秦 榛 (合肥市軌道交通建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督站,安徽 合肥 230001)
隨著我國城市化進程的不斷加速,城市地鐵建設的規(guī)模進一步擴大,網(wǎng)格化軌道交通網(wǎng)逐步形成。在地鐵建設施工過程中,盾構區(qū)間穿越既有建構筑物的情況時有發(fā)生,如箱涵、橋梁、已建成隧道、房屋及河流等,如何保證穿越既有構筑物的安全成為施工中極其重要的工作。
目前,盾構區(qū)間下穿雨水箱涵、雨污構筑物等工程案例較多,對下穿施工前、中、后的控制措施要求到位,地表沉降指標要求極高,且土體受到雨水箱涵周邊或上方車輛行駛的影響,如遇到鄰近接收端等地質(zhì)條件復雜的區(qū)域施工風險更大。因此,其施工過程的質(zhì)量安全尤為重要,特別是一級風險源,須予以足夠的重視。
合肥地鐵四號線某區(qū)間盾構施工鄰近接收端下穿雨水箱涵為一級風險源,施工沉降和安全控制難度相當大。
合肥地鐵四號線某區(qū)間呈由西向東行進,區(qū)間長度約1065m,采用暗挖法施工,區(qū)間線間距為12~17m,平面最小曲線半徑為400m,最大坡度為26‰,覆土深度約 8.7~26.0 m。
盾構施工采用的盾構機為國產(chǎn)的φ6240鉸接式土壓平衡盾構機。盾構管片環(huán)外徑6 m、內(nèi)徑5.4 m、壁厚0.3 m、環(huán)寬1.5 m,混凝土強度等級C50,抗?jié)B等級P10。
雨水箱涵鄰近區(qū)間盾構接收端(一級風險源)約7.5~9.5m,與掘進線路呈84°斜交,位置關系如圖1所示。箱涵部分結構為磚砌結(3.8×1.8m),風險評估等級為一級,因穿越風險和接收風險疊加,施工難度更大,且現(xiàn)場不具備導改條件,加之雨水箱涵改遷費用高,改遷工期長,影響總體施工進度。
圖1 雨水箱涵與區(qū)間隧道、端頭井的位置關系圖
盾構區(qū)間隧道直接穿越黏土⑥2層,地下水對工程影響不大,但不排除局部水量較大,盾構法施工時,地下水對結構外墻將產(chǎn)生較大的側壓力,同時需注意地下水位的變化對施工的影響。
圖2 盾構下穿雨水箱涵工程地質(zhì)剖面
3.1.1 編制專項施工方案
施工前,應編制專項施工方案且經(jīng)專家論證通過后,按要求報批后方可施工,且應得到相應產(chǎn)權單位的同意。
考慮到本重大風險源位于重要交通路口和國鐵南站附近,為確保施工安全萬無一失,本工程采用了“克泥效工法”抑制地表沉降。要求施工前,各項準備工作要充分,包括專業(yè)技術人員(必要時有技術顧問在場)、施工材料(管片、注漿材料等)和應急物資等,保證下穿過程不停機,掘進前應停機檢查,確保盾構機性能良好。
3.1.2 設置控制區(qū)域
在盾構下穿雨水箱涵位置前,設置控制區(qū)域,控制區(qū)域分為模擬控制區(qū)和控制區(qū),其中控制區(qū)為盾構刀盤到達建構筑物等風險源前30m直至盾尾離開洞門區(qū)域,模擬控制區(qū)為刀盤到達建構筑物等風險源前70m到30m區(qū)域(40m長)。
3.1.3 布設監(jiān)測點
為控制箱涵變形在允許范圍內(nèi),共布置兩種沉降測點對盾構穿越引起土體和箱涵變形情況進行監(jiān)測。利用鋼套管內(nèi)插鋼筋在箱涵上部布置直接監(jiān)測點,反映箱涵接縫處的相對變形量;在箱涵兩側埋設觀測點,反應箱涵兩側土體變形情況。
