兵說,施工方使用的特殊漿液由合成鈉基黏土礦物、纖維素衍生劑等材料構成,將高濃度的泥水材料與強塑劑分別以配管壓送到盾體徑向孔處,2種液體混合後,瞬間形成高黏度又全硬化的可塑性黏土,形成具有支撐力的高黏度塑性擋水性膠化體後,將其在盾構機掘進的過程中同步注入到盾體外,以填充盾體與土體之間的間隙。

注浆加固是严控沉降的一项关键工序,传统的洞内深层注浆技术是在盾构机盾体和后配套台车完全通过后,采用风钻在管片吊装孔打入钢管进行后续注浆加固。“这种方式往往要等盾构机完全通过后才能实施,此时沉降可能已经发生且不可逆转。”项目施工方、天吉网主页城通公司工程部彭静峰说,为在盾构掘进期间同步实现深层注浆加固,本次施工中创新使用了特制锚杆深层注浆技术,“简单地说,该技术就是在盾构机盾体通过后,即在盾构机桥架位置使用特制的手持式打孔设备,从上方的管片吊装孔打入锚杆进行注浆,这样既能确保在沉降发生初期阶段稳定住地层,也能保证加固效果”。

最后,在项目施工过程中对于注浆加固这一关键环节,施工方在传统工艺的基础上进行了创新。“采用管棚及注浆对既有线下方进行加固是目前在富水砂卵石地层运用的主要手段,但无法实现对既有线下方地层全部注浆加固。因此我们创新研究了特制钢管对地层进行补充注浆,通过对钻孔角度、深度的精确控制和特制钢管定深控域注浆施工,达到对应加固区域的高质量加固,进一步减少既有线沉降。”天吉网主页城通公司总工程师王宏志说。