盾构隧道穿越既有建筑物施工技术

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【摘 要】近年来,我国城市轨道交通建设发展迅速,但是面临着越来越复杂的周边环境和施工条件,研究和制订相应的施工技术和应对措施十分必要.针对盾构隧道穿越下沉式广场、下穿既有下立交以及下穿高架桥墩工程实例进行分析研究,提出了针对类似情况的施工技术措施.

【关 键 词】地铁隧道盾构穿越施工技术

一、工程概况

五角场站：江湾体育场站区间上行线起于SK27+775.181,止于SK27+334.143,在里程SK27+500.200处设泵站一座；下行线起于XK27+333.876,止于XK27+756.179,在里程XK27+504.900处设泵站一座.隧道最大覆土厚度约为14.44m,纵坡成“V”字形,最大纵坡为28.08‰.

(一)地理位置及地质情况.

区间隧道位于淞沪路五角场中心、四平路、淞沪路下,掘进时土层主要为②3-2灰色砂质粉土、④灰色淤泥质黏土、⑤1-1灰色黏土、局部⑤1-2灰色粉质黏土,隧道的中心高程在-9.302～-13.907m.

周边环境：区间隧道将穿越五角场,该区域重要建筑物众多.隧道沿线东侧有百联又一城,区间距离地基水平距离仅6.4m；西侧有中环线和万达广场,尤其距离中环线桥墩钻孔灌注桩仅1.7m左右,上部是五角场下沉式广场.该区间下行线还将穿越淞沪路—黄兴路下立交桥抗拔桩区域,桩离盾构边缘的最近距离仅60cm.据设计说明以及物探报告说明,盾构通过区域内存在2根锚杆桩.

二、穿越既有建筑物施工技术

区间隧道上部是五角场下沉式广场,盾构施工过程中,上行线将贯穿下沉式广场约90m,下行线与下沉式广场相切约55m.五角场下沉式广场为L形重力式挡墙结构,中间地坪高程为0.2m,区间隧道距下沉式广场挡墙墙趾最小距离约为8.1m.重力式挡墙施工时围护为Φ650mm水泥土搅拌桩,近挡墙1.1m范围内深18m,桩底高程-13.73m,外侧3.15m范围内深10.5m,桩底高程-6.23m.本区间隧道与较深搅拌桩相交长度为4m,与较浅搅拌桩距离为3.3m.

同时下行线隧道还穿越下沉式广场2#、3#出入口,穿越时与出入口结构底净距约为7.3m.出入口采用搅拌桩围护,与区间隧道相交.区间隧道与下沉式广场挡土墙相对位置见图1.

施工应对技术：

1.在盾构穿越过程中必须严格控制切口土压力,同时严格控制与切口土压力有关的施工参数,如推进速度、总推力、出土量等,尽量减少土压力的波动；严格控制盾构纠偏量,在确保盾构正面沉降控制良好的情况下,使盾构均衡、匀速施工,以减少盾构施工对土体的扰动和地层损失,控制下沉式广场及出入口通道变形量为+5～-20mm,从而避免对建筑物结构造成破坏.

2.积极监测为优化施工参数提供依据.盾构穿越前在下沉式广场上布置一定数量的沉降监测点,对建筑进行沉降、倾斜等监测.在盾构穿越过程中加强监测,及时反馈监测结果,以指导施工和制订更合理有效的保护措施.

3.在盾构穿越过程中利用盾构同步注浆系统及时充填盾构推进留下的空隙,减少地层损失,若下沉式广场沉降量接近预警值范围时,待盾构通过后及时置换浆液,可使用隧道内管片注浆孔进行壁后单液注浆,通过二次注浆,控制滞后沉降.

4.制订有效的应急预案,在施工中若发现异常情况,立即启动应急预案,疏散人员,确保人民生命安全.

(二)穿越下立交以及中环线桥墩.

施工应对技术：

1.施工方法对地层的影响程度的设定

盾构机掘进而产生的地层变形按其位置可分为以下几种类型：①开挖面前方的地层变形盾构机在掘进时若前仓压力过大将导致地表隆起,这是施工中要尽量避免的.其次前仓压力过小将导致地表下沉,所以掘进的施工管理是减少地层变形的主要因素之一.②盾构机通过时的地层变形在盾构机通过时,由于盾构机壳体与地层之间有摩擦,以及超欠挖、纠偏和过大的“蛇形”推进,是引起地层扰动的主要因素.③盾尾脱离后的地层变形由于盾构机施工,管片外存在环形间隙,推进时必需同步向盾尾注浆.注浆不及时或注浆量过大和过欠都将导致地层变形.