穿越施工過程采用攝像機器人對箱涵內(nèi)部結構進行連續(xù)觀察,發(fā)現(xiàn)錯臺、沉降變化,及時反饋。監(jiān)測頻率視不同的監(jiān)測區(qū)段而不同:在保護區(qū)內(nèi)推進過程中,要求施工單位24 h全天候跟蹤監(jiān)測,其中保護區(qū)設定6 h/次,箱涵區(qū)4h/次,根據(jù)監(jiān)測報表數(shù)據(jù)適時調(diào)整洞內(nèi)注漿參數(shù)。
3.1.4 現(xiàn)場補勘
通過補勘3~9 m為黏土,褐灰色;可塑,9~20 m為粉質(zhì)粘土,黃褐色,堅硬。補勘結果與地勘報告一致。
3.2.1 施工參數(shù)
分析控制區(qū)域的掘進參數(shù)和監(jiān)測情況,確定盾構下穿時最佳施工參數(shù),如表1所示。
擬采用盾構掘進參數(shù)控制 表1
3.2.2 同步注漿
穿越階段,采用盾構機本體同步注漿,漿液通過試配,適量增加水泥用量,以減少初擬時間,提高漿液初期強度,注漿過程中,根據(jù)推進速度,計算壓漿流量,保證漿液均勻壓注;嚴格按照配比進行漿液拌制,確保漿液質(zhì)量。
經(jīng)計算,每環(huán)管片的理論注漿量為3.75 m3,實際注漿量按1.15~1.3倍考慮,實際注漿量為4.3~4.88 m3,注漿量的調(diào)整以下穿過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)。同步注漿壓力控制為0.2~0.3MPa。
3.2.3 二次補充注漿
在管片脫出盾尾后及時進行二次注漿。二次注漿先采用雙液漿,后根據(jù)穿越部位的變形情況選用水泥單液漿,注漿壓力為0.2~0.4 MPa。
3.2.4 盾構姿態(tài)控制
在盾構進入箱涵影響范圍內(nèi)之前,盾構姿態(tài)需盡可能地保持良好的姿態(tài)穿越箱涵。在穿越箱涵過程中,保證盾構勻速、直線通過,減少盾構糾偏量和糾偏次數(shù)。穿越過程中,不得開啟超挖刀。
3.2.5 監(jiān)測控制值
盾構掘進施工中如遇所測變形數(shù)據(jù)異常,應及時向業(yè)主、設計、施工和監(jiān)理單位提出報警,當異常嚴重時應實時不間斷監(jiān)測。依據(jù)設計所給出的基坑監(jiān)測項目的報警值,監(jiān)測報警指標一般以總變化量和變化速率兩個量控制,累計變化量的報警指標一般不宜超過設計限值。本項目部分監(jiān)測項目的報警值如下表2所示。
報警指標體系 表2
3.2.6 不間斷安全巡查
除了日常的監(jiān)測外,應建立地表巡查制度,安排專人沿隧道線路巡視,發(fā)現(xiàn)地表有異常變形及時報告。
為保障后續(xù)施工過程的安全性,同時驗證此次下穿作業(yè)未對雨水箱涵造成擾動影響,施工后仍對雨水箱涵及周邊地表沉降情況定期進行監(jiān)測。下穿施工結束后3個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況,監(jiān)測表明:最大累計沉降值為-2.59mm,符合設計規(guī)范要求。
基于合肥地區(qū)多為黏土質(zhì)地層,通過采用有效地施工風險控制措施,合肥地鐵四號線高呈區(qū)間盾構鄰近接收端下穿雨水箱涵安全平穩(wěn)通過,雨水箱涵沉降滿足要求,各項監(jiān)測控制指標滿足設計和規(guī)范要求,累計沉降控制在6mm以內(nèi),保證了施工的正常推進和質(zhì)量安全管控,取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
本工程按照施工“前、中、后”三階段風險控制方法,從技術和管理兩方面著重采取了措施,通過盾構施工參數(shù)及工程實踐成效得到了有效驗證,為類似工程提供了借鑒經(jīng)驗。