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苍老流年
正文
2020-12-08 08:42:38 | 分类:默认分类 | 标签:

摘要:本文以北方盾构工程冬季施工为论述重点,分析出盾构冬季施工的重难点,并讨论本工程冬季盾构分体始发的特点,从安全、进度、质量几个方面对冬施措施展开论述,总结了本工程施工中出现的问题,为后续盾构项目冬季施工提供借鉴。

关键词:盾构、冬季施工、始发、保温

前言

盾构冬季施工属特殊季节施工,存在一定的风险,尤其在盾构分体始发方式下,施工风险及难度亦成倍增加。一般在北方,寒冷地区,尽量避免盾构冬季施工,除增加成本外,施工进度亦很难保证,因此盾构冬季施工的可行经验较少。

1.工程概述

1.1环境气候、温度

本工程区属北温带季风型大陆气候区,区内年平均气温9.3℃,极端最低气温为-32.3℃(1月份),最高达35℃(7月份),多年平均最高气温14.7℃[1]。日平均温度低于+5℃的天数为132 天,最大冻土层深度93cm。冬季气候寒冷少雪,冰期多为11月至第二年3月中旬。

每年的12月份至次年的3月中旬,3个半月时间的温度基本在0℃以下,最低达到-26℃,平均温度在-8℃左右[2]。

1.2施工情况

本工程由2条平行的盾构隧洞组成,单洞长度1200余米,盾构机外径6.95m,管片外径6.7m,管片厚0.35m,管片环宽1.5m,采用2台盾构机先后始发的施工方式。

本工程盾构始发场地位于一个全敞开式放坡开挖的大基坑内,这种全敞开式,不同于地铁盾构隧道从已施工完的车站始发,地铁车站环境温度较高,本区域始发阶段盾构机台车周边一般白天温度在5℃ ~-7℃之间,夜间温度在-3℃ ~-14℃,风速在3~6级。由于施工场地长度有限,遂采用盾构分体始发技术,盾构始发时间又刚好处于冬季,为盾构冬季施工增加了不小的难度。

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图1   盾构分体始发场地图

2.冬季施工风险分析

2.1盾构冬季施工概况

通过对盾构冬季施工的分析,总结出如下施工重点、难点,如下:

同步注浆浆液拌制:1)在冬季时处于气温低、

1. 风大的环境;2)拌制砂浆的原材料砂、袋装水泥、膨润土、拌制用水在低温环境中容易冻结;3)拌制好的砂浆储存在露天环境下也容易冻结。

2. 施工用水及排水:1)施工用水在冬季露天环境下,管道容易冻裂;2)盾构施工用水是从洞外接至作业面,靠近洞门一段的水管若冻裂,直接影响到盾构掘进;3)盾构场地内的施工污水管道全部处于冬季露天环境,因此管道也容易冻裂,影响整个排水功能。

3. 盾构掘进:本工程隧洞洞门直径大,成型内径6.0m,在冬季时,洞外冷空气会沿洞门进入洞内,因此洞门进洞后一段距离会受冷空气影响。

4. 机械设备及材料:1)在冬季气温低下环境中,机械设备容易出故障,使用率大大降低;2)并且本工程区冬季属于大风频发期,当风速超过6级以上时,龙门吊必须停止作业,盾构无法掘进。3)在冬季气温低下环境中,盾构用材料泡沫油脂及液压油等容易受冻,降低了材料的利用率。

5. 渣池:渣池处于露天环境中,在冬季气温低的情况下,渣池若长时间不出渣,容易造成渣池水冻结后开挖困难。

6. 交通运输:1)雪天道路结冰,增加车辆运输风险;2)渣土运输时泥水外溢,易造成道路结冰。

7. 施工人员的行为:1)在冬季低温环境下,尤其是洞外施工人员,防寒保暖措施若不到位,容易造成施工人员生病,直接影响盾构施工;3)在冬季低温环境下工作,施工人员的思想意识会比正常环境下更迟顿,表现在精神不集中,动作反应慢,容易造成在施工时发生安全事故。

2.2冬季分体始发的特殊难点

由于本工程采用盾构机分体始发技术,1#与2#拖车、6#与7#拖车间的管路及线缆需延长,液压油管、泡沫溶液管、水管、气管等管路总计增加3000余米,增加了管路抗冻要求,具体如图2所示。 

3.冬季施工安全措施

3.1渣土、管片运输

盾构工作基坑出渣道路最大坡度大12.4%,为整个运输线路中最大坡度,为保证冬季渣土运输的安全可控,通过对坡道进行:(1)拉毛;(2)设置坡道限速;(3)减速带;(4)雪天采用炉渣垫路;(5)渣土车设置密封条,确保渣土不外流等措施,确保交通运输通畅。

