吳 超,鄭先君,蔣 楠,王曉琴

(1.武漢地鐵集團有限公司,湖北 武漢 430070; 2.武漢城市學院,湖北 武漢 430083; 3.中國地質(zhì)大學(武漢),湖北 武漢 430074)

0 引言

近10年來,武漢軌道交通工程在由線成環(huán)、由環(huán)成網(wǎng)的發(fā)展過程中,工程建設面臨著周邊環(huán)境日益復雜、實施難度逐步加大的局面。為保證工程質(zhì)量精品化、精細化水平不斷提升,一系列新工法得以應用。其中,已經(jīng)成功應用于深基坑圍護、防滲、堤防等工程的TRD工法[1-6],首次應用于武漢軌道交通工程中。以武漢軌道交通11號線三期首開段張家灣停車場出入場線工程為例,分析評價TRD工法在武漢長江一級階地軌道交通工程明挖基坑及盾構(gòu)隧道施工中的應用。

1 TRD工法原理及特點

1.1 原理

TRD工法是通過主機帶動豎向插入巖土層的鏈鋸式切割箱橫向移動、切割及灌注水泥漿,在槽內(nèi)進行混合、攪拌、固結(jié)形成等厚度水泥土攪拌墻工藝[7-8],工作原理如圖1所示。

1.2 特點

TRD工法平面布置應簡單、規(guī)則,宜采用直線布置,減少轉(zhuǎn)角;施工機架高度≤14m,穩(wěn)定性好,適合受高度限制的作業(yè)環(huán)境,墻體深度宜≤60m。水泥摻入比應根據(jù)土質(zhì)條件、水泥土強度、抗?jié)B要求確定,宜≥20%;水泥土28d無側(cè)限抗壓強度宜≥0.6MPa,滲透系數(shù)宜≤1.0×10-5cm/s。適用于人工填土、黏性土、淤泥和淤泥質(zhì)土、粉土、砂土、碎石土等地層。采用連續(xù)橫向直線推進工藝,形成的墻體連續(xù)無縫,刀具在整個設計深度范圍內(nèi)切削,攪拌充分[9-10]。

2 工程應用

11號線三期首開段張家灣停車場出入場線工程位于武漢市武金堤東南側(cè),近似于武金堤平行走向,距離堤腳最短直線距離約50m,距離長江現(xiàn)河道最短直線距離約500m。出入場線工程采取盾構(gòu)法+明挖法實施,工程平面布置如圖2所示。

圖2 出入場線平面

工程地貌單元屬于長江一級階地,工程范圍內(nèi)土層分布及物理力學參數(shù)如表1所示。地下水主要受長江補給控制,為上層滯水、承壓水兩種,無地表水。承壓水含水層厚度不均勻,一般厚度為33～35m,含水層頂板為軟塑黏性土,底板為鈣質(zhì)膠結(jié)土,承壓水主要接受地下水側(cè)向徑流補給,水位及水量受長江水位變化影響較大。

表1 土層分布及物理力學參數(shù)

2.1 工程概況

11號線三期首開段張家灣停車場出入場線明挖基坑長約130m,寬22～27m,開挖深度11～14m,面積約2 671m2。圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系,基坑外采用TRD工法等厚度水泥土攪拌墻進入鈣質(zhì)膠結(jié)土1m形成落底式止水帷幕。施工期間采用坑內(nèi)井點疏干降水,坑內(nèi)設置6口降水井(單口井水泵功率為9.7kW)、2口觀測井,坑外設置2口觀測井,監(jiān)測坑內(nèi)降水對止水帷幕外水位的影響,基坑橫剖面如圖3所示。

圖3 基坑橫剖面(單位:m)

