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        盾構(gòu)連續(xù)穿越淺基礎(chǔ)民居微變形控制技術(shù)

        2022-04-20 07:28:06邵金超
        鐵道建筑技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:長(zhǎng)管刀盤民居

        邵金超

        (中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 100018)

        1 引言

        隨著城鎮(zhèn)化的提出與實(shí)施,越來(lái)越多的地鐵線路向城市郊區(qū)及城鎮(zhèn)延伸。郊區(qū)城鎮(zhèn)的民房通常具有修建時(shí)間較早、層數(shù)低、淺基礎(chǔ)和地基承載力較低等特點(diǎn)。地鐵盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)民居時(shí),由于地層擾動(dòng)、同步注漿壓力等原因,常常造成淺基礎(chǔ)建筑物產(chǎn)生過(guò)大的變形、不均勻沉降甚至倒塌的風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。

        圍繞盾構(gòu)下穿建筑物沉降控制方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一定的研究。傅一棟[4]、謝雄耀[5]等人針對(duì)黏土層、卵石泥巖復(fù)合地層,劉輝等[6]針對(duì)上軟下硬地層,分析了盾構(gòu)下穿建筑物時(shí),建筑物的變形規(guī)律,提出了沉降控制措施。張哲[7]、謝雄耀[8]、龔學(xué)權(quán)[9]等人研究了砂層及黏土層盾構(gòu)下穿淺基礎(chǔ)建筑物變形控制技術(shù),提出了建筑物加固、控制掘進(jìn)參數(shù)及加強(qiáng)監(jiān)測(cè)等手段控制建筑物沉降。李梓亮[10]、楊益[11]等人基于數(shù)值模擬研究了盾構(gòu)下穿既有建筑物變形規(guī)律,并對(duì)建筑物加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。王曉睿等[12]研究了既有建筑物的存在對(duì)盾構(gòu)施工的影響,分析了地表沉降規(guī)律,提出了控制地表沉降方案。張斌等[13]針對(duì)粉砂地層、劉曉巖[14]針對(duì)軟土地層,分析了盾構(gòu)下穿建筑物沉降原因,并提出控制沉降措施。劉安偉等[15]研究土壓平衡模式下黏土地層盾構(gòu)穿越建筑物變形控制技術(shù),提出了通過(guò)控制掘進(jìn)參數(shù)來(lái)控制建筑物沉降的措施。

        綜上,這些學(xué)者對(duì)粉砂地層、巖溶地層、黏土地層等盾構(gòu)下穿建筑物進(jìn)行了一定的研究,但對(duì)杭州地區(qū)淤泥質(zhì)軟弱土層盾構(gòu)連續(xù)下穿淺基礎(chǔ)民房鮮有研究,或沒(méi)有針對(duì)具體地層及施工情況對(duì)建筑物進(jìn)行分析,而且其他地區(qū)成果無(wú)法應(yīng)用至杭州地區(qū)。因此,本文以杭州某盾構(gòu)區(qū)間連續(xù)下穿淺基礎(chǔ)民居工程為例,分析軟弱地層盾構(gòu)連續(xù)穿越淺基礎(chǔ)建筑物變形特性,提出盾構(gòu)連續(xù)穿越淺基礎(chǔ)建筑物施工控制技術(shù)。

        2 工程概況

        2.1 工程簡(jiǎn)介

        杭州某出入段線盾構(gòu)區(qū)間連續(xù)下穿淺基礎(chǔ)民居,隧道埋深約為10.4~14.1 m。盾構(gòu)區(qū)間多次下穿淺基礎(chǔ)民居,民居多為村民90年代自行建造,2000年左右改造,基礎(chǔ)形式均為淺基礎(chǔ),埋深約地面下1.5~2 m,盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中需充分考慮對(duì)周邊環(huán)境的影響。盾構(gòu)下穿淺基礎(chǔ)建筑物平面見(jiàn)圖1。

        圖1 盾構(gòu)隧道與淺基礎(chǔ)民居平面關(guān)系

        2.2 工程地質(zhì)條件

        盾構(gòu)施工中,穿越土層主要為砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土和圓礫層。物理參數(shù)見(jiàn)表1。

        表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

        2.3 水文地質(zhì)條件

        場(chǎng)地地下水類型可分為松散巖類孔隙潛水、松散巖類孔隙承壓水和基巖裂隙水。

        潛水主要賦存于淺(中)部填土層、粉土及黏性土層中。潛水穩(wěn)定水位埋深為地面下0.30~2.00 m。承壓水主要分布于下部的?1粉砂、?4圓礫、?2礫砂、?4圓礫層中,承壓水水頭埋深0.92 m。承壓水受側(cè)向徑流補(bǔ)給,富水性好,具有明顯的埋藏深、污水少、水量大、流速極慢、咸~微咸的特點(diǎn)?;鶐r裂隙水埋藏于第四系土層之下,主要賦存于下部基巖風(fēng)化裂隙內(nèi)。

