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盾构连续穿越浅基础密集建筑群施工技术研究

2022-05-20淦述许

大众标准化 2022年8期
关键词:清塘盾构建筑物

淦述许

(中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司,上海 200135)

盾构掘进施工环境复杂,施工过程中会使地表发生不同程度的沉降,通过进行同步注浆、二次注浆等有效措施,填充管片与土体之间的间隙,合理有效的控制沉降量,确保盾构掘进安全、有序地进行施工。

1 工程案例

苏州轨道VI-TS-04标盾构区间右线长772.600 m,左线长775.192 m,区间设1处联络通道兼泵房。区间隧道顶覆土厚度12.5~19 m,埋深段穿越④2粉砂、⑤1粉质粘土、⑥1黏土。区间隧道纵断面采用“V”型节能坡布置,先后下穿大观花园临街商铺C、临街商铺B、临街商铺A、大观名园综合楼,侧穿大观名园24#楼、大观名园23#楼、观园桥,然后下穿西塘河、清塘别墅11#楼、清塘别墅2#楼、清塘别墅会所、清塘别墅4#楼,侧穿清塘别墅12#楼、清塘别墅3#楼,最后到达清塘路站,孔隙潜水主要赋存于①2层素填土及③1层粘性土层中,本场地微承压水含水层为③3粉土和④2粉土、粉砂层,承压水含水层主要为⑦2粉土夹粉砂层。

沿线侧穿/正穿建筑物密集,基础形式大多为条形基础,埋深较浅,对地基沉降较为敏感;区间穿越西塘河后,全断面粉土层转为全断面砂层,地质条件变化大,如何控制地面以及周边建筑物沉降是施工的一个难点;区间下穿众多管线,主要为燃气、给水、雨水、弱电、电力等。在此条件下,在盾构掘进过程中对建筑物及周边地表的沉降控制提出更高的难题。

2 沉降监测

地表中心轴线沉降点控制在-15.09(L470环)~4.43 mm(L545环) 之间,横断面地表沉降点控制在-15.09(DBZ470-6)~4.76 mm(DBZ550-3)。盾构掘进期间对地表的影响较小,监测点数据均未超标,处于稳定状态。地表中心轴线沉降曲线如图1所示,横断面地表沉降累计沉降曲线如图2所示。

图1 地表中心轴线沉降

图2 横断面地表沉降累计沉降

建 筑 物 控 制 在-12.16(JZ11-6) ~4.05 mm(JZ1-7)之间。盾构掘进期间对周边建筑物基本无影响,监测点数据均未超标,处于稳定状态。建筑物商铺C累计沉降量曲线如图3所示。

图3 建筑物商铺C累计沉降量曲线图

(1)沉降控制标准。盾构穿越建筑物沉降控制标准如下表1所示。

表1 盾构穿越建筑物沉降控制标准

3 盾构施工引起地面沉降主要影响因素分析

3.1 覆土厚度与盾构外径的影响

在隧道中存在不可控盾构,许多因素可以近似盾构直径的大小,一般情况下,盾构直径是动态的,盾构的外径是波长、盾构、波动的同波层土壤,作为沉淀池地表沉积物的宽度、深度以相同的比例增加,隧道衬砌的厚度与盾构外径之间存在方向相反的影响,即衬砌厚度越大,外径越小,地面沉降便越小。

3.2 地面沉降的特性

盾构的建造涉及多种类型的土层,其中大部分位于中间节点。不同层的土壤具有不同的物理性质,在盾构施工中表现出来的旋转现象也有所不同。在软土层中,通过砂层的绝缘系数相对较低,沉积物较低。由于盾构结构的不同,穿越不同土块时地面降水的影响也不同。与粘土层相比,砂层具有更低和更宽的沉降系数。

3.3 地下水侵蚀因子

在隧道施工中,冲蚀导致地下水位下降,盾构隧道施工的地基稳定性较差,尤其是桩基较大的地基,气泡形成的物质凹陷侵蚀最为严重。地下水、盾构、地层波动显著的现象,当机长做盾构时,地下水会通过隧道盾构达到挖掘尺寸,使地铁隧道的方向与水相连。在水的渗透作用下,绝缘层的水平面下降,地下水位的水平面也下降。如果地铁隧道表面土层松散,密封不好,在盾构施工过程中很容易形成上下连通的水力通道,随着盾构机的推进,结果是地面的压实。

