【摘　要】结合工程实例,探讨了端头加固方案的选取,详细介绍了素混凝土墙端头加固的设计计算方法,并对结果进行了分析,经实践证明该加固方法效果显著,确保了工程质量。

【关键词】端头加固,素混凝土连续墙,盾构区间

 

1、工程概况

      广州市轨道交通六号线天平架站—燕塘站—天河客运站区间,由南向北分别经过天平架站、燕塘站、天河客运站。本标段是从燕塘站、天河客运站之间的中间风井兼盾构始发井由北向南掘进。加固范围为中间风井西端(盾构出洞)、燕塘站东端(盾构进洞)、燕塘站西端(盾构出洞)、天平架东端(盾构进洞)。其中以燕塘站西端土质及边界条件最为不利,本篇仅对燕塘站西端头加固进行设计讨论。

2、端头加固方案选取

      端头加固方法主要有:注浆加固、深层搅拌桩、素混凝土墙、旋喷桩等化学加固方法,还有井点降水、冻结等物理加固方法。

      燕塘站西端头临近建筑物地面高程相对车站较高(高差最大达6.4 m),围护结构外轮廓线距改迁电缆井最小距离为1.3 m、最大为3 m,在现有场地条件下无法采用旋喷桩进行加固。土层主要为硬塑状花岗岩残积土层:花岗岩风化作用形成的砂质黏性土、砾质黏性土、黏性土,呈硬塑状,遇水易崩解,也不宜采用注浆加固。素混凝土墙加固施工占地面积相对较小,其承载力也较注浆加固高。因此燕塘站西端端头加固采用素混凝土连续墙方案。

3、设计计算方法

      盾构调试完成后,在确保洞外土体加固效果良好的情况下开始拆除中间风井围护结构(地下连续墙)。整个作业过程中,由专职安全员进行全过程监督,杜绝安全事故隐患,确保人身安全,同时对洞口上的密封装置采取必要的保护措施。

      出洞口加固土体达到设计强度,盾构调试及地下连续墙拆除后,盾构迅速贯入工作面进行加压掘进,用盾构刀盘来破除素混凝土墙。盾构机出洞前要特别检查开挖面情况,以确定没有钢材、木料、较大块的混凝土等异物以及洞口圈钢筋已清理干净。盾构切口进入洞口内,通过螺旋输送机反转的方式向土仓加泥建立开挖面的初始稳定。

      盾构机对素混凝土墙加压掘进之前,盾构隧道范围内的围护结构已经凿除,素混凝土墙临空,水土压力及地面超载完全由素混凝土墙承担,此时为盾构出洞施工过程中的最不利工况。

3.1 水土压力计算

      土层为硬塑状花岗岩残积土层,由花岗岩风化作用而形成风化残积土,有黄褐色、红褐色、灰白色、灰褐色、黑褐色等,组织结构已全部破坏,矿物成分除石英外大部分已风化成土状,可见较多细片状黑云母,以粉粘粒为主,含较多中粗砂、砾石。残积土遇水易软化崩解。根据室内颗粒分析试验结果和野外鉴别结果,在本线路内,其风化产物主要为砂质黏性土、砾质黏性土,其中局部夹有黏性土。土层渗透系数较大,宜采用水土分算进行计算。

3.2 确定土层厚度

      关于砂性土体,土体加固的厚度t可以使用弹性力学的厚板理论计算得出,公式如下:

     

      其中,σ_t为深层搅拌加固后土体的弯曲拉伸强度,kPa;k为安全系数,取1.5;E为郎金土压力公式计算的水土侧压力和;r=D/2,D为盾构开挖土体的直径。与砂性土体破坏形式不同,利用黏性土体在洞口整体滑移失稳的计算理论可推导出相应加固土体的厚、高和宽。

3.3 分析计算

      采用有限元软件对素混凝土墙进行分析。素混凝土连续墙用实体单元模拟(见图1),侧墙土压力采用面荷载施加。墙水土压力及地面超载作用下素混凝土墙的侧移为0.278 mm,最大拉应力为1.18 MPa,均满足规范要求(见图2,图3)。

4、结语

      盾构进出工作井前后是隧道用盾构法施工最困难的地段之一。从一定程度上说,是盾构法施工的关键点。素混凝土墙在盾构区间端头加固中的应用有效地解决了施工场地限制等方面的问题,广州地铁中应用尚不多见。若在素混凝土连续墙中添加适量的玻璃纤维能更好地提高墙体的抗侧压承载力。盾构区间端头加固方法较多,需根据具体地质情况及施工场地条件等因素选择合适的加固方法,使工程施工顺利进展,工程质量得到保证。

 

[1]　张庆贺,朱合华,庄　荣,等.地铁与轻轨[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2]　黎正存.长距离隧道盾构掘进问题[J].山西建筑,2007,33(31):321-322.