淺埋大跨暗挖隧道下穿房屋保護(hù)方案研究

淺埋大跨暗挖隧道下穿房屋保護(hù)方案研究

1暗挖段主要參數(shù)設(shè)計(jì)隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的加快，我國公共交通的發(fā)展也越來越快，但項(xiàng)目建設(shè)的環(huán)境也越來越復(fù)雜。越來越多的東西穿過建筑物和距離較近的現(xiàn)有建筑（結(jié)構(gòu)）倒塌。隧道開挖將導(dǎo)致地面沉降，而地面建筑（結(jié)構(gòu)）的沉降不會(huì)均勻下降。許多科學(xué)家在數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)控下進(jìn)行了相關(guān)研究。目前國內(nèi)外對地表建筑物的保護(hù)方法主要有平移法、頂升法、迫降法、樁基托換法和注漿保護(hù)法等。廈門機(jī)場路一期工程下穿隧道浦南暗挖段總長約650m,隧道埋深9~27m,最大跨度為33.6m,在密集的建筑物下通過,其影響范圍內(nèi)的建筑物多達(dá)67棟。該工程具有淺埋、大跨、圍巖軟弱、周邊施工環(huán)境復(fù)雜以及地質(zhì)條件差等顯著特點(diǎn),如何在隧道施工中保證既有建筑物的安全是該工程成功的關(guān)鍵。通過對隧道施工引起的建筑物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和評估,掌握建筑物當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),是后續(xù)施工過程中各種控制工作的基礎(chǔ),對保護(hù)建筑物的安全至關(guān)重要。在受影響的67棟樓房中,關(guān)鍵性的一棟樓房為南京軍區(qū)家屬住房(工程中編號為34#樓房),為防止隧道下穿時(shí)引起樓房變形、開裂等不良現(xiàn)象,必須對該樓房進(jìn)行加固保護(hù)。為隧道安全通過34#樓房積累經(jīng)驗(yàn)和確定安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的技術(shù)方案,經(jīng)過對各種房屋保護(hù)方案的可靠性和可操作性等方面進(jìn)行綜合考慮,施工中采取地表跟蹤注漿施工方法對房屋進(jìn)行保護(hù),并以隧道施工區(qū)地表預(yù)留拆遷房104#,105#樓房作為對象進(jìn)行跟蹤注漿試驗(yàn),對房屋保護(hù)施工方案、施工工藝、注漿材料、注漿參數(shù)以及安全控制性標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行確定,并根據(jù)抬升效果對試驗(yàn)階段抬升注漿方案、工藝、參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化和總結(jié)。在穿越34#樓房時(shí),根據(jù)前期104#,105#樓房試驗(yàn)結(jié)果對施工工藝和參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)的優(yōu)化,創(chuàng)新性采用袖閥管和分流器注漿抬升工藝,可實(shí)現(xiàn)多次、多點(diǎn)及時(shí)注漿抬升的效果,保證了房屋抬升的整體性和均勻性,滿足多孔同時(shí)注漿的要求。目前該隧道已全線貫通,安全通過34#樓房,確保了樓房及施工的安全。