盾构穿越浅基础群房基础加固及沉降控制

2020-11-27刘洪亮

石家庄铁路职业技术学院学报 2020年3期

刘洪亮

（中铁十八局集团有限公司第五工程有限公司天津 300855）

1 工程概况

广州市轨道交通十八号线和二十二号线中，番南中间风井～PN1盾构井区间穿越群房，风险系数高，区间左线起止里程ZDK38+431.639～ZDK36+728.551，区间长度为1703m；右线起止里程YDK38+437.628～YDK36+727.461，区间长度为1710.7m。盾构机从中间风井始发向PN1盾构井掘进。沿线主要先后下穿蔡二村村房、市新路沿街商铺、番禺大道高架桥、甘棠村房等，区间线路平面最小半径为1600m，最大纵坡为18‰。

番南中间风井～番南1号盾构井盾构区间穿越蔡二村地质情况依次为：填土层，平均厚度2m；粉质黏土层，平均厚度6m；泥质粉砂岩层，平均厚度4m；岩石全风化带，平均厚度15m；盾构机穿越的地层为岩石全风化带，本层主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、粗砂岩、砾岩组成。岩芯呈坚硬土状或密实土状，浸水易软化崩解，压缩性中等-低。隧道埋深25～28m。地下水位-2.1m。

2 穿越房屋技术难点

预穿越的房屋均为浅基础房屋，且房龄较长，基础多为钢筋混凝土独立基础，基础下地层以粉质粘土及砾质粘土为主，盾构通过时对地层的扰动及地下水位的降低均会造成房屋沉降或结构开裂，影响建筑物结构安全及使用。因此，本工程房屋沉降控制是最大的技术难点。

3 解决难点措施

3.1 加固注浆

房屋底部基础注浆加固关键技术在于注浆压力控制，既不能使基础抬升过大，也不能压力过小，效果不显著[1]。地层中的压力控制是关键[2]。以某栋3层框架房屋为例，根据地层参数建立有限元模型，房屋结构平面几何尺寸为12m×18m，独立基础，基础埋深约为2 m，第一层房屋高为4m，其余层高均为3m。框架柱梁截面尺寸为 500 mm×500 mm，梁截面尺寸为400 mm×600 mm，各层楼板厚度均为100 mm。土体本身既具有弹性又存在塑性，且在对新建隧道进行盾构开挖施工时，既需要表现出土体的弹性变形又需要变现出其塑性变形[3]，土层部分选择的本构模型为Mohr-Coulomb弹塑性模型，土体物理力学参数见表1。模型整体高度45m，土层三维模型横向80m，沿盾构掘进方向60m，计算的地层应力云图如图1所示，盾构机通过前注浆压力按云图应力控制。

表1 土体物理力学参数表

图1 提前加固应力控制云图

3.2 房屋变形修复

盾构机通过后，根据模型计算结果，房屋最大沉降15.1mm，见图2。需要注浆进行修复，在计算模拟施工过程中，当盾构掘进到隧道纵深40m时，在距离地表10m处注浆（注浆过程用一瞬时注浆压力代替，大小为0.65-0.7MPa）。结果见图3。

图2 盾构机通过建筑物30m后的沉降云图

图3 注浆修复后的变形云图

3.3 信息化施工

盾构掘进参数调整及注浆施工均需要监测数据，监测数据最重要的就是准确性、及时性[4]。如果用人工测量，从数据采集、整理，到反馈施工，最少需要1-2h，而注浆施工几十分钟就可能使基础隆起或地表开裂，因此，数据的实时性非常重要[5]。本工程根据实际情况，建立了采用了自动化监测系统，用压差式静力水准仪代替了人工监测，将监测数据实时传输到手机客户端，使施工管理人员及时掌握数据，达到了真正的信息化施工的目的。见图4。

图4 自动化监测系统

3.4 盾构机施工参数调整

盾构穿越房屋时，盾构埋设28m，顶部压力0.33MPa,根据地质情况及监测实时数据，将盾构机参数调整为：刀盘扭矩4500-5500kN,刀盘转速1.8rpm，总推力3500-4000t，推进速度50-60mm/min；同步注浆6m3/环（1.6m），二次注浆3.1m3/环。

4 技术实施

盾构穿越房屋前对基础进行了加固，盾构机刀盘距离基础20m时,基础开始隆起。刀盘在基础正下方时，基础最大隆起+5mm，刀盘通过基础后基础开始下降。盾尾距离基础25m时，基础最大沉降达到了-17mm，沉降数据偏大，开始启动注浆修复工作。同时手机客户端每分钟观测一次基础变形值，直到基础上升9mm后停止注浆，盾尾通过基础50m后，基础沉降已稳定，最大沉降最终稳定在-7.4mm。图5为房屋JGW-027、JGW-028基础历时沉降曲线图。