盾构全断面穿越玻璃纤维筋地下连续墙建议书.docx

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盾构全断面穿越玻璃纤维筋地下连续墙建议书

盾构全断面穿越玻璃纤维筋地下连续墙建议书

上海市基础工程公司

质量、环境和职业健康安全管理体系

课题建议书

SF/QESr3527

课题名称盾构全断面穿越地下连续墙施工技术

起止年月2014.7～2015.12

课题建议人韩建张良

建议书编制人韩建

2014年7月1日编写

填写说明

一、建议书编制应根据本提纲要求，逐项认真编写，表达要明确严谨，字迹要清楚易辨。

外来语同时用原文和中文表达。

二、课题建议书编写请使用A4纸。

四、报送公司书面材料一份（特殊情况，另定）和电子文本一份。

电子文本通过网络递交。

课题建议人必须确保书面材料和电子文本的一致性。

课题建议书

一、趋势判断和需求分析

国内外现状、水平和发展趋势（含知识产权状况和技术标准状况）；经济建设和社会发展需求；科学技术价值、特色和创新点。

1.国内外现状、水平和发展趋势

随着城市地铁网络的不断完善，合理充分地利用地下空间变得越来越重要。

特别是随着地铁网络的逐步形成，各线之间的换乘节点施工将使一些后建的地铁隧道不得不全断面穿越已建地铁隧道或其它地下结构设施的围护结构，给工程的顺利施工带来较大的难度，如何保证盾构顺利穿越围护结构并保证已有地下结构的安全正常使用，是施工中非常重要的问题。

在国内轨道交通较发达的城市已先后进行了盾构穿越桥梁桩基的技术研究，比如上海轨道交通10号线盾构穿越沙泾港桥工程、苏州轨道交通2号线盾构穿越广济桥工程以及沈阳地铁1号线盾构切削桥梁桩基工程，均取得了一定的成果，施工技术已较为成熟，但盾构全断面穿越玻璃纤维筋地下连续墙的施工先例较少，且需在短距离内连续穿越2堵玻璃纤维筋地下连续墙，如何顺利穿越且不影响周边环境以及运营中的上部结构安全是施工中需要解决的难题。

我第五工程公司中标的天津地铁5号线工程土建施工第16合同段区间盾构工程，盾构隧道右线全长1095.653m、左线全长1096.587m，为天津市的重大工程项目。

该区间隧道盾构从下瓦房站始发向大直沽西路站推进，区间隧道在软土中连续推进约1050m后需先后两次穿越9号线大直沽西路车站主体围护结构玻璃纤维筋地下连续墙，地墙混凝土为C30水下混凝土，穿越区含有部分普通桁架钢筋，两堵地墙间距为18.5m。

在先软后硬的工况下，盾构机的配置既要满足在软土中推进的要求又要具备穿越地连墙的能力，刀盘扭矩、推进力等都是需要考虑的问题，特别是刀具配置方面，如果采用成功切削桩基的配置并进行适当加强，可能存在在软土中磨损过大导致无法顺利切削地墙的风险，而如果采用目前切削硬岩及混凝土的主流配置-滚刀，可能在软土中推进时已经造成了滚刀偏磨从而失去作用，反而影响了正常的推进施工，所以如何选择施工设备是确保工程顺利实施的前提，也是前期研究中需要重点解决的难题。

盾构在切削地墙的过程中刀盘扭矩会不断增大，刀盘驱动温度会不断升高，如果盲目向前顶进可能造成刀盘磨损严重、刀盘卡死等不利情况，而采用加水、加泡沫剂等减磨、降温材料后，土舱压力会不断升高，在土舱减压的过程中必将带走部分土体，从而造成水土流失、影响上部结构的安全，所以采取何种措施确保盾构在一个较低的土体损失率下连续、快速的完成切削地墙施工，是一个需要关注的问题。

盾构机切削软硬不均的土体时，由于周边土体无法提供纠偏反力，容易发生盾构姿态恶化，致使盾构机发生偏转，偏离设计轴线。

由于地墙为刚性结构，一旦盾构轴线偏离设计轴线，穿越过程中无法纠偏。

而且两次穿越之间距离仅为18.5m，短距离内盾构轴线无法重新拟合设计轴线，造成第二次穿越过程中轴线继续偏离，穿越第二道地墙后距离进洞口仅28m，且上部为9号线B号出入口结构，纠偏幅度、方式受限，影响进洞安全，如何形成一套特殊工况下盾构轴线控制措施，是本课题的研究目标之一。