2項(xiàng)目總結(jié)2.13架混交結(jié)構(gòu)住宅34#樓房位于YK7+660~672段,距離隧道洞頂16m,為7層、淺基、框架磚混結(jié)構(gòu)住宅,房屋基礎(chǔ)為漿砌整條毛石基礎(chǔ),埋深1.3m,房屋總體長56m,寬11.2m,基礎(chǔ)厚75cm,寬1.14m。34#樓40m的寬度位于下穿隧道上方,樓房的3/4長度被隧道穿越。34#樓房基礎(chǔ)與隧道位置關(guān)系如圖1所示。2.2地質(zhì)構(gòu)造及地下水本段圍巖由地表以下0~4m范圍內(nèi)為填筑土;4~10m范圍內(nèi)為泥質(zhì)粗砂,呈松散~松軟狀,流動(dòng)性較強(qiáng);10m以下為全風(fēng)化巖,穩(wěn)定性很差,遇水很容易流失、塌陷。34#樓房地質(zhì)斷面如圖2所示。本段水文地質(zhì)單元主要為第四系松散類孔隙水分布區(qū),洞頂以上無隔水層,地下水屬潛水類型,地下水位與自然地面基本持平,大氣降水為地下水的主要補(bǔ)給源。隧道從富水圍巖中通過,掌子面呈滲水或滴水狀出水。隧道開挖時(shí)極易發(fā)生滲漏水,從而導(dǎo)致全風(fēng)化花崗巖失水后成砂狀坍塌,且滲漏水易引起地表沉降。334#樓地板提升方案》3.1基礎(chǔ)下地層注漿加固技術(shù)注漿抬升的設(shè)計(jì)理念是:在被抬升房屋基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)形成一個(gè)反持力層,通過對房屋基礎(chǔ)與反持力層之間的土體進(jìn)行注漿,在注漿過程中由于反持力層的作用,起到對房屋的抬升。34#樓房注漿抬升設(shè)計(jì)的主要思路如下:(1)防止對基礎(chǔ)下地層注漿時(shí)漿液四溢,首先施作止?jié){墻形成封閉區(qū)域。(2)基礎(chǔ)以下的地層主要為雜填土和泥質(zhì)粗砂層,由于房屋基礎(chǔ)下方地層比較松散,在補(bǔ)償和抬升注漿前需要對房屋基底進(jìn)行注漿加固,通過注漿加固改良,增加基底密實(shí)度,形成持力層,為以后的跟蹤注漿創(chuàng)造條件,同時(shí)對房屋起到了一定的預(yù)抬升作用,基底預(yù)加固注漿孔分為三序,角度及深度各不相同,以盡可能減小注漿盲區(qū)使基礎(chǔ)下方地層得到均勻加固。(3)動(dòng)態(tài)跟蹤注漿孔分為三序,角度及深度各不相同,實(shí)現(xiàn)在不同的工況下進(jìn)行深孔抬升和淺孔抬升。動(dòng)態(tài)跟蹤注漿采用袖閥管施工工藝,后退式注漿方法進(jìn)行注漿。3.2沉降量不大,比小,頻繁進(jìn)行地表注漿加固方案分隧道開挖工前、工中和工后3個(gè)階段實(shí)施。動(dòng)態(tài)跟蹤注漿順序按“自沉降最大處開始,至較小處結(jié)束;沉降量大的地方多注漿,沉降量小的地方少注漿;多次反復(fù)進(jìn)行,控制流量、壓力和抬升速度;采用多臺設(shè)備對稱施工”的原則進(jìn)行。動(dòng)態(tài)跟蹤注漿應(yīng)根據(jù)監(jiān)測情況適時(shí)進(jìn)行,當(dāng)房屋沉降速率達(dá)到0.7mm/d或累計(jì)沉降量超過10mm時(shí),應(yīng)對房屋進(jìn)行補(bǔ)償注漿及時(shí)抵消房屋的沉降量,使房屋的沉降量和差異沉降始終在可控范圍內(nèi),同時(shí)單次最大抬升值控制在3mm以內(nèi)。(1)跟蹤注漿施工首先對隧道開挖穿越區(qū)域段房屋四周進(jìn)行止?jié){帷幕施工,然后利用WSS二重管注漿工藝對房屋基底注漿加固,使加固范圍土體形成類似閥板基礎(chǔ),提高房屋基礎(chǔ)的整體承載力。跟蹤注漿分為補(bǔ)償注漿和抬升注漿,均采用袖閥管注雙液漿的施工方法。