淺談地鐵隧道盾構(gòu)穿越地面建筑的施工

淺談地鐵隧道盾構(gòu)穿越地面建筑的施工

1基礎(chǔ)最近距建筑基礎(chǔ)條件上海軌道交通11號線的一條直線在工作井的入口延伸了30米。下一條直線和上一條直線穿過傾斜建筑，并在傾斜方向上穿過側(cè)面。偏差距離約為72m。其中,有15m左右范圍盾構(gòu)將在基礎(chǔ)下部經(jīng)過(見圖1);盾構(gòu)頂部距樓房基礎(chǔ)最近距離為9.2～9.4m(見圖2);穿越土層為(4)淤泥質(zhì)黏土層、(5)1-1黏土層。另據(jù)巖土勘查報告顯示,此房屋恰好位于古河道分布區(qū)與正常地層分布區(qū)的分界區(qū)域,南北兩側(cè)土質(zhì)不均。傾斜樓房建于1960年,5層磚混結(jié)構(gòu)建筑,樓板為預(yù)制混凝土空心板,磚墻厚度220mm,底層地格柵以下墻厚330mm?；A(chǔ)為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),埋置深度H=1.1m(H為設(shè)計室外地面至基礎(chǔ)底面的距離)。根據(jù)房屋檢測評估報告,該房屋已經(jīng)整體向北側(cè)傾斜,平均傾斜率為1.5%,最大傾斜率為1.7%。該房屋總體上已進入明顯老化期,結(jié)構(gòu)較為薄弱、整體性有所欠缺,存在安全隱患。2沉降變形的計算分析沉降影響預(yù)估的目的是預(yù)測盾構(gòu)施工引起的地表沉降量、沉降范圍,判斷盾構(gòu)施工對傾斜樓房的影響程度。本文采用派克法(peck法)估算盾構(gòu)施工引起的地表沉降。地表沉降量計算考慮上、下行線兩條隧道疊加結(jié)果。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗,分別取3組地層損失率(vl1=-0.2%,vl2=0.7%;vl1=0,vl2=0.5%;vl1=-0.2%,vl2=0.5%),對房屋縱向與橫向沉降進行計算分析。假設(shè)條形基礎(chǔ)為柔性,即把基礎(chǔ)下地基的沉降作為基礎(chǔ)的沉降,得到外縱墻與承重墻由于基礎(chǔ)不均勻沉降引起的主拉應(yīng)力分布。外縱墻主拉應(yīng)力見圖3、圖4?？梢?墻體大于抗拉強度的最大主拉應(yīng)力分布較廣,預(yù)計在外縱墻面的中部產(chǎn)生大量的倒八字形裂縫。承重墻下部大部分最大主拉應(yīng)力大于抗拉強度,也可能將會產(chǎn)生較多裂縫。由于地下工程存在較多的不確定因素,因此還需在正式穿越前,設(shè)置一定范圍的模擬試驗段,加強監(jiān)測,并及時地進行數(shù)據(jù)分析,優(yōu)化施工參數(shù)。3模擬部分的困難和推進3.1盾構(gòu)施工后的圍巖地質(zhì)情況1)房屋結(jié)構(gòu)薄弱,整體性欠缺;最大傾斜率已達到1.7%;已進入明顯老化期,自身存在安全隱患。2)房屋的超載作用使得土層的應(yīng)力場呈不對稱性、不均勻性,增加了施工參數(shù)控制的難度。3)地質(zhì)情況較為復(fù)雜。房屋地基南北土質(zhì)不均;盾構(gòu)穿越的土層為高含水量、高壓縮性、低強度、低滲透性的飽和軟黏性土,具有較高的靈敏度和觸變特性。4)房屋基礎(chǔ)到隧道中心線的距離較近(約8.5m),盾構(gòu)施工對房屋的影響大。由于房屋位于隧道的斜上方,同樣的沉降量會使房屋產(chǎn)生更大的附加傾斜,所以加大在隧道內(nèi)通過注漿控制房屋沉降的難度。5)房屋到工作井的距離較近(約35m),盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整及模擬推進試驗的時間較短。因此,本次穿越工程需采取有力的施工控制措施,把盾構(gòu)施工對房屋的影響控制在最小的范圍內(nèi)。3.2隧道先行推進,獲得初步施工參數(shù)規(guī)律為了穩(wěn)妥起見,在上行線穿越傾斜房屋前,選擇離傾斜房屋較遠的下行線隧道先行推進,以初步獲得房屋沉降和施工參數(shù)規(guī)律。盾構(gòu)在模擬段推進過程中,通過精心施工,沉降變化控制在+5～-10mm范圍內(nèi)。配合二次補漿施工,使后期沉降較小。4正式施工技術(shù)控制結(jié)合模擬試驗段的施工經(jīng)驗,對各項施工參數(shù)進行調(diào)整、優(yōu)化,運用至上行線正式穿越傾斜樓房施工中。4.1增加注漿孔,嚴格控制隧道二次壓漿在穿越區(qū)段使用特制的多注漿孔管片,由通常的1個注漿孔增加至3個注漿孔,以便能從隧道內(nèi)部多個位置進行二次補漿,以及采用雙液漿封環(huán)箍施工,對樓房起到保護作用。