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        復雜地質(zhì)環(huán)境下地鐵盾構既有錨索處理技術

        2020-07-20 12:01:44王起飛
        四川建筑 2020年2期
        關鍵詞:號線錨索盾構

        王起飛

        (1.中鐵十六局北京軌道交通工程建設有限公司, 北京 101100;2.西南交通大學地質(zhì)工程系, 四川成都 610031)

        城市化進程需要更加便捷的公共交通系統(tǒng),而地鐵已成為公共交通重要組成部分。盾構法施工技術的大力發(fā)展,從一定程度上推動了地鐵行業(yè)發(fā)展,但由于城市內(nèi)大多高層建筑采用樁錨體系,盾構掘進過程不可避免的會進入錨索區(qū)域,如果處理不當,極易造成刀盤結泥餅和螺旋機卡死現(xiàn)象,影響施工進度。因此,急需尋找一種快速、經(jīng)濟、高效的錨索處理方案。王淼[1]在鄭州地鐵1號線區(qū)間穿越高層地下室錨索時,比較了明挖基坑清除、暗挖隧道清除、人工挖孔拔除等方案,確定了人工挖孔結合錨索拔除的錨索處理方案;朱川鄂[2]在鄭州地鐵5號線盾構區(qū)間采用暗挖橫通道法處理錨索;葉家強[3]分別采用了開挖豎井后用千斤頂拔除、先將錨索用沖擊鉆沖斷再用旋挖鉆機拔除的方法,將殘留錨索清除;游杰,顏岳[4]提出了地面旋挖鉆切割處理配合盾構推進的錨索處理施工方案,期間對跟管鉆進套取法、人工挖孔樁分段拔除法、全套管鉆機切割法、明挖處理法、暗挖處理法、電力腐蝕法、盾構開艙切索法逐一進行了論述。

        本文以昆明地鐵五號線白云路站-穿金路站盾構區(qū)間錨索處理為例,并綜合先期錨索處理的各種方案和項目實際情況,通過對工期、工程成本、處理效果多方面考慮,最終探索出明挖法+咬合樁+攪拌樁配合盾構推進的錨索處理技術,使該盾構區(qū)間順利掘進并安全下穿既有成型隧道,該施工技術可為類似工程提供借鑒。

        1 工程概況

        1.1 工程簡介

        昆明市軌道交通5號線白云路站-穿金路站區(qū)間隧道初步設計里程為右白穿區(qū)間起始里程為CK02+664.044~CK03+597.673,區(qū)間長931.508 m,采用盾構法施工。該區(qū)間白云路站~穿金路站盾構區(qū)間南側3.42 m處為霖嵐國際廣場兩棟31層樓房,該樓房施工時采用樁錨支護形式,錨索呈每排4股(4s15.2鋼絞線)布置,排距為2.8 m。共計約153 m錨索侵入隧道范圍,約220股,如圖1和圖2為地鐵隧洞與霖嵐國際廣場錨索的平面和斷面相對位置。

        由圖2可知白云路站-穿金路站區(qū)間側穿霖嵐國際廣場范圍內(nèi)土體以粉質(zhì)黏土、粉砂、圓礫土為主。白云路站-穿金路站區(qū)間在錨索影響區(qū)距離高層建筑霖嵐國際廣場僅3.42 m,在右側又有最小凈距僅為1.76 m的既有地鐵四號線隧道,受錨索、高層建筑、既有地鐵隧道多重影響。霖嵐國際廣場已于2013年完工,該基坑圍護與主體結構間空隙已回填,不具備從該處拔除條件,且錨索已在土體中較長時間,部分已經(jīng)銹蝕,易拔斷。盾構機掘進過程遇有殘留錨索,極易造成刀盤結泥餅和螺旋機卡死等現(xiàn)象。錨索位于白云路站-穿金路站區(qū)間始發(fā)段,無試驗段條件;若拔出措施及相應的加固措施不合理,易導致4號線成型隧道隆起或下沉,管片錯臺、開裂等,危及成型隧道結構安全??梢姡谔幚礤^索過程中既要確保處理效果,還應確保盾構施工段的土體加固效果。

        圖1 軌道交通5號線白云路站-穿金路站區(qū)間隧道與霖嵐國際廣場錨索平面示意

        圖2 軌道交通5號線白云路站-穿金路站區(qū)間隧道與霖嵐國際廣場錨索橫斷面示意

        2 錨索拔除措施

        通過對本工程錨索數(shù)量及埋深進行調(diào)查,提出將部分錨索通過單渡線調(diào)整移至車站明挖段進行處理,此類錨索處理工藝效果最佳,雖然不可避免有殘留錨索,但此時錨索預應力已損失殆盡,可采用切斷能力適中的機械設備進行處理,減少后期處理過程的經(jīng)濟損失,具體為:將設置在白云路站處單渡線調(diào)整至穿金路站,穿金路站從原設計155 m增加至290 m,通過明挖方式處理部分錨索約180根,如圖1所示A區(qū);為避免明挖基坑范圍外錨索殘留,根據(jù)三軸攪拌樁機機械功率分析,在已切斷錨索、且埋深20 m范圍內(nèi)采用攪拌樁清除(圖1B區(qū));在埋深超過20 m范圍以及未切斷區(qū)域,采用素咬合樁進行加固及清除(圖1C區(qū))。

