盾构通过既有桩基础的接近施工技术
2009-04-10 23:49
盾构通过既有桩基础的接近施工技术
摘要:介绍了广州轨道交通5号线动物园站～杨箕站区间隧道盾构,在国内同类地层中最小转弯半径R=200 m地铁隧道特急曲线段、在不采取任何加固措施前提下,顺利通过了紧邻特急曲线段某既有110 kV变电站。论述了该项接近施工技术,为类似工程实施提供借鉴参考。
关键词:地铁隧道;特急曲线;盾构;桩基础;接近施工
1工程概况
广州市轨道交通5号线动物园站～杨箕站盾构区间隧道,线路由直线段和两段曲线组成。隧道施工盾构机从杨箕站始发后,穿越梅东路、梅花路、东风路、进入东风广场,右线从东风广场内110 kV环风变电站桩基础右侧穿过,沿环市东路向西进入动物园站。
1.1桩基础与隧道位置关系
右线线路圆曲线(JDY25)为特急曲线段,起止里程YDK12+853.571～YDK13+228.616,曲线长375.045m,转向角124°37′53″,转弯半径200 m为国内同类地质条件下的最小转弯半径。
环风变电站1#桩基础为人工挖孔桩,桩径1200 mm,桩长24 m,位于里程YDK13+086.059附近,桩的扩大端距离隧道净距离为405 mm,桩的最底部位于隧道中心线以下398 mm位置。该桩紧邻地铁隧道特急曲线段,为典型的接近施工。
环风变电站桩基础与地铁隧道的位置关系见图1。
1.2工程地质及水文地质概况
环风变电站所处地段地层自地表往下依次为:200 mm厚混凝土层;杂填土、素填土层厚约0.8 m; <4-1>冲积～洪积黏性土层约7 m厚;<5-2>残积粉质黏土层约2.85 m厚;<6>泥质粉砂岩和粉砂质泥岩层约4.55 m厚;<8>中等风化带层约9.35 m厚;<9>微风化带层约6.38 m厚。变电站桩基础下半部分及隧道大部分位于<8>、<9>号泥质粉砂岩中,该地层透水性较差。
2施工方案确定
2.1设计要求
施工图设计要求,在盾构通过前对变电站1#桩基础采取保护措施。主要考虑以下因素:
(1)110 kV环风变电站为城市生命线工程,建筑物安全等级为一级。(2)盾构在特急曲线段掘进,轴线不易控制,刀盘可能会切削桩体,破坏变电站结构;盾构掘进引起地面沉降,会导致变电站围护结构或设备基础破坏。因此,在盾构通过前对变电站1#桩基础进行注浆加固。
加固主要针对<4-1>冲积～洪积黏性土层进行。注浆范围:以桩心为中心,6 m×6 m范围,加固深度5 m。注浆顺序:先外围后中间,先对上部覆盖层进行充填注浆,然后自下而上进行分段后退式注浆。盾构掘进过程中,根据监测反馈信息进行跟踪注浆。
2.2变更设计
2.2.1变更依据
邻近度是衡量邻近桩是否需要保护的评判标准,也是对需要保护的桩进行进一步分级的标准。邻近度的确定,目前国内还没有形成公认的确定方法,国内大多根据日本隧道施工的经验(接近度划分)来判别桩是否受到隧道开挖的影响。
考虑到以下有利因素并结合工程经验,决定盾构通过前,对变电站桩基础不需要采取保护措施,可取消注浆加固。
(1)桩基下半部分及隧道的大部分位于<8>、<9>号泥质粉砂岩中,岩层强度很大,地层稳定性好,能保证隧道的稳定和桩基的安全。
(2)变电站桩端位于隧道中心线以下398 mm位置,桩扩大端与隧道净距为405 mm,桩端应力扩散对隧道结构的影响不大。
(3)桩的最底部均位于隧道中心线以下,桩的持力部分比隧道中心低,而盾构机掘进时主要影响隧道中心线以上部分的土体,对下部的地层影响则较小,故不会对桩端以下部分的土体产生较大影响;盾构机掘进对桩周土体扰动的影响都比较小。
2.2.2变更的客观原因
(1)加固范围内各种地下管线多,注浆加固布孔极其困难。
(2)实施注浆加固,对众多地下管线会产生扰动破坏。
2.2.3变更的前提条件
关键是控制好盾构掘进姿态,保证盾构机不会直接碰撞到桩基,不会对桩端产生直接的破坏性的影响。
3盾构过变电站桩基础施工
3.1施工原则和理论分析
3.1.1施工原则
当盾构在特急曲线上掘进并且距离附近建筑物的桩基颇近时,施工遵循的原则:
(1)慢慢推、慢慢转、均匀转。
(2)调整压力,顶住正面;合理注浆、封住盾尾。
3.1.2理论分析
国内外工程的慢剪试验表明,随着剪切速率的降低,孔隙水压力降低,土体强度增加。盾构掘进过程中头部刀盘“慢慢推”、“慢慢转”,一方面有助于提高土体强度;另一方面还可以降低施工对周围环境的扰动。
另外,在近距离施工中,应特别注意减小盾构摩阻力的影响,而盾构侧壁摩阻力的大小除取决于周边地层的特性、盾壳表面光滑度外,还取决于摩擦面的滑动速度,即盾壳移动速度,因而“慢慢推”、“慢慢转”可以降低盾构掘进过程中侧壁摩阻力对周围土体的影响,从而达到对临近建构筑物保护的作用。