        3 盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)民居微變形控制技術(shù)

        3.1 長(zhǎng)管注漿加固技術(shù)

        3.1.1 長(zhǎng)管注漿加固工藝

        本區(qū)間盾構(gòu)連續(xù)穿越既有老舊建筑物,其中既有建筑物均為淺基礎(chǔ),所以施工中應(yīng)對(duì)土層進(jìn)行加固。長(zhǎng)管注漿可有效地對(duì)隧道周邊土體進(jìn)行加固,極大地減小地表既有建筑物沉降。軟土地層具有滲透性低、強(qiáng)度低、壓縮性高等特點(diǎn),因此,施工過(guò)程中采用合理的注漿加固工藝十分重要。

        在盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)民居5環(huán)后對(duì)隧道周邊土體進(jìn)行二次注漿加固,選用直徑φ48 mm鋼花管進(jìn)行加固,鋼花管長(zhǎng)度為2.5 m,在管片上新增10個(gè)注漿孔,隧道長(zhǎng)管注漿加固技術(shù)剖面圖見(jiàn)圖2。

        圖2 隧道長(zhǎng)管注漿加固技術(shù)剖面圖

        3.1.2 漿液材料配比

        通過(guò)試驗(yàn)段確定了長(zhǎng)管注漿的材料配比及性能指標(biāo)(見(jiàn)表2),材料主要包括水玻璃、水泥和水,其中水泥采用P.O42.5硅酸鹽水泥,水玻璃濃度為35 Be。長(zhǎng)管注漿壓力應(yīng)不大于0.3 MPa,填充率不小于150%,注漿擴(kuò)散半徑為0.5~1.0 m。

        表2 長(zhǎng)管注漿材料配比及性能指標(biāo)

        3.2 盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)民居掘進(jìn)參數(shù)分析與控制

        3.2.1 同步注漿

        盾構(gòu)下穿淺基礎(chǔ)民居應(yīng)控制同步注漿量和漿液質(zhì)量,確保漿液和易性好,泌水性小。同步注漿量控制在建筑空隙的150%~180%,注漿壓力控制在0.2~0.3 MPa。同步注漿漿液選用可硬性漿液,配合比見(jiàn)表3。

        表3 同步注漿配合比 kg

        圖3為盾構(gòu)右線下穿5號(hào)建筑物時(shí)實(shí)際注漿量和理論注漿量對(duì)比曲線,理論注漿量上限和下限分別按照空隙的180%和150%考慮。從圖3可以看出,實(shí)際注漿量在理論注漿量上限值左右波動(dòng),因此,淺基礎(chǔ)建筑物變形可能與同步注漿不到位有關(guān)。

        圖3 實(shí)際注漿量與理論注漿量對(duì)比

        3.2.2 總推力與土艙壓力關(guān)系

        圖4為盾構(gòu)右線下穿淺基礎(chǔ)建筑物時(shí)土艙壓力與總推力之間關(guān)系。由圖4可得:土艙壓力數(shù)值在20 kPa上下波動(dòng),盾構(gòu)總推力數(shù)值在13 500 kN上下波動(dòng);盾構(gòu)下穿淺基礎(chǔ)建筑物時(shí),通過(guò)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)控制,土艙壓力與盾構(gòu)總推力變化曲線趨于一致。

        圖4 土艙壓力和總推力關(guān)系曲線

        3.2.3 總推力與刀盤扭矩關(guān)系

        圖5為盾構(gòu)右線下穿5號(hào)建筑物時(shí)刀盤扭矩與總推力之間關(guān)系。

        圖5 刀盤扭矩和總推力關(guān)系曲線

        由圖5可得:刀盤扭矩?cái)?shù)值在1 500 kN·m上下波動(dòng),盾構(gòu)總推力數(shù)值在16 000 kN上下波動(dòng);盾構(gòu)下穿淺基礎(chǔ)建筑物時(shí),通過(guò)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)控制,刀盤扭矩與盾構(gòu)總推力變化曲線趨于一致。

        3.2.4 總推力與掘進(jìn)速度關(guān)系

        圖6為盾構(gòu)右線下穿淺基礎(chǔ)民居時(shí)掘進(jìn)速度和總推力關(guān)系曲線。從圖6可以看出,盾構(gòu)下穿建筑物期間,掘進(jìn)速度與盾構(gòu)總推力變化趨勢(shì)較一致,主要原因?yàn)槎軜?gòu)施工土層均為淤泥質(zhì)土與粉質(zhì)黏土,變化較小。

