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        盾構(gòu)近距離側(cè)穿高大擋墻施工及沉降控制措施

        2022-11-09 08:34:50陳迪猛
        廣東建材 2022年10期
        關(guān)鍵詞:施工

        陳迪猛

        (福州地鐵集團有限公司)

        1 工程概況

        福州地鐵4 號線某盾構(gòu)區(qū)間右線長度929.012m,區(qū)間隧道地形總體較平坦,隧道埋深為10.3~21.8m。管片內(nèi)徑5.5m、外徑6.2m,每環(huán)寬1.2m。

        本工程采用復(fù)合土壓平衡盾構(gòu)機,刀盤開挖直徑6.51m,采用全斷面切削刀盤。

        盾構(gòu)機在右線460~580 環(huán)側(cè)穿擋墻,此擋墻為高大仰斜式漿砌片石擋墻,長約144m、高度10~12m、厚度約1.5m、坡度2.7,基礎(chǔ)埋深約3.5m。擋墻與盾構(gòu)切削面距離4.5~7.1m,緊鄰道路,墻背原狀土,上方是小學(xué)教學(xué)樓,教學(xué)樓高約21m,距擋墻最近約11m。擋墻與隧道位置關(guān)系如圖1、圖2 所示,實景如圖3 所示。

        2 工程地質(zhì)水文情況

        盾構(gòu)側(cè)穿擋墻段土層自上而下依次為:<1-2>雜填土、<5-2>殘積砂質(zhì)粘性土、<6-1>全風(fēng)化花崗巖、<7-1>強風(fēng)化花崗巖(砂土狀)、<7-2>強風(fēng)化花崗巖(碎塊狀)。隧道所處地層主要為<7-1>、<6-1>、<7-2>層。

        3 沉降風(fēng)險分析

        該擋墻為高大擋墻,圬工材料重力大,地基沉降大。盾構(gòu)機在側(cè)穿過程中引起的地層損失、變形,會造成擋墻地基的滑移,導(dǎo)致地基沉降,建筑物發(fā)生重心偏移,引起附加應(yīng)力重分布,使結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化,嚴重時使建筑物喪失穩(wěn)定性而破壞。

        4 盾構(gòu)機側(cè)穿擋墻施工技術(shù)措施

        盾構(gòu)推進時會導(dǎo)致不同程度的地面和擋墻沉降,需要加強監(jiān)測。同時要優(yōu)化掘進參數(shù),采取可靠的措施。

        4.1 監(jiān)控量測

        盾構(gòu)穿越期間應(yīng)對側(cè)穿擋墻區(qū)段進行重點監(jiān)測保護,監(jiān)測主要有:地表沉降、建筑物沉降、變形。

        4.1.1 監(jiān)測布點及頻率

        ⑴在隧道中心線20m 內(nèi)建筑物關(guān)鍵點位布設(shè),測點間距約9~15m,如圖4 所示。

        ⑵監(jiān)測頻率根據(jù)監(jiān)測點到開挖面的距離而定,如沉降變化異常時進行加測,必要時24 小時跟蹤監(jiān)測,如表1 所示。

        表1 監(jiān)測頻率

        4.1.2 監(jiān)測控制值

        根據(jù)設(shè)計圖紙及《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB50911-2013),監(jiān)測控制值如表2 所示。

        表2 監(jiān)測控制值

        4.1.3 沉降監(jiān)測預(yù)警處置

        在施工過程中如發(fā)現(xiàn)地表、擋墻沉降值超過預(yù)警沉降限值,立即采取應(yīng)急措施:

        ⑴立即停止盾構(gòu)推進,保持上部土倉壓力1.5~1.6bar,并立即通知相關(guān)單位,啟動處置措施。

        ⑵適當(dāng)加大盾尾注漿壓力和注漿量,在沉降區(qū)洞內(nèi)二次注漿,并提高監(jiān)測頻率。

        ⑶對沉降區(qū)進行跟蹤注漿,控制沉降,及時反饋數(shù)據(jù),以調(diào)整注漿參數(shù)。

        ⑷待沉降穩(wěn)定并處理完成后方可繼續(xù)掘進。

        4.2 盾構(gòu)機穿越段掘進施工技術(shù)