在隧道穿越34#樓房過程中,根據(jù)開挖施工對樓房引起的沉降進(jìn)行適時(shí)注漿:(1)在抬升注漿之前,預(yù)加固施工完畢并到一定強(qiáng)度后,由于加固的土體固結(jié)壓縮會(huì)造成地表沉降,此時(shí)實(shí)施補(bǔ)償注漿對地層中的孔隙進(jìn)行填補(bǔ),以控制沉降并為抬升注漿提供條件;(2)在補(bǔ)償注漿達(dá)到一定強(qiáng)度后開始抬升注漿。在隧道穿過房屋并封閉成環(huán)后,地層土體沉降仍然會(huì)持續(xù)發(fā)展,此階段根據(jù)房屋沉降情況繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)償抬升注漿,直至地層沉降穩(wěn)定。3.3砂漿鉆孔配置地表注漿孔根據(jù)其作用可分為止?jié){帷幕注漿孔、房屋基底預(yù)加固注漿孔、動(dòng)態(tài)跟蹤注漿孔。(1)垂直注漿孔型布置34#樓房前后和左側(cè)需施作止?jié){帷幕注漿孔。小里程一側(cè)采用旋噴咬合樁作為止?jié){帷幕,樁的深度為12.31m。大里程一側(cè)采用垂直注漿作為止?jié){帷幕,分別距離房屋邊緣4.0,4.5,5.0和5.5m,共4排注漿孔,梅花型布置,孔間距0.75m,排距0.5m,孔深12.3m。房屋左側(cè)設(shè)置2排垂直注漿孔為止?jié){帷幕,位于隧道開挖輪廓線外2.5m處,梅花型布置,孔間距0.75m,排距0.5m,孔深12.3m。止?jié){帷幕、房屋基礎(chǔ)加固、抬升注漿孔平面布置圖如圖3所示。(2)排注漿孔布置方案在34#樓房前后兩側(cè)和房屋左側(cè)施作3排注漿孔對房屋基底進(jìn)行注漿加固,房屋前后3排注漿孔距房屋邊緣分別為3.0,3.5,4.0m,房屋左側(cè)3排注漿孔在隧道開挖輪廓線外2.0,2.5,3.0m處,孔間距1.5m,3排注漿呈梅花形布置,為了使房屋基底地層得到充分加固,3排注漿孔分別采取不同的角度和深度。3排注漿孔由內(nèi)到外與水平面的夾角分別為30°,45°,60°,孔深分別為11,13,15m?；鬃{孔沿止?jié){墻內(nèi)部布設(shè),地表注漿加固縱剖面圖如圖4所示。(3)外2.0.2.5,3.0m處在34#樓房前后兩側(cè)和房屋左側(cè)施作3排跟蹤注漿孔,房屋前后3排注漿孔距房屋邊緣分別為3.0,3.5,4.0m,房屋左側(cè)3排注漿孔在隧道開挖輪廓線外2.0,2.5,3.0m處。第一排動(dòng)態(tài)跟蹤注漿孔與水平面的夾角為30°,深11m,跟蹤注漿孔中心距為1.5m。第二排動(dòng)態(tài)跟蹤注漿孔與水平面的夾角為45°,深13m,跟蹤注漿孔中心距為1.5m。第三排動(dòng)態(tài)跟蹤注漿孔分為2序:(1)1序跟蹤注漿孔與水平面的夾角為60°,深15m,注漿孔中心距為1.5m;(2)2序跟蹤注漿孔與水平面的夾角為80°,深13m,注漿孔中心距為1.5m。動(dòng)態(tài)跟蹤抬升注漿布孔情況如圖3,4所示。3.4主砂漿的參數(shù)設(shè)計(jì)(1)注漿及灌漿配比房屋加固注漿采用普通水泥–水玻璃雙液漿,漿液配比如下:水泥漿水灰比(W∶C)=0.8∶1~1∶1,水泥∶水玻璃比(C∶S)=1∶1,水玻璃濃度35Be′。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)按注漿壓力和注漿量相結(jié)合的方式進(jìn)行控制,注漿壓力為0.6~1.5MPa,注漿量為200~300L/m,當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力范圍或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)均可結(jié)束注漿施工。