此外,如果出土口发生涌水,也会发生大面积的沉降.在软弱的黏土层中掘进,过大的扰动,会引起长期的后续沉降.一旦地层发生了上述的变形,桩基承台处的外力条件和支承状况就发生了变化,从而造成承台发生沉降,倾斜和断面变形等情况.

2.针对性技术措施

①地层加固处理措施

该桩基按摩擦桩考虑,盾构掘进必然会削弱桩身和土体之间摩擦力,周围土体会变得比较松散,从而降低了桩基的承载能力,所以在同步注浆后及时二次注浆,并严格控制盾构推进的速度和轴线偏差.在沉降超过设计规定+5～-5mm时,可以通过在桩身周围注浆,增加桩身和周围土体的固结,使桩基的承载能力得到提高.

②推进施工管理技术措施

在盾构推进过程中,严密关注盾构机的运行姿态,及时有效地纠正偏差,使其按设计轴线推进,尽可能地减小“蛇形”轨迹出现.推进过程中密切关注土压力的变化,使其保持在恒定的范围内.为了增加开挖面的稳定性,调整千斤顶推力和螺旋机的转速,使压力舱与开挖面土压力相对应,正面土压力的设定可比正常推进时略大,同时选派有经验的盾构司机进行操作.另外可根据需要,注入适当添加剂增加开挖土的塑性流动化,使压力舱内不产生空隙.盾构施工对土层的过大扰动容易对下立交基础造成不利影响,为防止这种现象的发生,在推进过程中,严格控制轴线,勤纠、少纠,尽可能防止蛇行发生.在同步注浆施工时,必须控制注浆压力的大小以及浆液质量,同时保证充分的注浆量,以避免桩基发生倾斜.在穿越桩基群期间,可适当提高管片拼装状态的千斤顶压力.若有较大的波动发生,必须停止推进,采取有效措施予以解决.严格禁止盾构机后退现象,切实执行盾构机操作规程,防止发生意外的地层扰动和地表塌陷.

③盾构穿越措施

由于盾构须从中环支撑桩侧穿越,施工中必须提高盾构掘进轴线控制精度.在盾构穿越该区段前30m进行一次全面的轴线复测,通过人工复核与自动测量相结合的方式,将盾构机调整到最佳姿态.

从桩侧穿过时,可将盾构姿态适当调整为偏向无桩的一侧,但必须控制在设计误差允许的范围内.从桩间穿越时,必须将盾构轴线控制精度提高,通过加强测量和及时调整,将盾构掘进姿态与设计轴线的偏差控制在20mm以内,确保盾构穿越时与旁边桩基之间保持一定的净距.

④施工监测措施

在施工过程中,加强对下立交的监测,监测的内容应包括沉降监测、位移监测以及侧斜等.监测管理可分为通过前、通过中、通过后三个阶段来实施.特别是在接近下立交区域的前方区段,对相似土层条件的地点进行监测,掌握盾构施工对土层的影响,进一步优化施工参数.通过时的监测是为监测下立交的安全进行的,如发现监测值或监测变化值超过警戒限时,需停止盾构施工,查明原因,并及时采取有效加固措施,对下立交进行保护.在确认下立交安全后再开始推进.通过后的监测,一般此时变化数值逐步变小,在变化逐渐稳定之前一直要进行,但可以适当减少监测的频率.

⑤信息化施工

(三)盾构施工对下立交抗拔桩基及锚杆桩的保护.

根据设计提供的图纸中施工说明,有关区间隧道下行线穿越下立交抗拔桩区域,在预留地铁通道内存在21#、33#锚杆桩,建议采用拔桩方式予以处理.然而,江湾体育场车站正在施工,淞沪路周边道路车道有限,勘察探孔条件受到限制,不具备拔桩工作条件,采用不拔桩直接穿越,采取一定的施工措施并增加设备投入,具体措施为：

1.选用刀盘扭力较大的盾构机,再调整大刀盘的刀具,以便顺利绞断该桩基.

2.盾构施工中,用经验丰富的盾构司机操作,密切注意盾构机工作压力变化,如发现盾构刀盘卡死现象,采用顺时针旋转刀盘和逆时针旋转刀盘相结合的方法,缓慢磨断前方障碍物,使施工继续顺利进行.

3.盾构推进过程中,如遇到锚杆等障碍物,用刀盘磨断障碍物,在磨绞过程中,严格控制千斤顶的总推力、盾构掘进速度、刀盘扭力和刀盘速度等参数,并在盾构头部适量加水,增加润滑度.