SMW工法水泥土攪拌樁施工相鄰隧道的變形監(jiān)測

1、SMW工法水泥土攪拌樁施工相鄰隧道的變形監(jiān)測來源： 作者： 發(fā)布時間：2007-10-21 17:21:18  點擊：138  SMW工法水泥土攪拌樁施工期間相鄰隧道的變形監(jiān)測 摘要:目前運用SMW工法的設(shè)備進(jìn)行土體加固在軟土地區(qū)的深大基坑項目中運用前景廣闊。雖然與高壓旋噴樁等傳統(tǒng)的加固方法相比其施工過程對周邊土體擾動較小,有利于環(huán)境保護(hù)要求較高的工程實施。但在施工參數(shù)的設(shè)置上完全忽略其擠土影響,加之在施工過程中發(fā)現(xiàn)異常工況時未及時應(yīng)對就很可能會對周邊的保護(hù)對象構(gòu)成威脅。文章結(jié)合工程實例對SMW水泥土攪拌樁施工期間相鄰地鐵隧道的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行

2、分析,總結(jié)隧道結(jié)構(gòu)受其擠土作用的變形規(guī)律。關(guān)鍵詞:SMW工法水泥土攪拌樁自動監(jiān)測擠土作用       運用SMW工法的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行土體加固具有抗?jié)B止水、對周邊土體擾動較小、成樁深度大、精度高等優(yōu)點,目前在上海的深大基坑項目中運用日益增多,尤其是在環(huán)境保護(hù)要求較高的軌道交通沿線。本文在對其擠土效應(yīng)分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實例對成樁期間相鄰地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行分析和總結(jié)。1 SMW工法水泥土攪拌樁的擠土效應(yīng)      目前常用的三軸攪拌鉆機(jī)以水泥為固化劑,利用螺旋葉片強(qiáng)大的攪拌動力對地基土

3、進(jìn)行原位上下、左右旋轉(zhuǎn)翻滾式的攪拌,然后在下沉攪拌、提升攪拌過程中噴漿,同時加入高壓空氣,使水泥土充分、均勻攪拌。鉆進(jìn)噴漿是對周圍土體擾動的主要過程,施工中,注入地層的漿液會一部分?jǐn)y帶地土體返回地面(冒漿)。下鉆噴漿過程中攪拌機(jī)械的鉆進(jìn)不斷擠壓周圍土體,造成孔隙水壓力及土體水平向應(yīng)力的增大,土層發(fā)生徑向位移及垂直向隆起。漿液的不斷注入使得周邊土體受到明顯擠壓,超孔隙水壓力增大,有效應(yīng)力不斷減小,土體發(fā)生水平和垂直向移動。2 盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)狀況      軟土地區(qū)用盾構(gòu)法施工而成的隧道結(jié)構(gòu)一般由管片拼裝成環(huán),環(huán)環(huán)串聯(lián),縱向和環(huán)向都由螺栓聯(lián)接;管片

4、厚為350mm,環(huán)寬1m,管徑6200mm。在上海地區(qū),運營中的隧道基本位處飽和含水的流塑或軟塑粘性土層。這類土層一經(jīng)擾動,強(qiáng)度明顯降低,且在長達(dá)數(shù)年的時間內(nèi)發(fā)生固結(jié)和次固結(jié)。隧道結(jié)構(gòu)受其影響會產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)變形,主要表現(xiàn)為縱向隆沉及不均勻沉降、橫向水平位移、管徑收斂變形。當(dāng)變形超過設(shè)計承受極限時不僅會引發(fā)管片接縫滲漏水的現(xiàn)象,還會造成結(jié)構(gòu)損壞,影響列車的正常運行。3 工程實例      某基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計為深達(dá)39.5m的地下連續(xù)墻,墻厚1m,與地鐵隧道相距5.4m。為起到穩(wěn)定地墻槽壁以防塌方及基坑開挖期間的防滲止水作用,地墻兩側(cè)先采用8

5、50mm三軸SMW工法水泥土攪拌樁進(jìn)行預(yù)加固,樁間距600mm,搭接250mm,樁深32.5m。外排樁中心距離地鐵隧道外邊線4.9m,共51幅;內(nèi)排相距約6.8m,共49幅。隧道結(jié)構(gòu)埋深-9-15m,處于第層灰色淤泥質(zhì)粘土層中,土層含水量高達(dá)50%,孔隙比為1.43,內(nèi)聚力為11kPa,內(nèi)摩擦角11°,壓縮系數(shù)1.19MPa-1。3.1 試樁      本工程施工前期,為了掌握對周邊環(huán)境的影響程度采用不同的施工參數(shù)進(jìn)行了多組試驗,試樁位置4m遠(yuǎn)處均有土體測斜數(shù)據(jù)的采集。針對試樁結(jié)果進(jìn)行分析可知:與樁身相距越遠(yuǎn)擠土效應(yīng)呈衰減趨勢。如果距

6、離相同,則SMW工法樁擠土作用的大小與土性參數(shù)、漿壓氣壓、施工參數(shù)(水灰比、攪拌速度)、注入與返出的量差都有關(guān)系。定性地來說:土層越軟弱,擠土效應(yīng)越明顯(第層土體水平位移最大);漿壓氣壓越大,擠土效應(yīng)和影響范圍越大;水灰比越小、攪拌速度越快則擠土效應(yīng)越明顯;注漿量與排出量(原狀土含少量漿)之差越大則擠土作用越明顯。為控制施工過程對環(huán)境的影響及保證成樁質(zhì)量,鉆機(jī)電流為190240A,水灰比為1.2,鉆進(jìn)速度為0.25m/min,提升速度為0.5m/min,氣壓為0.5MPa,漿壓為0.30.7MPa。3.2 隧道監(jiān)測系統(tǒng)      加固區(qū)域平行于