補(bǔ)償注漿和抬升注漿均采用袖閥管進(jìn)行注漿施工,因此要求漿液凝膠時(shí)間可控,強(qiáng)度不能太高,以保證袖閥管反復(fù)可注性,滿足房屋抬升施工要求。注漿材料采用水泥–水玻璃雙液漿,漿液配比如下:水泥漿水灰比(W∶C)=0.8∶1~1∶1,水泥∶水玻璃比(C∶S)=1∶1,水玻璃濃度35Be′。注漿量根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和注漿壓力控制,注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以壓力為主要控制,即0.5~1.0MPa。434[建筑涂料]4.134.4#樓沉降監(jiān)測4.1.1測量點(diǎn)的配置為了實(shí)時(shí)掌握樓房的沉降情況,指導(dǎo)注漿抬升施工,在34#樓房周邊總共布置了23個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(見圖5)。4.1.2制工前的沉降隧道各分部開挖情況見圖6,各分部及二次襯砌通過34#樓的時(shí)間統(tǒng)計(jì)詳見表1。從圖7,8可以看出:(1)在進(jìn)行止?jié){帷幕、基底加固及跟蹤注漿管預(yù)埋時(shí),不同程度上引起了樓房的沉降;2008年3月8日之后進(jìn)行跟蹤注漿管預(yù)埋,在此期間引起較大的沉降。主要原因?yàn)樽{管預(yù)埋過程中,最開始采用的是水鉆引孔,塌孔現(xiàn)象比較嚴(yán)重,對基底多次擾動(dòng),造成較大的沉降。后期為了控制工前房屋的沉降,采用礦巖鉆機(jī)干鉆引孔,一定程度上避免了塌孔的現(xiàn)象,沉降發(fā)展趨勢變緩。(2)左洞在進(jìn)行大管棚及洞內(nèi)全斷面注漿的過程中房屋被抬升,抬升值達(dá)到20mm左右,說明前期的基底注漿加固效果比較明顯,起到了較好的效果,但是同時(shí)造成差異沉降增大,最大差異沉降值為1.2‰,達(dá)到了預(yù)警值1.0‰。在(1)部穿越34#樓房時(shí),樓房明顯存在沉降,此階段沒有進(jìn)行地面注漿抬升,主要原因是為了將前期洞內(nèi)注漿造成的抬升進(jìn)行回落,控制房屋的差異沉降。(3)(3),(4)部在開挖的過程中沉降明顯地加劇,但是樓房整體的差異沉降比較小,樓房的開裂也在可控狀態(tài),只進(jìn)行了淺孔注漿抬升(30°和45°注漿孔),在此過程中初支還沒有封閉成環(huán),淺孔注漿抬升效果比較明顯,對隧道初支的影響比較小。(4)左洞二次襯砌完成后,對房屋左側(cè)進(jìn)行了多次深孔注漿抬升(60°和80°注漿孔),房屋的沉降逐漸減小。右洞在開挖的過程中沒有造成太大的沉降,主要原因?yàn)槎磧?nèi)圍巖失水比較少,掌子面開挖一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。(5)右洞二次襯砌完成后,對房屋整體進(jìn)行了多次抬升注漿,進(jìn)行了一個(gè)多月的沉降觀測,房屋的沉降發(fā)展趨勢比較平緩,處于穩(wěn)定狀態(tài),最終房屋的各測點(diǎn)累計(jì)沉降和差異沉降都控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。4.23地下主采裂縫分布在地表加固施工前對34#樓房已存在的裂縫進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),并在施工過程中對裂縫進(jìn)行跟蹤監(jiān)測,根據(jù)裂縫的寬度、發(fā)展速率等對房屋保護(hù)情況進(jìn)行評估,確保房屋主體結(jié)構(gòu)安全。