穿越围护结构以及在车站主体结构下方推进时势必会对车站结构产生一定的影响，如何采用先进的监测措施，及时、准确的反应变形情况，以便能够及时的调整施工参数，是确保上部结构安全的重要手段，也是本课题需要重点研究的内容。

另外我第五工程公司中标天津地铁Z1线尖山路站~Z1线文化中心站盾构工程，盾构隧道右线全长1258.753m、左线全长1259.233m，该区间隧道盾构从Z1线尖山路站始发，区间隧道在软土中连续推进约400m后需先后两次穿越第三工程公司中标的6号线阳光乐园站主体围护结构东西两侧的玻璃纤维筋地下连续墙，地墙混凝土强度等级C30。

目前的盾构法施工不能有效地切割钢筋混凝土结构。

盾构穿越钢筋混凝土墙，通常的施工方法是在穿越前通过人工凿除钢筋混凝土结构体或钻孔、预埋管爆破钢筋混凝土结构，增加了工人的劳动强度、降低了工效低、增加了成本和工期，并存在施工安全隐患。

这个问题困扰地铁工程中盾构穿越的围护结构区域的设计及施工多年。

正是在这种背景之下，玻璃纤维筋被应用于这个区域中，解决了此问题。

但玻璃纤维筋是一种新型材料，在工程实践中的应用并不广泛，对其的介绍也不多。

以6号线阳光乐园站玻璃纤维筋地连墙施工为例介绍其材料特性、施工工艺。

2．经济建设和社会发展需求

随着城市地铁的持续建设，经过短短几年的时间，天津也相继同时进行了多条地铁线路的建设。

加上本已十分丰富的地下公用设施，且新建建筑也多为桩基基础，留给后期地铁线路建设的空间已不是很多，给后期线路设计带来较大难度。

如果不开发出一套完整的、能够有效穿越障碍物的施工工法将给后续地铁线路的设计带来巨大的困难。

同时，盾构法隧道施工必然造成周围土层的移动，对周围环境的影响不容忽视，而且从目前的研究现状来看，针对盾构隧道掘进对周围环境影响的研究，重点在于对土体移动机理的分析，研究主要采用了解析方法、数值模拟和现场监测相结合的方法。

然而，很少有研究者将目光投向如何将地层变形控制与盾构掘进参数进行紧密联系。

因此，考虑到盾构隧道施工的特点，针对盾构隧道引起土体损失的控制，通过新型装置的开发、利用，利用监测信息的动态反馈等措施来建立一整套严格控制盾构施工土体损失的方法十分必要和紧迫。

如能形成一套新型的、先进的、全面的盾构全断面穿越障碍物的施工工艺，可为地铁线路设计提供一个新思路、新想法，在前期规划中只需将后期需穿越部分通盘考虑，即可直接穿越，给地铁规划带来便利，从而加速城市地铁的发展，提高建设速度，带动经济发展，满足城市人口日益增长的需要。

在城市地铁地下连续墙的盾构机穿越位置采用玻璃纤维筋代替钢筋，在盾构机进洞时可以直接切削围护墙掘进，从而避免了事前凿除钢筋混凝土或爆破钢筋混凝土结构的工作。

这样不仅简化了施工工艺、加快了施工进度、减少施工风险，还节约了成本，取得一定的经济效益。

3．科学技术价值、特色

在地下结构、公用设施日趋饱和的今天，留给城市地铁建设的空间越来越少。

盾构全断面穿越障碍物施工技术是解决这一瓶颈问题的有效办法之一。

施工设备不适应工程可能造成无法穿越、施工措施控制不到位可能造成盾构轴线的偏差、监测措施不全面可能造成穿越后造成土体损失过大从而影响环境安全。

因此有必要在盾构全断面穿越障碍物施工技术上做深入研究，通过设备、工艺以及监测技术的有效整合，以期形成一套完整的施工研究成果，为我公司在类似条件下的施工技术提供借鉴，提高企业应对相似环境的竞争力，为我司实行“走出去”战略提供技术后盾。