        4.2.1 確定試驗段

        在盾構(gòu)機側(cè)穿擋墻前50 環(huán)(410~460 環(huán))范圍做試驗段掘進,對推進參數(shù)和沉降數(shù)據(jù)進行分析,預(yù)測側(cè)穿時可能出現(xiàn)的沉降,制定最優(yōu)推進參數(shù)。

        4.2.2 穿越前的準備工作

        ⑴對距離擋墻前30 環(huán)時停機開倉,對盾構(gòu)設(shè)備、系統(tǒng)、應(yīng)急物資設(shè)備等進行全方位的評估、檢查、維修。

        ⑵施工前,技術(shù)人員根據(jù)掘進參數(shù)每班下達推進指令,及時跟蹤調(diào)整,掘進過程中嚴格執(zhí)行指令,避免出現(xiàn)“蛇形”。

        4.2.3 合理設(shè)定施工參數(shù)

        根據(jù)土壓氣平衡盾構(gòu)機的工作原理,土倉中的壓力需與開挖面的正面壓力平衡。

        ⑴土倉內(nèi)壓力:擬設(shè)定上部土壓力為1.5bar 左右,同時視沉降情況調(diào)整。

        ⑵推力F:掘進時控制推力控制在1000~1800t。

        ⑶刀盤轉(zhuǎn)速n1:滿足轉(zhuǎn)速和扭矩曲線,刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.2~1.5rpm。

        ⑷刀盤扭矩T:穿越擋墻段扭矩控制在1000~2500kN·m。

        ⑸螺旋器轉(zhuǎn)速n2:根據(jù)維持土倉壓力或視出土口處的出土情況進行調(diào)整。

        ⑹掘進速度v:推進時速度宜控制在1cm/min 左右。

        ⑺管片與盾尾的間隙δ1~δ4:δ1~δ4 由拼裝機上的設(shè)備測得(或由人工測量)。

        4.2.4 推進出土量控制

        嚴格控制盾構(gòu)出土量,減少超挖和欠挖。每環(huán)理論挖土量=π/4×D2×L=π/4×6.52×1.2=39.819m3/環(huán)。出土量系數(shù)1.1 ~1.2,即出土量為43.8 ~47.782m3/環(huán)。

        4.2.5 渣土改良

        根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和施工經(jīng)驗,采取如下渣土改良措施:

        ⑴通過盾構(gòu)機的土體改良系統(tǒng),將泡沫和膨潤土注入刀盤前部、土倉內(nèi)、螺旋機內(nèi)對土體進行改良。

        ⑵泡沫和膨潤土通過管路泵送到注入點,4 個獨立的注入點在刀盤的輻條上,每個注入點通過一條獨立的管路來提供。

        4.2.6 同步注漿

        盾構(gòu)推進中的同步注漿要及時、均勻、足量,確??障冻涮畹轿弧C客七M1 環(huán)的建筑空隙為:V1=1.2×π×(6.512-6.22)÷4=3.711m3。

        每環(huán)注漿量一般為建筑空隙的1.5~1.8,側(cè)穿擋墻區(qū)段按1.8 考慮,即每推進1 環(huán)同步注漿量6.679m3。注漿壓力P2 在注漿處的水土壓力的基礎(chǔ)上相應(yīng)提高0.05~0.3MPa。漿液初定配比見表3。

        表3 同步注漿初定配比(重量比)

        4.2.7 二次注漿

        根據(jù)沉降監(jiān)測情況,可采取管片壁后二次注漿,漿液可采用單液漿和雙液漿。漿液初定配比見表4。

        表4 二次注漿漿液配比(重量比)

        4.3 擋墻注漿加固措施

        4.3.1 地面袖閥管預(yù)注漿

        ⑴在擋墻區(qū)段,地面預(yù)設(shè)注漿孔(如圖5),采用可重復(fù)注漿的袖閥管注漿,孔間距3m,孔深16~18m。注漿孔的布置同時根據(jù)地下管線、交通條件等局部調(diào)整。