4.2土壓力值的調(diào)整土壓力設(shè)定考慮地面車輛動荷載和房屋荷載的影響,建立土壓力值的初始設(shè)定,同時在實際施工過程中,根據(jù)實時的地面變化監(jiān)測數(shù)據(jù)對預(yù)設(shè)土壓力值進行調(diào)整(見圖5)。對每環(huán)的實際出土量和理論出土量進行比較,嚴格保持開挖面的土壓平衡,盡量減少平衡壓力的波動。同時,還應(yīng)嚴格控制與切口平衡壓力有關(guān)的施工參數(shù),如出土量、推進速度、總推力、實際土壓力圍繞設(shè)定土壓力波動的差值等。4.3根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行監(jiān)測由于盾構(gòu)出洞推進30m后即將穿越傾斜樓房,為了及早摸清沉降規(guī)律、優(yōu)化正面土壓設(shè)置、確定注漿量及注漿壓力,在出洞段30m范圍內(nèi)布置了深沉沉降監(jiān)測點,間距為每2m一組,以便及時了解土層損失情況。由于受現(xiàn)場條件的限制,無法布置高精度的自動監(jiān)測系統(tǒng),因此只能采取高密度人工監(jiān)測的方法。在樓房周圍共布置了23個監(jiān)測點,監(jiān)測頻率為所有點每4h1次,正處于盾構(gòu)影響范圍內(nèi)的點每15min1次。監(jiān)測現(xiàn)場、指揮中心(盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)辦公室)與盾構(gòu)中央控制室數(shù)據(jù)同步傳遞。監(jiān)測現(xiàn)場將最新數(shù)據(jù)傳遞到指揮中心,指揮中心根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對照盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)進行施工參數(shù)優(yōu)化,向盾構(gòu)中央控制室發(fā)出操作指令,盾構(gòu)推進后又反映出對監(jiān)測數(shù)據(jù)變化的控制效果。如此循環(huán),做到動態(tài)管理。4.4可韌性漿液配比的確定通過多年的工程實踐,認為同步注漿的效果對于穿越施工而言具有決定性的影響,因此對于漿液配比、注漿量及注漿壓力的確定尤為重要。此次穿越采用的可硬性漿液配比見表1。在穿越過程中,每班對漿液取樣測試,性能指標包括密度、稠度、初凝值、泌水率,并根據(jù)實際注漿效果,對漿液配比進行調(diào)整優(yōu)化,確保漿液質(zhì)量。穿越期間,同步注漿量均值約為3.2m3,充填率195%,注漿壓力范圍0.16～0.19MPa,以控制地表變形與不漏漿為原則。4.5次補漿工藝在盾構(gòu)穿越傾斜樓房之后,后期沉降仍會對樓房的安全造成不利影響。因此,必需持續(xù)對樓房的傾斜、沉降變化進行跟蹤監(jiān)測,并根據(jù)變化量及時對相應(yīng)位置進行二次補漿,有效降低樓房的后期沉降,直至樓房沉降趨于穩(wěn)定。二次補漿施工以少量多次為原則,在測點剛脫出盾尾時,測點沉降速度較快,此時補漿每天1～2次。經(jīng)過幾次補漿后,測點沉降速度變緩,補漿改為每2～3d1次。當測點穩(wěn)定后,補漿施工不再進行。為避免二次注漿對盾尾設(shè)備的影響,在盾尾10m范圍內(nèi),選用單液注漿;在離開盾尾10m以外,則選用雙液注漿。為盡量減少補漿過程對樓房及周邊環(huán)境的影響,根據(jù)以往施工經(jīng)驗,選用了收縮率小的漿液配比。二次補漿漿液配比見表2。4.6主張4.1下行線段建設(shè)根據(jù)模擬段施工經(jīng)驗,發(fā)現(xiàn)此區(qū)域土質(zhì)極軟、流變特性明顯,一旦在盾構(gòu)推進中出現(xiàn)漏漿的情況,將迅速造成樓房局部的突變沉降。因此,在上行線穿越傾斜樓房的施工中,采取以下措施。1)上行線盾構(gòu)安裝完成后,邀請專家對盾構(gòu)各方面性能進行驗收。2)盾構(gòu)出洞前,對盾尾鋼絲刷嵌油脂的工序進行嚴格把關(guān),油脂采用90號進口油脂,減小盾尾滲漏的幾率。3)推進過程中,嚴格控制盾構(gòu)姿態(tài),提高管片拼裝質(zhì)量,保持正常的盾尾間隙。4)推進過程中,使用進口的盾尾油脂。5)嚴格掌握盾構(gòu)的糾偏量,勤糾緩糾,有效減少對土體的擾動。5地面沉降的變化穿越期間,嚴格執(zhí)行上述技術(shù)措施,傾斜樓房沉降變化基本控制在+5～-10mm范圍內(nèi),1h內(nèi)沉降變化<1mm,樓房也未出現(xiàn)墻面開裂等情況。最大橫向傾斜率控制在0.1%以內(nèi),縱向曲線的各相鄰點不產(chǎn)生較大的差異沉降。配合二次補漿施工,后期沉降也極小,變化趨于穩(wěn)定。6高靈敏度的軟土地層中,應(yīng)用水規(guī)則技術(shù)來