淺埋盾構(gòu)施工沉降控制分析

淺埋盾構(gòu)施工沉降控制分析

平埋結(jié)構(gòu)是指構(gòu)造覆土深度小于10m的結(jié)構(gòu)隧道。由于淺埋盾構(gòu)的覆土深度相對較淺,盾構(gòu)開挖中土壓的擴散對地面的沉降影響較為敏感,因此對于淺埋盾構(gòu)的地面施工沉降控制極為重要。盾構(gòu)穿越既有建筑樓房,控制樓房的差異沉降、沉降速率及沉降均勻性對樓房的安全控制極其關(guān)鍵。地表地下水條件天津地鐵9號線光華路—東興路站盾構(gòu)區(qū)間橫穿光華路至東興路,沿線經(jīng)過蝶橋公寓、第二工人文化宮等地。該線路最大縱坡25‰,最小縱坡3.1‰,盾構(gòu)管片外徑6200mm,內(nèi)徑5500mm,長度1.2m。該盾構(gòu)區(qū)間以粉土、粉質(zhì)粘土為主,從地面向下依次為雜填土、素填土、淤泥、粉質(zhì)粘土和粉土。地表以下淺層地下水為孔隙潛水,主要含水層為粉土(ω=24%)、粉質(zhì)粘土(ω=29%),淺層地下水位埋深為1.5~2.65m之間。隧道左線在軸線里程DK6+936.096處開始斜向穿越蝶橋公寓1號樓(以下簡稱蝶橋公寓)至DK6+911.936止,斜向穿越影響范圍達(dá)36.4m,盾構(gòu)穿越地段隧道埋深8~10m。平面關(guān)系見圖1,建筑物埋深見圖2。盾構(gòu)區(qū)間采用日本川崎的土壓平衡盾構(gòu)機,外徑為6340mm。盾構(gòu)穿越建筑物的施工方案及其應(yīng)急預(yù)案制定的必要性蝶橋公寓為5層磚砌結(jié)構(gòu),長64.8m,寬9.6m;條形淺埋基礎(chǔ),基礎(chǔ)寬1.6m,厚0.3m,埋深1.15m。該樓建于1977年,基礎(chǔ)、建筑結(jié)構(gòu)簡單,樓體局部存在裂縫。盾構(gòu)穿越該建筑物地段隧道埋深較淺,斜向穿越樓房一角,如穿越過程中控制不當(dāng),有可能造成建筑物發(fā)生不均勻沉降,導(dǎo)致樓房裂縫發(fā)展,危及建筑物、盾構(gòu)自身結(jié)構(gòu),甚至對周圍居民和施工人員的人生和財產(chǎn)安全造成危害。因此,施工前必須制定盾構(gòu)穿越建筑物專項施工方案和應(yīng)急預(yù)案。為安全、順利穿越蝶橋公寓,將330~390環(huán)共60環(huán)作為盾構(gòu)穿越建筑物試驗段。穿越試驗段期間對穿越建筑物的沉降數(shù)據(jù)、同步注漿、盾構(gòu)掘進的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行收集、整理,找出同步注漿、盾構(gòu)掘進參數(shù)改變與地面沉降之間的必然聯(lián)系,為穿越蝶橋公寓提供數(shù)據(jù)支持。關(guān)鍵技術(shù)土倉壓力理論計算正面平衡壓力值的設(shè)定是土壓平衡式盾構(gòu)機施工的關(guān)鍵,掘進過程中應(yīng)嚴(yán)格控制土倉壓力,盡量保持土壓平衡。土倉壓力理論計算根據(jù)地下水情況、土層重度、埋深等常規(guī)參數(shù),計算過程中注意應(yīng)將蝶橋公寓樓體重量考慮在內(nèi),計算盾構(gòu)機正面平衡壓力為0.17MPa。實地穿越過程中,結(jié)合以往施工經(jīng)驗、水文地質(zhì)和監(jiān)測報表數(shù)據(jù),將土倉壓力動態(tài)調(diào)整范圍設(shè)定在±0.2MPa之間。盾構(gòu)掘進過程中土壤溫度控制盾構(gòu)掘進的速度主要受盾構(gòu)設(shè)備進出土速度的限制,若進出土速度不協(xié)調(diào),極易出現(xiàn)正面土體失穩(wěn)和地表沉降等不良現(xiàn)象;出土量的多少、快慢與設(shè)定的土壓力值密切相關(guān)。根據(jù)以往盾構(gòu)掘進經(jīng)驗和試驗段收集的施工參數(shù),設(shè)定盾構(gòu)穿越建筑物期間的正常速度控制在20~30mm/min之間,考慮曲線段對出土量的影響,出土量控制在38.2m3/環(huán),最大值控制在39.0m3/環(huán)以內(nèi)。在盾構(gòu)穿越建筑物過程中,嚴(yán)格控制出土量,做到進尺量與出土量平衡,在此速度下保證盾構(gòu)機均衡、勻速、連續(xù)推進,嚴(yán)禁盾構(gòu)機無故停滯;如出現(xiàn)推進速度突慢、突快等異常變化時要加強出土量觀察,發(fā)現(xiàn)異常及時解決。做好糾偏控制在盾構(gòu)穿越蝶橋公寓地段,盾構(gòu)軸線正好位于R=400m的曲線段,因此必須預(yù)先控制好盾構(gòu)姿態(tài),嚴(yán)格控制單次糾偏幅度,做到“勤測勤糾”,每次糾偏量應(yīng)盡量小,確保楔形塊的環(huán)面始終處于曲率半徑的徑向豎直面內(nèi),使糾偏均勻、穩(wěn)定,減少盾構(gòu)糾偏對周圍土體的擾動。