4 盾构隧道施工引起的地表沉降优化措施

4.1 盾尾注浆

在盾构隧道施工中,常用的盾构注入方法有两种:同步注入和二次注入。盾构端注浆的主要作用是有效控制盾构叶片的位移和变形,从而保证掘进过程中路面结构的稳定性。此外,在盾构末端注入浆液可以进一步增强隧道本身的抗渗能力,从而减少实际土壤流失,解决地表沉积问题。①灌装压力。盾构隧道施工过程中,表层位移与注入压力密切相关。如果注入过程中压力过高,盾构叶片会产生瞬时压力,从而导致土壤开裂。如果压力低于常压,注入回填速度不足以及时完成回填,可能导致土体向隧道方向位移和沉降。大量实验研究表明,考虑到所有影响因素,注入压力的值应为静水压力的1.2倍,即略高于拱顶内的土压力。在最后的盾构挖掘阶段,可以通过二次注入控制表面沉积物。②灌装量。为避免地表下沉,可结合盾构端部距离、地质条件和挖掘方法等因素合理确定注入量。由于盾构隧道施工中使用的注入材料会收缩,导致回填不足,实际注入量应大于理论注入量,以免回填不足。掘进参数如图4所示。图5为二次注浆现场施工图。

图4 掘进参数

图5 二次注浆

4.2 超前加固与土体改良

在本工程中,隧道盾构施工提高了地表土的稳定性,避免了涌入问题。另外,根据现场岩石情况,可采取深注等技术措施,对隧道盾构前后的岩石进行局部加固,以改善隧道盾构的特性,从而增加岩石的抵抗力并避免土壤沉积。

4.3 向地下水的排放

地下吸收可以提高盾构隧道开挖尺寸周围土壤的阻力,但如果吸收控制不好,可能会增加沉积量。有鉴于此,施工期间应合理控制地下水的取、排。主要采取的技术措施是喷气电池、水幕等。必须保证手转动时及时中断引流,并通过注射保证腰部的稳定。此外,在盾构挖掘过程中,可以优化管状泥浆的施工参数并适应土壤性质。

4.4 沉降观测点位置

通常,沉降点设置在岩石隧道中心线上的地面水平,沉降点之间的距离设置为5 m左右,每段检测5个沉降点。现在一个点固定在隧道的中心线上,点之间的距离是5 m。不同地层的配置点之间的距离有所不同。软土层必须根据隧道埋深和周围地质条件进行适当的美化,并对控制点和断面进行编码。若隧道上方路面为混凝土路面,可采用两种布置方式:在巷道中心每20 m处,在巷道表面设置观察段,以便更好地观察路面沉积物;其次,观测点位于巷道土层以下,有利于避免巷道硬化引起的观测误差。如图6为现场地表沉降检测,表2为建筑物沉降监测统计表。

表2 区间左线盾构施工建筑物沉降监测统计表

5 变形规律总结

在左隧道的表面应变稳定后,垂直于隧道轴的横向应变在左隧道轴的两侧减小。穿越隧道右线和左线后,隧道地表整体塌陷,局部隆起现象明显;地表变形呈抛物线形,左隧道中心线下垂最大,两侧依次减小。左隧道整体变形大于右隧道的原因是右隧道对左层的两次扰动。右侧隧道的整体挖掘速度高于左侧隧道,减少了干扰和土壤沉淀的持续时间。单线掘进土地变形规律:穿越左线后,土地变形达20 m,最大变形点在隧道轴线处。整体沉降曲线随着层深的增加而增加,但裂缝的影响区域减少。地表最大沉降为30~50 mm,明显高于普通软质和沙质土壤,说明缝隙中的回填很可能受到干扰。双线开挖土地变形规律:双线开挖后,两侧地表变形的影响区域比单线开挖略有增加,但最大变形始终位于轴线的轴线上。隧道随着层深度的增加,整体沉降曲线增加并且狭缝的影响区域减小。由于直线上的两次扰动,左侧线的总墙体沉降增加了约10 mm,导致左侧线的沉降大于右侧线。双轴沉降类似于两条高斯W形曲线的叠加。对单线隧道和双线隧道变形规律的分析表明,地基条件是影响隧道变形的最基本因素。首先,隧道的顶层主要由平地构成,地基具有很强的压缩性,其变形难以控制。二是隧道穿越地形以破碎污泥为主,水阻迅速降低;在盾构开挖中,土质松软,围岩压力变化快,难以控制土体压力平衡。盾构挖掘参数是可控因素,左右倾卸偏差是由于左右挖掘速度差异较大。保持盾构推力也是控制隧道前地面高程或沉降的有效方法。影响表面变形的主要因素是盾构通过墙体的条件和盾构的速度。然后是盾构挖掘参数、尺寸稳定性,以及盾构挖掘速度对环境的影响。

6 结语

相关研究结果表明,隧道盾构施工中,产生附加应力的孔隙水基本上都是处于动态变化当中,而孔隙水并不是静止不变的。由于地下水中含水量较为丰富的区域容易出现缓慢的渗透,此时盾构隧道的周围地层则会出现较大的范围沉降现象,从而使地层间的相互作用和支护作用都得到进一步增强。土体在盾构开挖的过程中要比平时表现得更加软弱,开挖后土体需要一段时间才能恢复到最初的稳定状态,采用盾构法对隧道进行施工的过程中,容易引起地表沉降问题,为确保隧道开挖能够安全、有序进行,应当采取合理可行的方法和技术措施,对地表沉降进行控制,从而确保隧道工程能够按质、按量、按时完成。

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