3.2管路

分体始发,因此盾构机的后配套连接管路较长,暴露在空气中的时间也长,但还是多次出现如泡沫管、注浆管受冻堵管和爆管现象,每次清理的时间也相当长。

由于盾构采用的是分体始发,因此盾构后配套的连接管路较长,很多是暴露在低温环境中,现要求对暴露在外的管路进行二次包裹保温材料;在停机情况下也要启动泡沫系统、循环水系统,让其一直循环,并视情况调整流量,避免停机堵管;加强对管线路的检查,发现问题及时解决,做到防犯于未然。

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图2   加装保温棉及电伴热带增压水泵及管路

3.3钢管路

供水、循环水等钢制管路,会因为温度变化产生伸缩,尤其管路在夏季高温情况下安装,待冬季降温后,前后温差可达20~30℃,根据温度变化而引起管道长度成比例的变化。

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3.4油脂

提前放入保温集装箱进行升温,如图4待温度提升后进行使用。在盾构机上使用时,使用专用的带有温度输出调节的加热带对盾尾油脂桶进行自动加热,如图5。

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3.6其他安全方面

(1)安全管理规定,每当风速超过6级时,整个厂区会发布禁止所有起重吊装、高边坡、临边作业等高风险作业,而工程地所处季风发育地带,尤其是冬期超6级大风天气频发,

(2)龙门吊的钢丝绳需采用能满足冬季施工的防冻钢丝绳,冬季施工时龙门吊钢丝绳采用带棉芯的钢丝绳

(3)电瓶充电

充电池采用可折叠伸缩的移动式钢架棚,棚架顶部呈拱形,方便排除积雪、雨水,四周挂轻质棉被保温,在充电时整体封闭。当电瓶吊放入池时则收缩钢架,方便电瓶的吊放。同时,充电池安装温控热水棒进行水加热,防止充电池中的水冻结。

(4)内循环

刀盘冷却内循环系统可视极端情况(一般正常运行时无需采用防冻剂措施)添加乙二醇类防冻载冷剂,但需添加缓蚀剂,或咨询专业厂家采用防腐蚀载冷剂

(5)地表排水

因工作基坑处地下水位线以下10m多,基坑岩层裂缝处反水,致使路面极易结冰,通过对硬化路面进行切槽排水,并在槽内设置内穿电伴热带的PPR管,使排水槽内不至于结冰堵塞。

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图5   充电房折叠棚

4.冬季同步注浆施工质量措施

由于处于冬期,同步注浆细砂颗粒较粗,易造成同步注浆管路堵塞,这些是影响盾构正常掘进的主要原因。通过对砂浆拌和站采取以下措施,可大大提高施工效率:

(1)袋装水泥、膨润土等材料存放在拌和站保温棚内,河砂提前运至保温棚内进行升温,如有需要进行加热。

(2) 在保温棚内修建水池储放拌制用水,在储水池内安装加热棒进行加热,并设计温度控制回路,当水箱内水温降至40℃以下,加热棒开始加热,加热至70℃时即停止加热,以保证砂浆拌制用水的正常[5]。

(3)砂浆拌制时,严格遵循先加骨料和水进行搅拌,最后加水泥的顺序进行拌制。同时保证拌合站内成品砂浆出仓温度不低于15℃、隧洞内砂浆实测温度不低于10℃。

(4)尽量减少拌和站与砂浆车之间的距离,砂浆拌合站至隧洞洞门之间的管路重新进行铺设,减少管路弯折、低凹,让其浆液呈自由落体流至电瓶车的浆液罐中。

(5)每次清洗管路采用热水拌注膨润土的方式冲洗,避免砂粒在管路中堆积;定期统一对放浆管路进行疏通。同步注浆管路在每环推进完成后及时打开进行冲洗,并用高压风吹净凉干。

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图6    全封闭砂浆拌合站

5.施工期间出现的问题

(1)由于放浆管路过长(长约80米),每次放浆后浆液会在弯管处积存,放浆次数越多,浆液积存越多,在低温环境下容易冻结,导致频繁疏通放浆管,影响到盾构的正常掘进。

(2)由于盾构始发时盾构机处于露天环境中,同步注浆机的注浆泵容易积水受冻。

(3)分体始发期间盾构机泡沫剂箱内表层容易冰冻,泡沫管受冻胀裂。

(4)分体始发期间后配套设备受低温天气影响,故障率较高。

(5)上水管在夏天高温环境下进行安装,并采用法兰连接,但未设置伸缩调节节,在冬季低温时发生低温收缩,致使阀门处发生拉断。

 总结

对于一个项目来说,盾构冬季施工必须要综合评价,目的要明确,只有在此基础上才能判断盾构冬施的必要性。冬季施工属于特殊季节施工,且每个地区的冬季环境条件也不一样,因此要满足特殊季节施工,必须周密布署和制定详细的可实施的方案,实施冬施必然会增大人力和财力的投入,若采取的措施不当则会造成支出远远大于收入,反而得不偿失。


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