盾构穿越厂房切削钢筋混凝土桩基施工
2010-12-12 00:37
盾构穿越厂房切削钢筋混凝土桩基施工技术
【摘 要】以上海地铁7号线北延伸陆翔路站—潘广路站区间隧道工程为背景,从盾构设备改造、盾构推进控制、施工监测3个方面介绍盾构切削钢筋混凝土桩穿越厂房的施工技术,对同类工程具有一定参考价值。
【关键词】盾构隧道;切削桩基;参数选择;监控量测
1、概述
上海地铁7号线北延伸陆翔路站—潘广路站盾构区间工程的上行线穿越沪联路725号上海康盛商用制造有限公司的工业厂房桩基。该厂房为4跨1层的钢结构工程,桩基为4根一组的立柱桩基础。桩长18m,为两节桩,每节长9m,盾构切削第二节桩,混凝土方桩基础350mm×350mm,混凝土强度C30。车间南北方向长120m,东西方向长96m。盾构机分别切削厂房南侧6根桩基、厂房北侧4根桩基。
2、地质情况
上海地铁7号线北延伸陆翔路站—潘广路站盾构区间范围属滨海平原地貌,地处宝山区偏远地段,坐落区域主要为民宅、工厂、农田等,沿线河流主要有孟泗泾,河流宽约10m,深度为4~5m,场地较为平坦,地面标高为4·07~4·72m。区间地基土层划分如表1所示。区间第⑤层普遍缺失;第⑥层、第⑦层出露较早;第⑧层土厚度较大,埋藏深度一般为26·0m左右,区间隧道掘进主要在④、⑥、⑦土层。
3、盾构切削桩基技术措施
3·1 盾构设备改造
该区间隧道上行线采用小松盾构进行施工。出洞前,考虑到可能出现的情况,有针对性地对盾构刀盘进行改制:①原盾构的标准割刀保持不变,在盾构刀盘上新增加先行刀65把;②在R700到R2860范围内先行刀以等距布置为主;③先行刀的高度按大于标准割刀15mm制作。
3·2 盾构推进控制
3·2·1 推进参数控制
(1)放慢推进速度。推进速度在距离桩基10m左右时控制在10~20mm/min(主要是防止桩基位移);当盾构距离桩2m左右时推进速度控制在5~10mm/min;在磨桩基的过程中,推进速度控制在5mm/min以内。
(2)同步注浆控制。在磨越桩基的施工段,须加强同步注浆管理,以提高地面建筑物和隧道的前期后期稳定性。根据地面、建筑物沉降变形情况,拟每环的压浆量为建筑空隙的200%~250%,即每推进一环同步注浆量为3·3~4·2m3,注浆压力应控制在0·3MPa左右。
(3)盾构姿态控制。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。盾构姿态变化不可过大,每环检查管片的超前量,隧道轴线和折角变化不能超过0·4%。推进时不急纠、不猛纠,多注意观察管片与盾壳的间隙,相对区域油压随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化,采用稳坡法、缓坡法推进,以减少盾构施工对地面的影响。
3·2·2 刀盘正面土体改良
盾构推进需切削钢筋混凝土,为确保盾构正常出土,必要时可在盾构的刀盘正面压注膨润土或泡沫剂来改善开挖面土体的和易性,从而降低刀盘扭矩,保证盾构穿越时有均衡的推进速度,同时改良土仓内土体,有助于桩体碎块从螺旋机内顺利排出。
加膨润土或泡沫剂时必须严格控制量和压力,避免土体在过多膨润土或泡沫剂量和较高的压力下形成定向贯通的介质裂缝,从而造成渗水通道,严重影响隧道的安全状况。
3·2·3 盾构穿越桩基后的工作
盾构盾尾脱出桩基区域后,必须对该区域段隧道进行二次补压浆。
通过二次补压浆使隧道与加固区域的间隙得到及时补充,进一步确保地面沉降得到控制,二次注浆浆液选定为双液浆,水灰比为1:1。浆液主要材料配比如表2所示。
盾构机切削桩基影响范围为南北侧各25环的距离,在此50环内应及时采取二次注浆施工。注浆量暂定为每环1·5m3,分5个管片拼装孔进行压注,每孔压注量为0·3m3,具体压浆量根据地面沉降监测数据及时进行调整。
3·3 施工监测
盾构穿越桩基期间,监测是极其重要的一项工作。隧道轴线、厂房沉降的测量工作必须严密控制。
3·3·1 隧道轴线测量
盾构穿越桩基时,隧道轴线控制仍然是质量控制的重中之重,因此对隧道轴线的测量必须严格控制。
盾构穿越桩基时,刀盘将切削钢筋混凝土,刀盘正面受力不均,容易引起盾构推进轴线发生偏差,因此必须严格执行每环测量的施工步骤。同时根据实际穿越桩基情况,提高盾构姿态测量频率,从而根据测量资料有效制定相应措施,确保盾构轴线与设计轴线相符。
3·3·2 厂房沉降监测
桩基地处厂房基础,进行桩切削时,对厂房影响非常大,有造成厂房损坏的可能,因此对厂房进行全天候监测是工程成败的关键所在,监测点布置平面图见图5。为确保其安全,在该部位采用较为先进的基康GK—4680静力水准沉降自动监测系统,进行实时监控,以便及时发现问题。
GK-4680静力水准沉降监测系统是基于连通管原理设计而成,适用于测量多点相对沉降,每台仪器均采用液、气管互连,容器内安装有非接触的高精度液位计。一旦某待测点发生沉降,即可引起容器内的液位变化,并由磁致伸缩液位计测量到,精度可达0·01mm。
4、实施效果
由于施工参数控制得当,隆沉数据保持在规定范围内。盾构穿越时静力水准监测点的最大单次隆起为+2mm,最大单次沉降为-3mm,最终房屋最大沉降为-15mm。
盾构穿越桩基过程中,刀盘切削桩基后,破碎的混凝土和钢筋、桩帽等容易堵塞螺旋机出土口,表现为螺旋机出口压力过大,导致螺旋机出土不畅无法继续推进。此时应停止推进,采取螺旋机正、反交替运行,同时将堵塞的混凝土及钢筋进行清除。
由于盾构推进速度控制得当,推进施工时未发生螺旋机堵塞情况,桩基切削时发现有少量较短的钢筋及混凝土碎块排出。
5、结语
盾构切削桩基过程中,重点对推进速度进行控制,使盾构机刀盘对钢筋混凝土桩基进行充分切削;同时密切关注刀盘扭矩和总推力的变化情况,如果刀盘扭矩迅速增大,甚至瞬间超过额定扭矩,停止推进同时使刀盘进行正、反转,直至刀盘扭矩降低至正常数值再行推进。
切削钢筋混凝土桩基时,实际盾构推进速度在3~5mm/min,刀盘扭矩、总推力等参数比正常推进时稍有增大,刀盘扭矩变化范围在1 200~2 100kN·m,总推力变化范围为8 000~12 000kN。
该工程中,盾构顺利切削钢筋混凝土桩基,节约工期约3个月,避免了厂房搬迁,有效控制了工程成本,并取得了较好的社会效益,采取的一系列施工控制措施对类似工程有一定的参考意义。
参考文献
卓轶非,郭桢祥,李峰.地铁隧道盾构掘进机上、下井吊装工艺的研究与探讨[J].建筑施工,2009(3):222-223.
