SEW工法原理及其国内应用效果分析.docx

SEW 工法原理及其国内应用效果分析韩延飞【摘 要】 The study has the systematic summary of the theoretic foundation for the application of SEW construction method in the shield end con- struction, undertakes the analysis of the reasons for the problems in the practice at No. 5 metro in Guangzhou, and points out the engineering solu- tion scheme, so as to provide the direction for the adoption of the method in future.%系统总结了 SEW 工法在盾构端头施工中应 用的理论基础，结合广州地铁 5 号线实践中出现的问题进行成因分析，提出了工 程解决方案，为今后采用该工法提供指导。【期刊名称】 山西建筑【年(卷),期】 2012(038)021【总页数】 2 页(P202-203)【关键词】 SEW 工法;盾构始发;复合材料【作 者】 韩延飞【作者单位】 广东省环境工程装备总公司,广东广州 510635【正文语种】 中 文【中图分类】 U231.3地铁土建施工中，盾构始发与到达安全是涉及工程成败的关键环节。目前国内主要是通过始发端与到达端地层的加固来达到洞口凿除后掘进面地层的稳定，端头地层 的加固方法通常采用固结注浆法、搅拌桩或旋喷桩法、冷冻法等。上述加固方法必 须保证有足够的加固场地，另外在加固效果、环境保护、工程成本等方面各自存在 着一些问题，因此人们迫切希望能有一种工期短、造价低、施工安全性高的盾构新 工法问世。 SEW 工法就是在化学合成复合材料 ffu 基础上诞生的一种满足盾构始 发与到达需求的新工法。1 SEW 工法理论基础分析1 1 SEW 工法技术要求SEW 工法是在围护结构洞门范围内预先安装 ffu 材料部件来替代传统墙材，可使 盾构直接切削 ffu 部件进行始发、到达的施工工法。作为替代墙体材料， ffu 部件 显然应具备以下技术要求:1)ffu 部件的厚度不大于围护结构的厚度;2)ffu 部件应保持围护结构的性能，即其 强度外侧土体压力+水压力;3)ffu 部件应具备可切削性。即用一般的盾构机刀具 切削时，对刀具寿命无影响。在满足上述要求同时， ffu 材料还具备较高的止水性能，所以 SEW 工法不仅能够 免除洞门凿除给工程带来的端头地层失稳、涌水等风险，还能在一定程度上减小端 头加固范围，甚至取消端头加固，降低了周边环境条件、管线条件对工程的制约。 SEW 工法 ffu 部件布置示意图见图 1。12 ffu 材料性能从表 1 可知，用于 SEW 工法的 ffu 部件在物理性能上具有以下几方面特点:1)具有 较轻的单位质量，约为混凝土的 1/34;2)具有较高的弯曲强度与抗压强度;3)具有 较低的剪切强度。SEW 工法正是利用了 ffu 部件作为替代墙材所具备的高弯曲强度与抗压强度来保持围护结构的性能，利用其较低的剪切强度来实现盾构始发与到达时刀具对墙体的 直接切削。13 SEW 工法墙体类别地铁施工中，盾构井围护结构的结构形式主要有地下连续墙、钻(冲)孔桩、 SMW 桩等，结构形式不同， SEW 工法 ffu 部件的连接方式与施工方法也不同。