玻璃纤维筋在天津地铁6号线阳光乐园站地下连续墙的施工中的应用，使盾构穿越围护结构时施工时更安全，大大降低了施工风险，提高了施工效率，而且取得了很好的经济效益。

玻璃纤维筋作为普通钢筋的替代品，在地铁车站、盾构井的围护结构工程施工中具有较高的推广应用价值。

二、研究内容和技术关键

课题研究的总体目标和创新点，主要内容及所需要解决的技术关键（专利技术二次开发专项申请课题要求着重描述如何通过创新形成新的专利技术）。

1.课题研究目标

本课题将以我第五工程公司中标的天津市轨道交通5号线土建施工第16合同段下瓦房站~大直沽西路站区间隧道工程作为依托工程，通过盾构隧道全断面穿越地下连续墙的设备选择、线形控制措施、微扰动穿越施工工艺，实时监控措施的应用等研究成果应用于实际的穿越施工中，以理论研究为指导，重点解决工程中可能出现的各种施工技术问题，以达到安全、经济和微扰动施工的目的，并最终形成完整的盾构穿越地下连续墙施工技术。

本课题以6号线阳光乐园站玻璃纤维筋地连墙施工为依托，探讨了玻璃纤维筋代替钢筋的地下连续墙钢筋笼的施工特点，对施工技术措施和注意事项进行了介绍，最终形成玻璃纤维筋地下连续墙施工技术。

2.课题研究内容

结合天津市轨道交通5号线土建施工第16合同段下瓦房站~大直沽西路站区间隧道盾构推进工程，对以下关键技术进行研究：

1）盾构机设备各项性能参数的适应性研究；

2）刀具适应性研究（包括刀具的形式以及刀具的布置）；

3）盾构穿越运营中地铁围护结构的实时监控技术；

4）穿越施工防塌方预处理技术；

5）盾构穿越地下连续墙的施工控制技术；

6）盾构穿越地下连续墙对周边环境影响分析；

7）盾构穿越地下连续墙的土体损失分析；

8）盾构穿越运营中的地铁车站施工技术；

9）盾构穿越地下连续墙时盾构姿态、轴线的控制技术；

10）大埋深软弱土承压水层中气压法施工技术研究；

11）大埋深软弱土承压水层中气压法刀具检查及更换工法研究。

结合天津市6号线阳光乐园站地连墙围护结构工程，对以下关键技术进行研究：

1）玻璃纤维筋笼与普通钢筋笼加工制作安装；

2）玻璃纤维筋笼与普通钢筋笼吊装；

3课题研究需要解决的技术难点

1）盾构设备的选型以及各参数的制定，特别是刀盘刀具的配置研究。

2）盾构切削地墙时的参数设定以及盾构姿态的控制。

3）切削地墙时周边土体的变形规律以及对量化指标的测定。

4）穿越车站下方盾构轴线及姿态的控制。

5）对运营中的车站结构影响的监测，包括沉降量、水平位移等指标。

6）大埋深承压水地层中气压法施工。

7）玻璃纤维筋笼与普通钢筋笼整体吊装前加固措施；

4课题研究创新点

1）本课题依托工程施工环境复杂，需在软土地层中掘进1050m后短距离内连续穿越2堵玻璃纤维筋地下连续墙,施工技术难度和技术风险较大。

2）通过本课题的研究，开发出一种能够适应复合工况下推进的刀盘刀具布置，以及与之相配套的盾构机参数。

3）通过本课题研究，形成一套系统的复杂地质条件下盾构全断面穿越地下连续墙的施工技术。

4）通过本课题研究，形成一套系统的盾构在运营中地铁车站底板下方推进的施工技术。

5）本课题形成一套完备的监测技术理论来指导施工。

6）大埋深承压水层中气压换刀技术研究。

三、预期效果和风险分析

课题成果对社会发展所起的作用；经济效益和产业化前景（预计年产值、年利润、年节汇、年创汇、年节能等）；对环境影响程度及资源综合利用情况；可能的技术风险；可能的市场风险。

1.课题成果对社会发展所起的作用

本课题围绕盾构穿越玻璃纤维筋地下连续墙施工的特点，针对盾构设备选型、土体损失控制以及穿越施工工艺研究，形成一整套完备的施工工法，能够保障盾构隧道的顺利施工和周围环境的安全，为今后更多的城市盾构隧道施工提供技术支撑，为今后类似工程提供一个很好的借鉴作用。

2.经济效益

通过本课题对穿越施工可能导致土体损失过大的因素的研究，可以达到控制土体损失量的目的，确保上部结构及管线的安全，对环境保护有很大的作用，同时该工艺的成功实施可为以后线路设计带来便利，提高地下空间的利用率，满足对地下空间越来越大的需求，为全社会节约资源，提高经济效益。

四、公司主管部门批准意见

公司总工程师：

日期：