        圖6 掘進(jìn)速度和總推力關(guān)系曲線

        盾構(gòu)施工中,平面或高程的糾偏常常導(dǎo)致建筑空隙增加,從而造成超挖。盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)建筑物時(shí)應(yīng)控制盾構(gòu)姿態(tài),勻速推進(jìn),掘進(jìn)速度應(yīng)不大于70 mm/min,盾構(gòu)姿態(tài)變化不應(yīng)過(guò)大、過(guò)頻,每環(huán)糾偏量不應(yīng)大于10 mm(高程、平面),盾構(gòu)變坡應(yīng)不大于1‰,以減少盾構(gòu)施工對(duì)地層擾動(dòng)。

        盾構(gòu)區(qū)間下穿淺基礎(chǔ)建筑物采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī),開(kāi)挖直徑為7.16 m,基于盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)民居掘進(jìn)參數(shù),提出了適用于軟弱地區(qū)盾構(gòu)下穿淺基礎(chǔ)建筑物掘進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表4。

        表4 盾構(gòu)下穿建筑物掘進(jìn)參數(shù)

        4 盾構(gòu)穿越建筑物微變形技術(shù)效果分析

        盾構(gòu)右線下穿5號(hào)3層混凝土民居,側(cè)穿1層磚房,沿建筑物外圍設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)J2-1~J2-11,監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖7。

        圖7 不同掘進(jìn)環(huán)數(shù)下測(cè)點(diǎn)J2豎向位移變化曲線

        由圖7可得:盾構(gòu)從66環(huán)掘進(jìn)至80環(huán)時(shí),5號(hào)混凝土民居主要表現(xiàn)為沉降,J2-1和J2-4沉降較大,最大值分別為-5.12 mm和-5.48 mm,而磚房測(cè)點(diǎn)J2-11隆起最大值為4.5 mm,測(cè)點(diǎn)J2-10沉降最大值為-5.85 mm;盾構(gòu)從80環(huán)掘進(jìn)至102環(huán)時(shí),盾構(gòu)刀盤從建筑物下通過(guò),5號(hào)混凝土民居均表現(xiàn)為沉降,而磚房測(cè)點(diǎn)J2-11隆起最大值為4.04 mm,測(cè)點(diǎn)J2-10沉降最大值為-7.75 mm;刀盤通過(guò)至盾尾離開(kāi),建筑物變形較穩(wěn)定,其中位于盾構(gòu)正上方5號(hào)民居測(cè)點(diǎn) J2-1、J2-2、J2-5、J2-6和 J2-7沉降較大,測(cè)點(diǎn)J2-4出現(xiàn)較小的隆起,而磚房測(cè)點(diǎn)J2-11隆起較大,測(cè)點(diǎn)J2-10沉降較小,磚房表現(xiàn)為明顯的不均勻沉降。建筑物豎向位移位于-8~6 mm之間,滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

        盾構(gòu)左線下穿磚砌民居,沿建筑物外圍設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)J12,監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖8。

        圖8 不同掘進(jìn)環(huán)數(shù)下測(cè)點(diǎn)J12豎向位移曲線

        由圖8可得:盾構(gòu)刀盤到達(dá)前,建筑物受施工影響較小,測(cè)點(diǎn)豎向位移在±0 mm上下波動(dòng);盾構(gòu)下穿至盾尾脫離后,建筑物變形增大,說(shuō)明盾構(gòu)通過(guò)淺基礎(chǔ)建筑物期間,刀盤切削土體對(duì)土體的擾動(dòng)和盾構(gòu)前進(jìn)引起的地層損失是建筑物沉降的主因,而盾尾脫離建筑物時(shí)期,沉降量較小。盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)建筑物主要導(dǎo)致建筑物發(fā)生不均勻沉降。

        5 結(jié)論

        本文以杭州某盾構(gòu)區(qū)間連續(xù)下穿淺基礎(chǔ)民居工程為例,介紹了長(zhǎng)管注漿微變形加固技術(shù),探討了盾構(gòu)連續(xù)穿越淺基礎(chǔ)建筑物掘進(jìn)參數(shù)控制技術(shù),分析了軟弱地層盾構(gòu)連續(xù)穿越淺基礎(chǔ)建筑物微變形技術(shù)效果,主要結(jié)論如下:

        (1)長(zhǎng)管注漿加固技術(shù)可有效控制淺基礎(chǔ)建筑變形,通過(guò)試驗(yàn)確定水玻璃與水最佳配比為0.8,水灰比最佳配比為1.0。

        (2)通過(guò)長(zhǎng)管注漿加固,控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、同步注漿質(zhì)量及盾構(gòu)糾偏量等微變形控制技術(shù),盾構(gòu)隧道連續(xù)穿越淺基礎(chǔ)民居期間,建筑物豎向位移控制在-8~6 mm之間。

        (3)軟弱土層盾構(gòu)穿越淺基礎(chǔ)民居期間,盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)速為1.0~1.3 r/min,刀盤扭矩為1 200~2 800 kN·m,土艙壓力為 18~23 kPa,掘進(jìn)速度為50~67 mm/min,總推力為12 000~17 000 kN,成功保證了盾構(gòu)施工安全,控制了淺基礎(chǔ)民居變形。

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