尹業(yè)兵,劉銳,張立
(中建隧道建設(shè)有限公司,長沙410000)
在上軟下硬復(fù)合地層開展盾構(gòu)施工時,由于在上軟下硬復(fù)合地層的巖石開挖難度大,且施工周期長,通常需要大土倉壓力確保開挖面穩(wěn)定性,所以必須建立合理的土倉壓力[1]。由于盾構(gòu)機上下部受力不均勻,會對盾構(gòu)姿態(tài)造成較大影響,且刀具從軟土層向硬巖石層轉(zhuǎn)化時,還會導(dǎo)致盾構(gòu)自轉(zhuǎn),擾動隧道附近巖土層,所以必須控制盾構(gòu)施工的地表沉降問題。
某市區(qū)軌道交通施工項目線路全長為22.8km,共計20站,站間距為1.25km,均為地下站,且包括4 座換乘站。項目結(jié)構(gòu)頂板穿越地層依次為黏土層、中風(fēng)化灰?guī)r層、全風(fēng)化頁巖層;結(jié)構(gòu)底板位于黏土層、全風(fēng)化頁巖層、中風(fēng)化灰?guī)r層以及強風(fēng)化頁巖層。項目處于斷裂構(gòu)造區(qū)域、褶皺構(gòu)造區(qū)域以及地震帶,地質(zhì)條件復(fù)雜,且風(fēng)化巖和溶洞問題嚴重。
硬質(zhì)地表沉降監(jiān)測通常應(yīng)用半圓頭鋼筋制作而成,選取鉆芯機鉆透路面結(jié)構(gòu)層,鉆孔直徑設(shè)置為15cm,將沉降觀測點設(shè)置在孔內(nèi),監(jiān)測點進行保護處理,以免車輛碾壓。土質(zhì)地表沉降監(jiān)測點內(nèi)打入鋼筋,之后使用混凝土進行固定處理。
在該區(qū)間內(nèi)盾構(gòu)范圍內(nèi),沿著隧道每相隔5m 設(shè)置一個沉降監(jiān)測點,每相隔30m 設(shè)置斷面,當(dāng)穿越風(fēng)險點時需要設(shè)置多個監(jiān)測點。并且通過全站儀放線測量隧道,明確地表斷面監(jiān)測點,如圖1 所示。
該項目于2018 年1 月開始監(jiān)測地表沉降問題,監(jiān)測點與開挖面的水平距離為L,隧道開挖直徑為D,施工允許沉降量為±20mm,沉降速率為±7mm/d。
圖1 橫斷面上的地表沉降監(jiān)測點布置圖
沉降實測數(shù)據(jù)分析包括以下2 方面:
1)斷面沉降規(guī)律。此次所研究的區(qū)間內(nèi),斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)完整,在均勻分布在研究段上,選取4 個斷面為代表,對斷面地表沉降規(guī)律進行分析,結(jié)果如表1 所示。
表1 橫斷面地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果mm
分析表1 可知:(1)監(jiān)測數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布,在單線施工時,所導(dǎo)致的地表沉降事件獨立,雙線橫斷面地表沉降會由不同線先后施工所致地表沉降加??;(2)由于隧道巖層位于上軟下硬復(fù)合地層,再加上盾構(gòu)施工對于地層穩(wěn)定性影響較大,所以斷面地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足正態(tài)函數(shù)曲線要求。
2)縱斷面沉降規(guī)律。從研究結(jié)果可知,監(jiān)測點盾構(gòu)位于中風(fēng)化石灰?guī)r夾層,且厚度比較大,局部含有大量裂隙水,從而形成裂隙水導(dǎo)水通道。盾構(gòu)施工遭遇軟硬結(jié)合面時,沒有及時調(diào)整施工參數(shù),引起周邊巖土層擾動,且產(chǎn)生涌水問題,裂隙水低于地下水位,從而導(dǎo)致地表沉降問題發(fā)生。
上軟下硬地層地表沉降控制措施包括:
1)控制土倉壓力和出土量。由于復(fù)合型地層施工會對上部軟弱層造成較大擾動影響,且土倉壓力提供開挖面支護力,以此確保掌子面水土壓力平衡。所以必須合理設(shè)置土倉壓力,并且按照隧道埋深。不同地質(zhì)情況以及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)整。可以通過改變掘進速度和出土量控制土倉壓力。
2)控制盾構(gòu)推力。盾構(gòu)施工進入到硬巖地層時,會相應(yīng)加大地層下部阻力,此時就會導(dǎo)致盾構(gòu)機出現(xiàn)磕頭問題。所以在掘進施工時應(yīng)當(dāng)加大千斤頂推力,并且盾構(gòu)上侵推進[2]。
3)控制注漿因素。盾構(gòu)機施工期間,注漿壓力大就會破壞上覆層軟弱層,還會導(dǎo)致管片變形,對盾構(gòu)施工安全性造成較大影響。當(dāng)壓力比較小時,漿液不會進入到巖體間隙層,此時需要按照上部軟弱層合理設(shè)置注漿壓力,按照標準要求控制漿液材料的含水量、黏稠度以及顆粒度。
地層改良控制措施包括:
1)軟弱層改良措施。在改良軟弱地層時,可以通過以下方式實現(xiàn):(1)盾構(gòu)機通過上軟下硬段之前,必須注重軟弱層加固處理;(2)隧道內(nèi)軟弱層與開挖面加固處理。在對地表軟弱層進行加固處理時,可以通過注漿及錨固等方式,但是地表條件會影響支護效果。在隧道內(nèi)實施軟弱層加固時,需要通過注漿方式加固[3]。
2)硬巖層改良措施。由于上軟下硬段也存在硬巖層,改變盾構(gòu)姿態(tài),且盾構(gòu)刀盤開挖面的巖土層切削程度不相同,此時就會導(dǎo)致開挖面與隧道巖土層損失。所以在盾構(gòu)掘進期間,當(dāng)存在局部硬巖石層時,需要在地表應(yīng)用豎井開挖、沖孔樁機等方式,破除局部硬巖石,以此提升局部硬巖石清理效果。
隧道工程建設(shè)期間需要排放地下水,若施工人員沒有注重該項操作的合理性,將會對土層穩(wěn)定性和強度造成影響?;谝陨戏矫?,在施工期間必須加強土層穩(wěn)定性,注重地下水排放的合理性。施工技術(shù)人員可以按照工程實際情況采用地下滲水封堵或阻斷方式,適當(dāng)減少排水時間。
綜上所述,由于盾構(gòu)施工穿越上軟下硬復(fù)合地層時,極易出現(xiàn)地表沉降問題,所以本文提出地表沉降控制措施包括上軟下硬地層地表沉降控制、地層改良控制措施以及合理排放地下水等,希望能夠全面控制盾構(gòu)施工的地表沉降問題。