主要裂縫分布如圖9所示,其中裂縫16,17,18,19和20為施工過程中產(chǎn)生的裂縫,其他裂縫1~15,+1~+7為既有裂縫。部分裂縫發(fā)展趨勢如圖10所示。從既有裂縫的分布情況來看,小里程一側(cè)裂縫主要分布在沉降縫附近和房屋右半部分,大里程一側(cè)的裂縫則分布較廣。裂縫大部分都分布在一層儲(chǔ)物間窗間墻的位置,在隧道施工過程中,裂縫變化很小,絕大部分裂縫呈現(xiàn)彌合的趨勢。隧道開挖過程中產(chǎn)生了個(gè)別新縫,主要集中在小里程一側(cè)沉降縫附近,裂縫累計(jì)發(fā)展為0.1~0.2mm,現(xiàn)已穩(wěn)定。經(jīng)廈門市房屋鑒定所鑒定認(rèn)為房屋處于安全狀態(tài),施工對其影響很小。5深孔注漿升降工程在隧道穿越34#樓房時(shí),為了確保建筑物結(jié)構(gòu)的安全,在實(shí)際施工中提出了以過程控制和工后恢復(fù)為核心的注漿抬升方案。通過成功穿越34#樓房的施工經(jīng)驗(yàn),得出以下結(jié)論和建議:(1)房屋的開裂主要是房屋的差異沉降造成的,隧道在穿越既有建筑物的過程中,初支還沒有完全封閉。在該過程中,主要目的是為了控制房屋的差異沉降不超標(biāo),因此采用淺孔(30°和45°注漿孔)注漿抬升,注漿壓力不宜超過1MPa,淺孔注漿效果比較明顯,對隧道的初支影響比較小。(2)工后注漿抬升尤為重要,目的在于進(jìn)一步降低建筑物的絕對沉降和差異沉降,有利于建筑物的裂縫閉合。在該階段主要利用洞內(nèi)已施工好的二襯作為反力層,可適當(dāng)提高注漿壓力,注漿壓力不宜超過2MPa,利用深孔(60°和80°注漿孔)注漿抬升,深孔注漿抬升最大的優(yōu)點(diǎn)是可以整體抬升房屋。(3)本工程中最大的創(chuàng)新點(diǎn)就是利用袖閥管進(jìn)行注漿抬升,袖閥管有預(yù)埋性好、多次重復(fù)注漿、多點(diǎn)同步注漿抬升的優(yōu)點(diǎn),可以利用少量注漿機(jī)和漿液分液器實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步注漿抬升,同時(shí)每根袖閥管的利用次數(shù)可達(dá)5次以上,大大減少了由于多次引孔對房屋基地土體的擾動(dòng)。袖閥管預(yù)埋的過程中引孔盡量采用干鉆引孔的方法,袖閥管和孔之間的縫隙必須采用水泥砂漿或棉紗封堵,以免注漿過程中冒漿。(4)房屋結(jié)構(gòu)安全性最直觀的表現(xiàn)就是裂縫,房屋本身產(chǎn)生的差異沉降是房屋產(chǎn)生裂縫和裂縫發(fā)展的關(guān)鍵,隧道在穿越既有建筑物的過程中,如果差異沉降在可控范圍內(nèi),不宜過多地進(jìn)行注漿抬升。由于注漿抬升的過程中,房屋將會(huì)經(jīng)歷由升到降的過程,勢必會(huì)造成裂縫不斷地發(fā)展。(5)房屋基礎(chǔ)加固施工以及補(bǔ)償注漿孔、抬升注漿孔的施作應(yīng)盡早實(shí)施,并在隧道開挖施工至房屋基礎(chǔ)下方前10~12m時(shí),對基礎(chǔ)進(jìn)行一定的預(yù)抬升。(6)跟蹤注漿應(yīng)采用穩(wěn)定性漿液,避免漿液干縮泌水造成房屋沉降的波動(dòng)。同時(shí)跟蹤注漿應(yīng)采用流量小,壓力穩(wěn)定性好的注漿泵,以便精準(zhǔn)控制抬升量,避免局部抬升過快,引起房屋開裂。(7)施工中采用一臺注漿泵利用分液器分流后可同時(shí)向4個(gè)孔進(jìn)行跟蹤注漿施工,在注漿泵流量滿足的條件下,使得注漿效率提高4倍,加快房屋跟蹤注漿施工進(jìn)度,