S624盾构机超越S623盾构机方案要点.docVIP

一、工程概况 按施工组织安排，两台盾构按左线盾构机先始发，右线盾构后掘进施工，即左线先行、右线后行的施工安排。由于左线盾构机地面不明钻孔引起冒浆，导致掌子面失稳，压力无法保持，无法进仓更换刀具，需要盾构机停机换刀。为保证施工进度，尽快完成隧道施工，右线盾构机需超过左线盾构机，最终形成右线盾构在前、左线盾构在后的施工顺序。 根据泥水盾构施工的特点隧道结构地面沉降掌子面稳定进行分析，最终 二、隧道工程建设环境 该段隧道下穿香港米埔湿地保护区。米埔自然保护区正式列入国际重要湿地保护名录，地面环境保护要求高 图2-1 隧道穿越段水塘平面布置 （ 隧道穿越地层为冲积砂层、粘土层等，下部为全风化大理岩 图2-2 隧道超越段地质纵断面图 （三）工程主要设计参数 三、 （一）影响分析思路 泥水盾构施工时对周边地层扰动较小，具体见计算结果。但从泥水盾构施工的特点看，施工对周边地下水的影响较大下图为盾构掌子面平衡的示意图。 图3-1 盾构掌子面平衡示意图 泥水盾构时过注入泥浆，在泥水压力下水分子渗透进地层，粘土颗粒聚集在泥水与地层的交界面上。经过不断渗漏、积累，最终渗透压力形成掌子面泥膜。泥水压力与地下水之间一定压力差，周边地下水压力增加。 当后发盾构超越前发盾构时，后发盾构的施工周边地层地下水压变化，并传导至前发盾构已经施工完成的隧道衬砌结构上。当水压力均匀施加在已经施工的隧道结构上时衬砌结构仅增加，弯矩增加较小。前发盾构向下或周边扩散对已施工的结构不利。本次考虑水压力超载作用于不同范围，并同步注浆层不同的凝固状态进行对比分析。 （二）主要计算参数 盾构施工时，考虑泥水压力与掌子面的水土压力平衡取盾构中心位置进行计算，掌子面的水土压力合计约周边地层的弹性抗力系数取 考虑同步注浆层的凝固效果，分别按完全凝固、 （三）主要结算结果 1、工况一：同步注浆层完全凝固； 2、工况二：同步注浆层凝固 3、工况：同步注浆层凝固50工况：同步注浆层凝固25 由于无超载作用时，不同凝固状态情况管片衬砌受力差别不大，本次计算仅列出了同步注浆完全凝固时盾构弯矩。 根据不同的计算工况，计算结果为： 图 图 图 图 图 图 图工况：同步注浆层凝固50 图 图 图 图 图 图 从上述不同计算工况看，在地下水超载作用 工况 超载状态 最大正弯矩/KPa 最大负弯矩/KPa 工况一：同步注浆层完全凝固 未超载 334 328 超载状态1 397 333 超载状态2 405 339 超载状态3 413 343 工况一：同步注浆层凝固75% 超载状态1 424 362 超载状态2 429 370 超载状态3 435 375 工况一：同步注浆层凝固50% 超载状态1 438 387 超载状态2 443 396 超载状态3 447 401 工况一：同步注浆层凝固25% 超载状态1 461 431 超载状态2 464 441 超载状态3 467 448 注：图中数值为每延米管片弯矩，同时未考虑错缝拼装导致的管片应力增强因素。 从上面计算看，随注浆层凝固程度的降低及隧道周边抗力的减少，隧道结构呈现逐步增加的趋势。从结构受力看，盾构超越施工宜在前发盾构注浆层凝固达到75%以后，且最好在超越施工前对前发已经施工的盾构管片周边补充注浆，将周边地层填充密实，尽量降低水压力超载作用。 四、盾构超越施工对地表沉降的影响 （一）盾构超越施工地表沉降影响分析模型 当前后两台盾构相差一定距离施工时，前发盾构引起的地层变形会逐渐稳定。当盾构超越施工时，受后发盾构扰动，地表变形进一步加大。由于盾构地处湿地保护区，环境影响较敏感，为评估盾构超越施工的影响，建立三维有限元模型进行模拟分析。 参考已有的计算经验，取左右边界为隧道外径的倍左右，隧道底部取隧道外径的3倍左右80m×100m×60m（X×Y×Z）X轴（横向）为盾构左右隧道圆心的连线，Y轴（纵向）与盾构推进方向重合，Z轴（竖向）以向上为正，坐标原点位于隧道圆心连线中点处。midas/GTS岩土有限元软件建立三维模型，进行数值计算。模型中采用二维结构单元模拟管片，地层及注浆层采用实体单元进行模拟。三维有限元模型见图，管片结构单元见图-2。 图-1 三维有限元模型 图-2 管片壳结构单元 ）盾构模拟方法 。推进时由于周围土体是相对静止的，将盾构的推进作为一个非连续的过程计算中假设盾构一步一步跳跃式向前推进，每次向前推进的长度（纵向）为两个衬砌单元宽度。为简化计算，模型中忽略盾构机的长度，采取交替钝化隧道单元和激活衬砌单元进行模拟隧道开挖过程。同时考虑到盾构施工过程中盾构机的支撑及支护的及时性，开挖应力释放系数取0.2。由于采用盾构，所以每个进尺开挖以后，在掌子面施加水平均布压力。考虑到衬砌接头对衬砌结构