表 1 SEW 工法用 ffu 部件物理性能力学性能 纤维方向标准值 容许值单位体积质 量/g cm 3 074 074 弯曲强度/N mm 2 竖向 72 36 抗压强度/N mm 2 竖向 569 28 5 横向 132 66 剪切强度/N mm 2 竖向 9 1 46 横向 62 3 1 注:1)以上物理性能值是通过 ffu部件实验、工字钢和 ffu 部件接头实验、 连续墙与 ffu 部件接头实验得出。 2)容许值为相对于标准值安全率(破坏值)3 ，短期 使用增加 1 5 倍的值为保证 SEW 工法墙体具有良好的止水能力，一般推荐在连续性好的地下连续墙与 SMW 桩结构中使用。 SEW 工法在地下连续墙结构中应用时，除 ffu 部件外，其 他部位的芯材均为钢筋笼。SEW 工法在 SMW 桩结构中应用时，除 ffu 部件外，其他部位的芯材均为 H 型钢， 因此，应考虑 ffu 部件与 H 型钢的连接问题，即连接后芯材能够顺利插入水泥土 中的问题。14 SEW 工法设计要点1)ffu 部件断面尺寸。SMW 桩围护结构中:ffu 部件壁厚=H 型钢高度;ffu 部件宽度=H 型钢翼板宽度。连续墙围护结构中:ffu 部件壁厚=连续墙厚度50 mm2连接部钢板厚度2;ffu 部件宽度不小于 400 mm。2)弯曲应力的计算。为保证盾构始发或到达前， ffu 部件在正常水土压力下的抗弯能力，需在围护结构 弯矩计算的基础上，进行 ffu 部件的弯曲应力核算。其中，fb 为作用在 ffu 部件上的弯曲应力值，N/mm2;fba 为 ffu 部件的弯曲应 力容许值;Mmax 为作用在 ffu 部件上的最大弯矩，kN m;Nmax 为作用在 ffu 部件 上的最大轴力， kN;Z 为断面系数;A 为断面面积。3)剪切应力的计算。为保证盾构始发或到达前， ffu 部件在正常水土压力下的抗剪能力，需在围护结构 剪力计算的基础上，进行 ffu 部件的剪切应力核算。其中，f2 为作用在 ffu 部件上的剪切应力值，N/mm2;f2a 为 ffu 部件的容许剪 切应力值， N/mm2;Vmax 为作用在 ffu 部件上的最大剪力， kN。 4)墙后地层的加固。对墙后地层进行一定范围加固在 SEW 工法中有时也是必要的，加固的目的主要是 解决以下问题:a 盾构始发端。防止进行墙体切削前，墙体背后地层受扰动造成墙 体产生过大变形;为盾构切削作业提供足够的背后抗力，防止切削面受力不均，产 生较大的混凝土块及 ffu 块，造成排出困难。 b 盾构接收端。防止进行墙体切削 前，墙体背后地层受扰动造成墙体产生过大变形;降低盾构在 SEW 工法施工前的推 进速度。通常盾构正常推进速度在 20 mm/min 以上，但 SEW 工法在墙体切削时 为了达到对墙体良好的切削效果，要求推进速度控制在 2 mm/min 3 mm/min。 SEW 工法端头地层的加固范围在隧道纵向一般要求 LD/2， D 为盾构机外径长度， 加固宽度的确定同传统方法。2 广州地铁应用实施效果分析SEW 工法在五号线大坦沙西场区间的泥水盾构始发施工虽然最终取得了成功， 但实施过程中出现了一些未曾预料到的情况，给施工造成一定影响，如出现大块的 混凝土及 ffu 材料剥落、排浆管路堵塞、泥浆池产生大量泡沫。2 1 大块混凝土及 ffu 材料剥落分析切削施工中，发现泥水舱有大块 ffu 切削碎片(最大长度约为 800 mm) ，由于无法 顺利随泥浆排出，曾造成泥浆管路堵塞;切削作业完成后进行检查时，发现泥水舱 内有更大的 ffu 切削碎片(长度约为 1 200 mm) ，且舱下方聚积有混凝土块。考虑 到降低盾构穿越珠江施工风险(江底下方约 5 m) ，提前对 ffu 切削碎片及混凝土块 进行了开舱清除。