        2.1 明挖法處理錨索

        區(qū)間與車站范圍調(diào)整,車站起點里程(盾構區(qū)間終點里程)由原來K03+597.673,調(diào)整為左DK3+453.211、右DK3+512.211。通過地下連續(xù)墻切斷、明挖法挖出的方式清理錨索,降低盾構施工風險,如圖1車站輪廓線所示。

        2.2 攪拌樁處理錨索

        針對圖1所示B區(qū)范圍,采用φ850@600攪拌樁進行地面加固,加固里程為右DK3+431~右DK3+476.5~右DK3+507。右DK3+431~右DK3+476.5段,加固范圍為4號線隧道底部以下至5號線隧道頂部以下0.5 m,以及隧道左右外輪廓3m范圍;右DK3+476.5~右DK3+507段,加固范圍為4號線隧道中心線以下至5號線中心線以上,以及4號線隧道右線外輪廓3 m范圍。攪拌樁實樁部分水泥摻量建議18 %~25 %,空樁部分不小于7 %。施工縱剖面如圖3所示。

        2.3 旋挖鉆處理錨索

        旋挖鉆相比三軸攪拌樁而言,切斷能力較大,適應性更強,可用于埋深大于20 m的穿金路站端頭位置的錨索處理,采用素咬合樁地面加固方式處理錨索,直接利用旋挖鉆對端頭井位置錨索進行拔出,既保證地層加固效果,又確保白云路站-穿金路站區(qū)間順利始發(fā)。采用旋挖鉆施做φ1 000 mm@800 mm的素咬合樁,施工過程采用“隔三跳一”的打孔方式。鉆機就位后,鉆頭中心采用樁定位器對準樁位,為保證鉆孔的垂直度,在鉆進過程中,設置鉆機導向裝置,利用雙向調(diào)節(jié)標尺或線墜調(diào)整鉆桿垂直。在鉆進過程中根據(jù)地質(zhì)條件結合試驗測定確定泥漿各項指標。鉆具入孔后,先進行泥漿循環(huán),然后慢下至孔底,輕壓慢轉數(shù)分鐘后,逐步增大轉速鉆壓進入正常鉆進,期間根據(jù)錨索埋深測量計算出鉆進深度,在錨索區(qū)域適量加大轉速,直至清除侵入隧道范圍的錨索,然后將開挖土體與錨索一同拔出,圖4為旋挖鉆施工縱剖面示意。

        針對錨索情況盾構機刀盤刀具增加部分高強度撕裂刀,在掘進中可將錨索進行破壞,通過盾構刀盤開口進入土倉,且可經(jīng)過螺旋輸送機排出,結合地層情況,本工程刀盤開口率控制在35 %。主要盾構參數(shù)包括,推力1000~1400 T、刀盤扭矩100~120 bar、推進速度45~50 mm/min、土倉壓力1.7~1.9 bar、注漿壓力1.23~1.3 MPa、注漿量4.5~5.0 m3。

        圖3 三軸攪拌樁施工縱剖面示意

        圖4 旋挖鉆施工縱剖面示意

        3 施工效果監(jiān)測

        白云路站-穿金路站區(qū)間盾構下穿既有4號線、穿越錨索施工期間,施工監(jiān)測內(nèi)容主要包括周邊建構筑物及地表沉降,監(jiān)測過程采用先進電子水準儀,以人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測相結合的監(jiān)測方法并嚴格按照規(guī)定的監(jiān)測頻率進行。在地表、4號線隧道內(nèi)、霖嵐國際廣場(A、B棟)、機電小區(qū)、云南化工機械廠住宅小區(qū)等周邊建筑物布置了監(jiān)測點,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和分析,發(fā)現(xiàn)建筑物軌道站臺的JGC34-8點位沉降量最大,累計沉降達到-4.56 mm;沉降速率為0.41 mm/d;地表范圍內(nèi)五號線右線隧道43環(huán)DBC3460-4沉降量最大,累計沉降達到-21.58 mm;沉降速率為-0.62 mm/d。目前規(guī)范要求地表沉降值控制值為30mm、隆起控制值為10 mm;機電小區(qū),要求房屋傾斜控制值為4 ‰;霖嵐國際廣場房屋傾斜控制值為2 ‰??梢?,與控制值相比,沉降的累計值和變化速率均在控制范圍內(nèi)。

        4 結論

        (1)侵入地鐵盾構隧道的錨索拔除,需結合工程實際、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及錨索分布情況等,分區(qū)設計方案,針對各區(qū)特點提出針對性拔除措施。

        (2)可在盾構機刀盤增加部分高強度撕裂刀,以在掘進中將可能殘留的錨索破壞,并使其通過盾構刀盤開口進入土倉,經(jīng)過螺旋輸送機排出,與本文類似地質(zhì)條件可將刀盤開口率控制在35 %。

        (3)可采用明挖法、咬合樁、攪拌樁配合盾構推進技術處理錨索,在昆明地鐵五號線白云路站-穿金路站區(qū)間取得了明顯效果。

        (4)錨索拔除期間應進行地表隆起或沉降、錨索基礎建筑物變形等方面的適時監(jiān)測,及時評估拔除措施對周邊安全的影響。

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