盾构在特急曲线掘进过程中盾构姿态不断变化,由于超挖导致地层损失,这一损失不可避免。盾构在曲线段“分小段推”能够减少因为超挖而产生的地层损失,“均匀转”能够降低土层损失为最小。
盾构在风化岩层中急转弯掘进,足够的、快凝的同步注浆及二次双液注浆必不可少,它能尽早填充并补偿地层损失;固定管片,改善管片的受力状态,防止管片错台破损,同时在管片外部形成密闭止水环,有效地防止喷涌情况发生。因此,盾构机配置了两套背填注浆系统,一套用于常规的背填注浆,另一套用于以侧面为重点的管片二次补充注浆。
3.2过桩基础施工
盾构刀盘2007年6月19日通过桩基础,盾构机及后配套2007年7月13日顺利通过桩基础。
3.2.1过桩基前措施
在到达该特殊地段前选择了一开挖面自稳性较好的地段对盾构机进行了全面检修,减少在该地段停机检修的风险。
(1)全面检测刀具,对磨损超标的刀具进行更换;
(2)对堵塞的注浆管进行疏通处理;
(3)对分别通往开挖面、土仓、螺旋输送器的主从泡沫管进行疏通;
(4)检查盾尾刷的密封性能,保证盾尾的密封效果。
3.2.2过桩基时措施
(1)掘进模式:根据该地段的地质情况,盾构采取敞开式掘进。
(2)掘进参数:土仓压力0.01～0.06 MPa;转速1.55 r/min左右;贯入量10 mm/r左右;扭矩1 800～2 000 kN.m;总推力8 000～10 000 kN。
(3)姿态控制:盾构前点水平姿态(-50～-30)mm控制。
(4)分小段掘进:盾构掘进启动时,掘进速度要以较小的加速度慢幔递增,避免千斤顶起始推力过大。每1环(环宽120 cm)分4小段掘进,即每掘进30 cm收缩一次千斤顶。首次30 cm使用全部千斤顶掘进,然后再以侧面千斤顶为主掘进。
(5)同步注浆:掘进过程应保证及时稳定地层。注浆量控制在每环6 m3左右;注浆压力约0.3～0.5 MPa。如盾尾注浆跟不上,必须降低掘进速度以确保每环注浆量。对启用的备用注浆管,要注意维护,确保4条注浆管路的通畅。
(6)二次注浆:为减少同步注浆液早期强度低、隧道受侧向分力影响大的问题,在管片出盾尾一定距离后,通过管片注浆孔向管片外周进行二次注浆。浆液为瞬凝性好、具有较高的早期强度的双液浆。
(7)发泡剂:合理使用发泡剂,一方面可以改善土的性质,加强对刀具的保护,提高掘进效率;另一方面可避免发泡剂管路搁置而堵塞。
3.2.3应急措施
(1)防止因失水导致建筑物沉降破坏措施。加强该段建筑物的沉降监测,如建筑物沉降速率或沉降量超过警戒值,则必须停止掘进,并在地面通过预留袖阀管进行补充注浆措施。
(2)防止盾构机碰触桩基措施。在该段盾构掘进过程中严格控制盾构机姿态及掘进速度,如出现桩位与图纸不符或盾构姿态控制不当导致盾构机碰触到桩,则必须立即停止掘进并上报,切不可盲目推进。
(3)防止突然停电措施。施工过程中有可能发生突然停电,停电期间,无法提供抢险用的照明或其他机械设备的能源,因此有必要预备一台柴油发电机。
3.3施工监测
(1)监测目的:检查施工引起的地表沉降是否超过允许范围,决定是否需要采取保护措施,并为确定经济、合理的保护措施提供依据。同时,为研究地表沉降及土体变形的分析预测方法等积累资料,并为改进设计提供依据。
(2)监测内容:变电站房屋沉降与倾斜。
(3)监测频率:盾构掘进距开挖工作面10 m范围内,2次/d;距开挖工作面10～30 m范围内,1次/d;距开挖工作面30 m范围外,1次/周。当沉降或隆起超过规定限值(-30 mm/+10 mm)的80%或变化异常时,加大监测频率和检测范围并及时组织相关人员进行原因分析,有针对性地采取措施控制变形。
(4)数据处理及分析:在环风变电站四角框架柱上布置了A111、A112、A113、A114共4个监测点。通过监测点高程的变化绘制出主要监测点的沉降变化曲线图。环风变电站沉降-时间关系图,见图2。从图中可看出,盾构通过变电站桩基时没有造成任何不良影响。
4结语
(1)盾构在国内同类地层中最小转弯半径R=200m地铁隧道特急曲线段、在不采取任何加固措施前提下,顺利通过了紧邻特急曲线段某既有110kV变电站。该项接近施工技术,为类似工程实施提供借鉴参考。
(2)由于国内有关地铁隧道开挖引起邻近构筑物变形破坏的控制标准尚未出台,各建设单位在遇到此类问题时往往无章可循,有关部门应加强对该问题系统的研究,提出经济合理的控制指标。
参考文献:
[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
[2]李翔.小半径曲线盾构掘进时管片破损分析[J].现代城市轨道交通,2006,(6):62-67.