        ⑵每一孔注漿結(jié)束標準以壓力控制為主,擬定注漿終壓力為0.3~0.6MPa,注漿前先進行注漿試驗,壓力以現(xiàn)場試驗確定,不宜過大;注漿過程根據(jù)跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)進行壓力控制。單段注漿壓力達到要求時,即可停止注漿,進行下一段注漿。

        ⑶加固效果檢測:加固后土體承載力不低于200KPa。

        4.3.2 穿越段跟蹤注漿

        盾構(gòu)穿越期間,在原有袖閥管部位進行跟蹤注漿,當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示沉降成加劇狀態(tài)時進行注漿。注漿孔的選擇根據(jù)掘進情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行調(diào)整。

        4.3.3 穿越后補償注漿

        盾構(gòu)穿越后,土體受擾動不可避免會產(chǎn)生下沉趨勢,視變形發(fā)展情況進行補償注漿,直至擋墻沉降變形穩(wěn)定注漿才終止。

        5 沉降控制效果分析

        5.1 盾構(gòu)推進參數(shù)調(diào)整對沉降控制的影響

        ⑴合理且較高的土壓力、頂推力,均勻且較快的推進速度,平穩(wěn)且較低的刀盤轉(zhuǎn)速,可減小刀盤對地層的擾動,維持開挖面穩(wěn)定,有效地減小施工對路基、擋墻的沉降影響,確保快速側(cè)穿擋墻。

        ⑵推進過程中加強同步注漿也有助于減小沉降影響。每環(huán)推進同步注漿比原來多注2 次,注漿壓力提高0.2bar。

        ⑶隧道內(nèi)的二次補漿也能夠加強盾體周圍土體的強度,減小土體、擋墻的沉降。

        5.2 地表注漿對擋墻沉降控制的影響

        在注漿前設(shè)置試驗段,每排袖閥管中每間隔5 根試注漿1 根,每孔多次注漿,注漿時間間隔24h,如圖6。試驗段注漿期間,擋墻波動上浮至+2.7mm;停止注漿后,因基礎(chǔ)受到擾動,擋墻隨注漿壓力釋放、漿液固結(jié)而下沉至+0.2mm。

        預(yù)注漿期間,注漿壓力、注漿速度分別穩(wěn)定在0.3~0.5MPa、60~80L/min 時,基礎(chǔ)的豎向整體性較強,對注漿壓力、注漿速度等參數(shù)的變化較為敏感,隨著注漿的停止和漿液的固結(jié),擋墻產(chǎn)生了下沉趨勢;盾構(gòu)穿越期間,為了控制沉降,先后進行3 次跟蹤注漿,每次注漿的壓力為0.4MPa,注漿平均速度為50L/min。跟蹤注漿使沉降維持在+2.9mm,為側(cè)穿擋墻預(yù)留了條件;盾構(gòu)穿越后,土體受擾動下沉至+2.0mm,視變形發(fā)展情況進行補償注漿,盾構(gòu)穿越后長時間穩(wěn)定在+2.1mm,擋墻沉降變形穩(wěn)定。

        6 結(jié)論及建議

        通過本區(qū)間盾構(gòu)機順利側(cè)穿高大擋墻的實踐證明:

        ⑴盾構(gòu)推進采用土壓氣平衡模式及同步注漿并用的方法,可以保持開挖面穩(wěn)定,達到減少沉降的效果。

        ⑵在施工過程中,應(yīng)對盾構(gòu)機推進進行嚴格的線性控制和姿態(tài)控制,減小軸線偏差和及時糾偏,減小超挖對土體的擾動影響,避免在側(cè)穿過程中進行盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。

        ⑶采取穿越前地表袖閥管預(yù)注漿,穿越過程中跟蹤注漿、穿越后補償注漿等措施,能夠很好地加固土體,減小沉降影響。

        ⑷加強施工監(jiān)測和信息反饋,信息化施工有助于提升安全管控質(zhì)量和減少工程風(fēng)險。

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