11號線三期首開段張家灣停車場入場線盾構(gòu)隧道(RDK0+475.000—RDK0+690.000)段與11號線三期正線張江區(qū)間右線隧道近距離平行,水平凈距最小為4.17m。張江區(qū)間為后期規(guī)劃線路,暫不實施,不屬于本期工程內(nèi)容。為減少后期張江區(qū)間盾構(gòu)隧道實施對本期工程擬建張家灣停車場入線隧道的影響,在入場線隧道施工前,在其隧道輪廓西北側(cè)2m處實施0.6m厚TRD工法水泥土攪拌墻作為隔離保護措施,盾構(gòu)隧道區(qū)間典型橫剖面如圖4所示。

圖4 盾構(gòu)隧道橫剖面

2.2 工法控制要點

1)施工順序 因地層中存在淤泥質(zhì)黏土、粉砂等軟弱夾層,明挖基坑圍護結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁施工時容易引起塌孔導致樁身侵限,為保證TRD止水帷幕施工不受樁身侵限影響,TRD先于圍護樁施工;盾構(gòu)隧道區(qū)間TRD與兩側(cè)盾構(gòu)水平距離均較小,為保證盾構(gòu)成型管片不受TRD施工影響,TRD先于盾構(gòu)施工。為減少后一步工序施工對TRD墻體質(zhì)量的影響,待TRD墻體達到初凝強度后再實施下一步工序。

2)施工參數(shù) 采取P·O42.5級普通硅酸鹽水泥,水泥摻量為25%,水灰比為1.5,挖掘液采用納基膨潤土拌制,攪拌土體膨潤土摻入量為100kg/m3。TRD施工前采用全站儀及經(jīng)緯儀進行軸線引測,控制樁機立柱導向架垂直度

3)施工縫控制 施工機械配備應急電源,保證連續(xù)作業(yè),避免突發(fā)停電產(chǎn)生冷縫;轉(zhuǎn)角、搭接處需控制噴漿壓力和攪拌速度,搭接長度宜≥0.5m,確保搭接質(zhì)量。

4)應急措施 施工過程中定期檢查鏈狀刀具工作狀態(tài)及刀頭磨損度,及時維修、更換和調(diào)整施工工藝。

2.3 工法適用性

1)成墻效率 主要機械配置為1套成墻設備及拌漿后臺+1臺50t履帶式起重機+1臺挖掘機;主要人員配置為司機1人+后臺值班1人。設備進場及組裝時間為5d,TRD施工采用24h連續(xù)作業(yè),TRD止水帷幕長度為325m,厚度為0.6m,深度為35.5m,施工段共6處轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)角處切割箱拔出與下放時間2d/處,場地清理及設備退場時間為4d,總施工工期為33d,平均成墻速度約為10m/d。

2)環(huán)境影響 施工期間機械無振動、無噪聲,夜間可正常作業(yè),成墻過程中無吊裝作業(yè),施工不受天氣影響?；泳植课恢蒙戏酱嬖?0kV高壓架空線(線下方凈空15m),TRD主機12m,高度受限位置可順利下穿通過,施工安全性好,避免了對高壓架空線進行遷改。

3)工程造價 施工原材主要為P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥、膨潤土,不涉及鋼筋、混凝土材料,無廢棄泥漿。綜合機械、人工、原材、置換土外運等費用,工程綜合造價約為665元/m3。

2.4 工法效果分析

2.4.1止水效果

基坑降水對周邊環(huán)境的影響主要是建筑物、地表、管線等沉降,在實施基坑降水前應先進行抽水試驗,以檢測降水井降水能力和止水帷幕止水效果。TRD水泥土連續(xù)墻作為基坑落底式止水帷幕,主要通過隔斷坑內(nèi)外地下水聯(lián)系,起到止水作用,通過抽水試驗及開挖觀察分析TRD止水效果。

明挖基坑場平標高為21.500m,坑內(nèi)、外觀測井水位標高均為18.350m?；娱_挖前,進行抽水試驗,坑內(nèi)6口降水井全部投入運行,降水32h后坑內(nèi)水位即達到基坑底板下8m左右(水位標高約2.500m),抽水井流量逐漸減小直至出現(xiàn)掉泵現(xiàn)象。抽水試驗期間,坑內(nèi)、外觀測井水位隨時間變化趨勢如圖5所示。

