RJP工法桩结合钢套筒接收盾构施工技术分析

2022-11-17刘鸿飞

四川水泥 2022年10期

刘鸿飞

（沈阳市城市建设投资集团发展有限公司，辽宁沈阳 110000）

0 引言

盾构隧道施工中，盾构接收是容易发生施工事故的阶段。随着盾构施工城市中心化，施工环境复杂化，面对隧道埋深不断加深，地下水压不断增大，端头加固困难等情况，仅仅采用端头加固方法难以保证盾构接收施工的安全[1-3]。

天津某地铁盾构区间，接收端地层为粉质黏土层，且接收端50m范围内不穿越含水层，土体强度较低，在盾构接收施工扰动的影响下，极易引起地表沉降，可能会破坏接收端范围内的管线，危及周围环境，存有一定施工风险，为保证盾构接收的安全，需采取措施对端头土体进行加固。同时接收端场地临近城市干道，交通繁忙，地面加固范围狭小，要选择适用于黏土地层且施工设备能在狭小工作面施工的施工方式，尽可能减小对周边环境的施工扰动。采用有限差分软件FLAC3D对接收端掘进过程进行模拟，得到端头加固对地表沉降控制的效果；同时基于实际接收过程的沉降数据，分析RJP桩结合钢套筒接收盾构的安全性及对地表沉降控制的效果。

1 掘进过程模拟分析

以左线隧道盾构接收端的掘进过程进行建模计算。根据设计图纸，隧道埋深约11.1m，隧道外径为6200mm，管片及注浆厚度分别为350mm、100mm。接收端采用2排RJP桩进行端头土体加固，加固范围为沿隧道方向约4.1m，隧道外围约3.0m，洞门围护结构约1.0m。隧道开挖造成的地层应力及应变情况与距隧道中心的距离有关，一般距离在3～5倍隧道直径范围时，变化情况相对明显，而超出这个范围则影响较小[4]。

1.1 建立数值模型

为了使模拟计算的情况更符合实际工况，模型中隧道中心至模型边界的距离取值大于5倍的隧道直径，最终建立模型尺寸为65m×45m×30m（横×竖×纵）,见图1。顶面模拟地表，取为自由界面；侧面施加法向的位移约束；模型底部为固定界面。

图1 数值计算模型

本构模型选择M-C模型，地层视为理想弹塑性材料，加固土体及衬砌结构物理力学参数根据地勘报告结合工程经验取值，管片与注浆层选择弹性模型[5-6]。

1.2 计算结果分析

隧道完成掘进后，隧道轴线正上方各地表点沉降值情况见图2。纵向26～30m处的地表各点沉降变化基本不大，整体沉降值也不大，而纵向13～26m的地表沉降变化率较大，且沉降值也较纵向25～30m处的大，地表的最大沉降为12.11mm。

图2 隧道上方地表沉降曲线

纵向26～30m在加固区内，从以上对比可知，加固区内地表沉降明显较非加固区小，表明采用端头加固措施对地层变形的控制有很好效果。

2 盾构接收过程

2.1 端头加固方案

根据施工方案，端头土体采用2排RJP桩加固，桩直径2400mm，间距为2000mm，咬合400mm。接收端端头加固范围为：纵向加固4.1m，横向加固隧道周围3m，端头加固示意见图3。

图3 端头加固示意图

2.2 钢套筒接收方案

接收钢套筒尺寸是基于盾构机尺寸和接收井现场情况选取内直径为7m，分5段，每段分为上、下半圆，总长为11.1m。钢套筒材料为16mm厚钢板，钢套筒外表面焊接纵向及环向的加强筋板；加强筋板采用24mm厚、200mm宽钢板，间距400mm×500mm（横向×纵向）设一道。

钢套筒分块制作，横纵向均采用高强螺栓连接，每段钢套筒设注浆孔4个，注浆孔直径50mm。同时在成型的钢套筒上设3个检查人孔，尺寸为800mm×800mm，1500mm×800mm（图4）。钢套筒的安装顺序是：先拼装过渡连接环，再装下半圆、上半圆。钢套筒组装完毕后，现场对钢套筒进行密闭性检查；检查结果符合要求后，即可对接收洞门进行破除。在洞门破除后，重新封闭钢套筒，然后向钢套筒内进行填料，全内填M1.5砂浆方量约为538m3。完成填料后，开始盾构接收段的掘进，在盾构全部推进至钢套筒后，开始封堵洞门。在确认洞门封堵效果后，现场开始进行钢套筒拆除工作。首先割除侧向钢支撑以及后靠反力结构，然后依次拆除钢套筒。