雙液漿注漿壓力與量雙平衡保持土壓平衡和嚴(yán)格控制同步注漿質(zhì)量是確保地面、建筑物沉降的重要措施?？紤]盾構(gòu)同步注漿后漿液失水固結(jié)、盾構(gòu)推進開挖斷面大于管片外徑、部分漿液需劈裂到周圍地層的影響,采用理論計算值的150%~200%進行同步注漿,同步注漿應(yīng)在確保漿液質(zhì)量的前提下,嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量雙平衡,即注漿壓力與水土壓力平衡,注漿量與掘進進尺平衡。考慮以上因素,在穿越蝶橋公寓期間,同步注漿量控制在3.5~4.5m3/環(huán),注漿壓力根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整。穿越地段同步注漿采用水泥水玻璃雙液漿和單液漿相結(jié)合的方式,雙液漿的作用在于阻斷盾構(gòu)穿越前后與穿越地段的滲透聯(lián)系,確保穿越地段的注漿效果。雙液漿注漿位置為穿越前、穿越后及穿越中間各4環(huán),雙液漿之間的盾構(gòu)環(huán)采取單液漿。雙液漿分為A、B漿液,A液(100L)配合比為水泥∶膨潤土∶緩凝劑∶水=30∶20∶0.5∶80;B液(100L)配合比為水玻璃∶水=70∶30。漿液膠凝時間為9~11s,其強度1h達(dá)0.06MPa,3h達(dá)0.10MPa,28d達(dá)2.3MPa。單液漿配合比與正常地段配合比相同,配合比(1m3)為膨潤土∶水泥∶細(xì)砂∶粉煤灰∶水=200∶80∶200∶740∶600,稠度控制在9~11之間。二應(yīng)力的恢復(fù)盾構(gòu)向前方推進后,隨著同步注漿的凝固收縮和掘進過程中千斤頂向后方管片的持續(xù)反力作用,盾構(gòu)管片與周圍土體的應(yīng)力場將重新微調(diào),力求達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。因此局部土體與管片相互間將產(chǎn)生間隙,二次注漿的作用就是對該部分間隙進行填充,注漿時應(yīng)根據(jù)地面、建筑物監(jiān)測的沉降、隆起變形情況,確定注漿的數(shù)量和壓力大小,二次注漿采用雙液漿并按量少次多的原則進行注射,持續(xù)至監(jiān)測顯示建筑物穩(wěn)定為止,漿液配合比與以上同步注漿雙液漿配合比相同?？刂瓢?管片防漏漿海綿條嵌入雙保險根據(jù)盾構(gòu)隧道施工經(jīng)驗,盾尾漏漿是影響地面沉降的關(guān)鍵因素,因此,防盾尾漏漿對盾構(gòu)順利、安全穿越蝶橋公寓1號樓尤為重要。為避免盾尾漏漿的發(fā)生,采用控制盾尾密封油脂和管片防漏漿海綿條嵌入雙保險方式。盾尾密封油脂是防止漏漿的關(guān)鍵,在穿越過程中要嚴(yán)格控制油脂的注入時間和注入壓力,實現(xiàn)連續(xù)不間斷注入。如在連續(xù)泵送盾尾密封油脂仍不能阻止漏漿,應(yīng)采用將海綿條沿環(huán)向全周圍嵌入盾尾殼體與管片之間的縫隙,防止繼續(xù)漏漿而造成地面沉降。同步液壓系統(tǒng)運行故障為保證設(shè)備在穿越建筑物期間各部件和系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn),防止出現(xiàn)故障導(dǎo)致地面、建筑物沉降,盾構(gòu)穿越蝶橋公寓前應(yīng)對同步注漿系統(tǒng)、加泥(加水)系統(tǒng)、推進油缸的液壓與止鎖系統(tǒng)、盾尾密封系統(tǒng)、水平運輸電機車和垂直運輸龍門吊車等設(shè)備進行維修和保養(yǎng)。沉降監(jiān)測沉降點的布置以左線盾構(gòu)410~444環(huán),隧道軸線外側(cè)30m范圍內(nèi)的地面建筑物為沉降監(jiān)測對象。在蝶橋公寓外墻上的敏感部位或每隔5~8m布設(shè)一個沉降監(jiān)測點,共布置34個沉降點?？紤]該建筑物建造年代久遠(yuǎn)、基礎(chǔ)構(gòu)造埋深淺、結(jié)構(gòu)類型簡單和局部存在裂縫等現(xiàn)狀,為防止不均勻沉降產(chǎn)生不良后果,將軸線監(jiān)測點累計變形報警值設(shè)定為±10mm,建筑物監(jiān)測點累計變形報警值設(shè)定為±5mm。建筑物監(jiān)測在盾構(gòu)掘進施工至距建筑物前方50m時,開始實施建筑物監(jiān)測,盾尾穿越建筑物超過30m且沉降數(shù)據(jù)變化正常后,可減少對建筑物的監(jiān)測頻率,進入正常監(jiān)測。穿越期間監(jiān)測頻率2h/次,正常監(jiān)測頻率8h/次。盾構(gòu)穿越期間監(jiān)測淺埋盾構(gòu)穿越既有建筑物前應(yīng)對既有建筑物基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)類型、建筑年代及地層水文地質(zhì)等進行充分調(diào)查,為穿越前的建筑物加固、穿越期間掘進參數(shù)調(diào)整