圖5 觀測井水位變化趨勢

由圖5可知,降水前8h,坑內(nèi)觀測井水位快速下降至5.000m左右,降水32h后,坑內(nèi)觀測井水位降低約2.500m。降水期間,坑內(nèi)降水對坑外觀測井水位基本無影響,停止降水后,坑內(nèi)觀測井水位小幅度回升后保持平穩(wěn)狀態(tài),說明TRD止水帷幕能有效隔離坑內(nèi)、外地下水,止水效果好,能有效保證基坑安全開挖。

基坑開挖期間,樁間隙無滲水現(xiàn)象,噴錨完成面無濕漬,坑內(nèi)、外觀測井水位穩(wěn)定,噴錨面效果如圖6所示。經(jīng)過抽水試驗及基坑開挖驗證,TRD作為深基坑落底式止水帷幕達到了較好止水效果。

圖6 開挖期間噴錨面效果

2.4.2加固效果

盾構(gòu)開挖過程中,不可避免地對施工范圍內(nèi)巖土體造成擾動,尤其對于力學性質(zhì)較差的軟土地層,這種擾動效應更明顯。通過地基加固能有效降低盾構(gòu)掘進引起的地層變形[11]。TRD主要是通過加固土體,形成半剛性墻體起到隔離保護作用,通過墻體原位鉆孔取芯測定無側(cè)限抗壓強度的方法分析TRD墻體加固效果。

TRD墻體施工完成28d后,采用φ110鉆頭連續(xù)鉆取全墻深范圍芯樣,選取不同部位芯樣試件檢測無側(cè)限抗壓強度及標準溫度下滲透系數(shù)等指標,現(xiàn)場TRD芯樣如圖7所示,芯樣較完整,均勻性較好。芯樣試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 TRD芯樣試驗數(shù)據(jù)

圖7 現(xiàn)場TRD芯樣

由表2可知,TRD芯樣無側(cè)限抗壓強度最小值為1.34MPa,最大值為1.47MPa,平均值為1.42MPa;滲透系數(shù)最小值為0.66×10-6cm/s,最大值為0.91×10-6cm/s,平均值為0.77×10-6cm/s。TRD芯樣試驗結(jié)果完全滿足墻體28d無側(cè)限抗壓強度標準值≥1MPa、抗?jié)B系數(shù)≤1.0×10-6cm/s設計要求。

3 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場實際應用情況及芯樣試驗數(shù)據(jù),TRD工法在軌道交通工程中作為明挖基坑止水帷幕和盾構(gòu)隧道區(qū)間隔離保護措施,主要成效總結(jié)為:①施工主要原材為水泥,配套設備及人員較少,施工場地需求小,綜合成本低;②施工不受天氣影響,可24h連續(xù)作業(yè),施工速度快;③施工無噪聲、設備重心低、安全性能高、環(huán)境影響小;④墻體滲透系數(shù)為0.7×10-6～0.9×10-6cm/s,且不同深度滲透系數(shù)差異性較小,隔水性能好,達到止水帷幕的隔水目的;⑤墻體芯樣無側(cè)限抗壓強度可達1.3～1.5MPa,且不同深度下強度差異性較小,有效增強了土體強度,形成的連續(xù)半剛性墻體有效減少了盾構(gòu)掘進對隔離墻另一側(cè)擾動,隔離效果好。

綜上所述,TRD工法作為明挖基坑止水帷幕和盾構(gòu)隧道區(qū)間隔離保護措施首次應用于武漢軌道交通工程,表現(xiàn)出施工安全性好、作業(yè)效率高、工程造價低、環(huán)境影響小、止水效果好、加固墻體質(zhì)量好等諸多優(yōu)勢,具有良好的推廣性與發(fā)展前景。