7、上行線隧道區(qū)段,累計長度90m為重點監(jiān)測范圍,在相鄰隧道對應(yīng)的道床及管片上每5m布設(shè)一個測點。為嚴(yán)密監(jiān)控工法樁施工期間隧道結(jié)構(gòu)的變形狀況,采用以自動化監(jiān)測系統(tǒng)為主,人工監(jiān)測系統(tǒng)為輔的監(jiān)測方案,監(jiān)測內(nèi)容以隧道結(jié)構(gòu)垂直位移為主,輔以水平位移及管片收斂監(jiān)測。其中自動監(jiān)測沉降系統(tǒng)采用靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)。3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析      1)加固施工前后隧道區(qū)段的垂直位移地墻兩則SMW工法樁累計100幅。在整個施工階段內(nèi)相鄰的隧道區(qū)段基本呈沉降趨勢,其沉降量介于-0.34-2.26mm,平均值-1.51mm;施工結(jié)束后一個月內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)繼續(xù)沉降,沉降量介于-0.

8、62-1.25mm,平均值-0.82mm(見圖1)。      2)單樁施工期間隧道垂直位移成樁時間基本為3h,其中鉆進(jìn)噴漿2h,提升階段1h。每30min跟蹤采集的自動監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)顯示:成樁期隧道相對應(yīng)的測點有一定量隆起,之后回沉且施工結(jié)束數(shù)日內(nèi)都有微量沉降,累計沉降總量大于施工期間的隆起值。針對100幅樁進(jìn)行統(tǒng)計分析,93幅施工期間隧道的豎向變形量較小,基本在±0.5mm之內(nèi),7幅施工期間隧道的垂直位移介于±0.5+3.2mm之間,其中D76樁最為異常。      D46為外排樁,

9、于2005年10月26日032下鉆至19m深處,131下鉆至32.5m,133提升,240結(jié)束。鉆進(jìn)20m范圍內(nèi)隧道變形十分微小。下部12m鉆進(jìn)過程中有4個測點(20m范圍)有0.200.27mm的隆起。提升至21m深度隆起值最大:SJL15上抬0.19mm,SJL16上抬0.27mm,SJL17上抬0.35mm,SJL18上抬0.27mm。21m至地面略有回沉,SJL16沉降0.07mm,SJL17沉降0.16mm。      D76為內(nèi)排樁,于2005年11月2日2337下鉆至17m深處,3日001下鉆至23m時電流異常增大達(dá)280A且持續(xù)

10、不下,下沉速度明顯減慢,014鉆至25m后排土返漿量異常少,溝槽內(nèi)無氣泡返出且漿土稠土很高。此時將水灰比略為調(diào)大,相對密度約至1.43。050鉆進(jìn)至底提升。130提升至21m,213時施工結(jié)束。鉆進(jìn)17m范圍內(nèi)隧道變形微小,下部25m至底的鉆進(jìn)過程有10個測點50m區(qū)段(SJL11SJL20)明顯隆起,其中SJL16隆起量2.3mm,提升開始至21m深度該區(qū)段隆起仍然相當(dāng)明顯。提升至距地面3m位置有4個測點20m區(qū)段(SJL15SJL18)微量隆起,SJL16隆起達(dá)0.3mm。200后隧道出現(xiàn)沉降,至230,SJL16下沉1.14mm,230300下沉0.24mm,300520下沉0.42mm

11、(SJL16累計下沉2.80mm)。施工過程中隆起的區(qū)段都有不同程度的回沉。施工結(jié)束后的次日用人工監(jiān)測方法跟蹤采集的隧道水平位移及管徑收斂也明顯增大,與成樁位置相距2.7m的土體測斜最大水平位移7mm。SJL16SJL17測點對應(yīng)的管片環(huán)縫有輕微滲水現(xiàn)象。      對D76樁的異常現(xiàn)象進(jìn)行了分析,由于其外排樁及相鄰的兩幅樁均已完成,四周土體呈封閉狀態(tài)并且土質(zhì)已不同于未經(jīng)擾動的原狀土,變得較為密實,導(dǎo)致鉆進(jìn)阻力加大(電流增大),速度緩慢,溝槽內(nèi)排出土量少且干稠,注入漿液方量遠(yuǎn)大于排出的土方量。施工過程中發(fā)現(xiàn)工況異常后雖然略微加大了水灰比,但未中

12、止下鉆,采用提升復(fù)攪的措施釋放土體內(nèi)聚應(yīng)力,因此漿液的不斷注入使得樁周土體體積擴(kuò)張相當(dāng)明顯,表現(xiàn)出與沉樁相似的擠土作用,土體發(fā)生遠(yuǎn)離樁身的水平側(cè)移,對應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)則明顯隆起。施工過后由于孔隙水壓力的消散,隧道隨土層固結(jié)而沉降。4 結(jié)論及建議      1)SMW工法土體加固后造成相鄰的隧道結(jié)構(gòu)持續(xù)微量沉降,持續(xù)時間與加固參數(shù)、加固面積、加固體與隧道結(jié)構(gòu)的相對位置等因素有關(guān),本工程回沉?xí)r間長達(dá)1個月。      2)單樁施工期間相鄰的隧道結(jié)構(gòu)先隆起后沉降,一般情況下施工對應(yīng)的20m區(qū)段有變形顯示,異常情