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FFU材料地铁盾构隧道施工中SEW工法的应用

      为适应我国城市轨道交通的快速发展,盾构法挖掘隧道更加广泛。盾构始发加固主要采用搅拌桩端头加固、注浆和冷冻法等,应用最多的是搅拌桩端头加固(即搅拌桩加固和旋喷桩止水相结合),其次是注浆法(在暗挖隧道内始发时),冷冻法等则很少使用。

     搅拌桩端头加固,是在盾构始发井端头影响始发范围内(掘进方向与盾构长度相同,宽度方向为盾构机直径外2m),采用搅拌桩对隧道下部2m以上地层进行加固,周边旋喷桩止水。注浆法则由于不具备地面加固条件而在暗挖隧道内采用水平袖阀管注浆加固。盾构井端头加固的目的:一是增强端头地层的稳定和止水,保证端头在凿除围护结构时保持自稳;二是防止盾构机由始发托架进入土体时发生掉头或地面沉降等现象。这2种方式都需要在盾构刀盘顶上开挖面前,事先凿除用作盾构井围护结构或隧道内的堵头墙,为了防止围护结构凿除后加固体暴露时间过长而坍塌,在盾构机组装调试完成前,不允许提前凿除围护结构。同时为保证盾构机刀盘能快速顶上开挖面,刀盘距开挖面也不宜过远,一般在1~1.5m,由于空间受限,多采用人工凿除,不但影响进度,而且容易发生端头失稳、坍塌等事故,是盾构法施工的一个重要风险点。

       因此,结合工程实践,提出采用1种新工法、新材料来代替传统的盾构始发工法,要求新材料能替代连续墙或围护桩,即抗压强度、抗拉强度、刚度等物理特性指标均能满足围护结构受力条件,具有良好的切削性能,即较低的抗剪强度,能被盾构机切削,这样就可以取消端头加固和洞门凿除的繁琐工序,加快施工进度和安全。这种新工法就是采用FFU新材料的SEW工法。

2 SEW工法

     SEW工法(ShieldEarthRetainingWallSystem)的工作原理是在盾构始发洞门范围内的围护结构上,预先埋设1种玻璃纤维材料FiberReinforcedFormedUrethane(简称FFU),FFU材料能被盾构机顺利的切削,FFU材料部件的形状大小结合围护结构形式进行预制,利用部件两端的钢结构与围护结构的钢筋连接,保证部件与围护结构钢筋笼的整体性,在围护结构施工时随钢筋笼一起放入槽段(孔)内,然后浇注混凝土。这样,在盾构始发时直接切削FFU,从而免除洞门凿除的工序,考虑到其强度足以保证洞门的稳定性,在盾构始发前,也可适当取消部分端头加固。 

     SEW工法在国外,尤其在日本已得到了大量的推广和使用,FFU材料由日本积水化学公司开发生产,国内引进主要应用于轨道减震道床。SEW工法在广州地铁5号线大坦沙南~中山八站盾构区间进行了应用,旨在对广州乃至全国推广使用该工法获取一定的指导经验。该区间属珠江三角洲冲积平原,所处地面为大坦沙岛、珠江、青年公园和中山八路,地形略有起伏,沿线地面高程6.67~8.47m,隧道洞身地层主要为<2-1A>淤泥、<2-2>淤泥质砂层和<3-2>中粗砂层。盾构井位于大坦沙岛上,围护结构采用地下连续墙,周围场地开阔,50m内无建筑物,采用2台日本三菱泥水盾构机掘进,区间纵坡为55‰下坡,始发120m后就下穿珠江,过江段隧道全断面砂层,底部存在少量的<3-3>卵石层、<7>、<8>红层岩的强、中风化层。隧道的覆土层为<2-1A>淤泥层及<2-2>淤泥质砂层。 

3 SEW工法的应用

3.1 FFU材料部件的预制

SEW工法需将盾构始发洞门范围内连续墙用FFU材料制成的部件来替代,根据围护结构受力条件和FFU材料的物理力学指标,采用了柱列式部件,在洞门范围内布置了6条由FFU材料制成的柱形部件,如图1所示。FFU部件由日本积水化学公司生产,部件与连续墙钢筋的连接器生产好后运至国内施工现场将连接器与连续墙钢筋焊接。


文章来源:http://www.gz-xhsw.com


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