2 1 1 成因分析1)盾构刀具配置上中心先行刀比齿刀长 80 mm ，刀具间刀头差造成 SEW 墙体非 均匀受力，而是先产生局部破裂;2)与 ffu 部件的高度韧性相比， ffu 部件之间的混 凝土压缩强度高，但易碎，切削作业中混凝土先于 ffu 部件破裂，在切削后期ffu 部件变薄，刀盘回转方向的反作用力减小， ffu 横着折断;3)SEW 墙体为竖直，而 本段区间线路设计纵坡高达 55，造成刀盘面板与 SEW 墙面形成夹角，虽然有 可能通过措施弥补这一情况造成的影响，但从现场切削效果看，上部先于下部切削 完，这与 ffu 部件墙体纤维逐层均匀剥离的理想状态相差较大。2 12 工程解决措施 1)在不影响对区间全段工程适应性基础上，刀具选型配置尽可能考虑与 SEW 工法 的协调性;2)减小盾构的推力，并降低切削速度;3)将 ffu 部件侧面设计成凹凸状， 提高构件与混凝土的附着力，使其结合成一体易于切削;4)在满足 ffu 部件对背后水 土压力具有足够的抵抗力前提下，在 ffu 部件背面切入等长预切切口。22 排浆管路堵塞分析22 1 成因分析大块的 ffu 及混凝土块碎屑产生后，将根据其形状的大小一部分留在泥水舱内，另 一部分与排浆管直径接近的会随泥浆进入泥浆管路中。聚积在泥水舱内的 ffu 及混 凝土块碎屑可能造成排浆口的堵塞;而进入排浆管中的大块 ffu 及混凝土块碎屑则 可能造成管路的堵塞。222 工程解决措施 1)泥浆流动不畅时进行回流处理，如无效，则查清阻塞是发生在舱内还是管路中， 然后进行开舱或拆管清除;2)为防止大块的ffu 及混凝土块碎屑在排泥管中造成堵塞， 在盾构机附近设置一个装有滤网的采石箱。滤网设计成令圆形 ffu 碎屑难通过的结 构;3)安装一台搅动器，分散集中在排泥口处的 ffu 构件的碎片及混凝土块;4)在切 削刀头的背面安装一个搅拌棒，搅动聚积在室内下面的混凝土块。23 泥浆池产生大量泡沫分析本工程地面泥浆池设计比 SEW 工法在日本使用时的泥浆池大几倍以上，且泥浆泵 吸水口设置于泥浆槽下方，预计即使产生少量泡沫，也不会堵塞泥浆泵。但施工中 产生的泡沫量远超预料，导致停止盾构作业，进行泡沫清除。 1)成因分析。施工中虽是采用的大型泥浆池，但由于中间被细小分割，加之 ffu 比 重较轻(074) ，切削成粉末状后易与空气混合堆积于泥浆表面，造成 ffu 汇集于 泥浆排放口隔板处，从而产生大量泡沫。另外，盾构切削的 ffu 既有较大的切削碎 片也有小粉末，小粉末的形状复杂多样，在水中搅拌时，很多气泡会附着在粉末上 产生泡沫，在泥浆中产生的泡沫量会更多。 2)工程解决措施。为了防止泡沫产生造成泥浆泵阻塞，可在泡沫产生时，选用有效 的去泡剂加入泥浆中进行除泡。3 结语通过国内 SEW 工法的实践，可以看出由 ffu 材料为主构成的盾构井临时墙体，其 力学性能是能够满足工程需要的。对今后 SEW 工法的使用，应事先分析其对工程和设备的适应性。从盾构形式上看，土压盾构对 SEW 工法的适应性要更强一些。 SEW 工法在大深度盾构隧道始发中较传统方法更为安全、经济，规避了端头加固 效果不理想所带来的工程风险。随着 ffu 材料的国产化以及产品价格的降低，在施 工场地受限、临近建筑物及管线条件复杂或环保要求高的盾构始发及到达工程中， SEW 工法应能发挥其优点。参考文献:【相关文献】1 発進到達用土留壁(SEW)工法設計施工指針(案) 日本:积水化学株式会社， 1999 2 许本安，李秀治材料力学M 上海:上海交通大学出版社， 19883 张凤祥，朱合华，傅德明盾构隧道M 北京:人民交通出版社， 20044 中铁隧道勘测设计院有限公司广州地铁 5 号线大坦沙西场盾构区间施工设计Z 2006