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地铁工程中下穿施工技术分析

发布时间:2020/12/28 9:09:31   阅读:

摘要:结合沙湾站至西北桥站区间工程,充分考虑现场地层条件复杂的基本特点,围绕盾构下穿老旧小区的施工技术展开探讨。通过MidasGTS软件创建仿真模型,用于反映下穿建筑物时的施工状况。以模拟分析结果为依据,提出相适应的盾构施工方法,将其作为正式施工的指导。

关键词:地铁工程;下穿施工;老旧建筑物;模拟分析

盾构法是现代隧道建设领域的关键工法,其兼具安全、高效等多重特点。但盾构法施工受地质条件及既有建筑物等方面影响,易出现地层失稳、地表沉降变形现象,在极端情况下甚至会引起建筑物倾斜或坍塌[1-3],为此合理应用盾构法进行施工至关重要。

1工程概况

沙湾站至西北桥站区间于ZDK27+361.160-ZDK27+514.050段下穿既有建筑物,地面建筑主要以砖混结构为主,迄今已经有60余年的使用时间,为年久失修的老旧建筑。经过长时间使用后,房屋出现较为明显破损现象,局部老化现象严重,各房屋开裂、渗漏水等问题都较为普遍。建筑区域内的黏土层分布较为广泛,深度约2m,局部存在松散土层,地下空间经过开发,分布大量老化管线。

2地表变形数值模拟分析

盾构下穿铁路新村的工作量较大,长度约152.89m。该段隧顶与地面既有建筑物基础的间距约为15.5~16.5m,拱部主要以粉细砂为主。伴随盾构施工的持续推进,易对地面稳定性造成不良影响,引起沉降现象。对此,引入MidasGTS软件,通过该平台模拟现场施工环境,以便给盾构下穿提供可靠的依据。边界约束的存在将导致计算结果偏离实际情况,为切实提高模拟结果的可靠性,合理调整了X/Y轴的范围,取隧道洞径2.5~3.0倍作为范围控制标准,Z轴则向上延伸直至到达地表处。创建模型后,其四周都具有水平约束,对应的边界水平位移为零;底部边界固定,表明其在水平、垂直两个方向的位移都为零;顶部为自由边界。根据现场情况赋予土层特定参数,施加适量的重力,以便使土体维持自平衡状态,在此条件下创建模型。从所得结果来看,左线盾构掘进结束后,既有建筑物受到影响,竖向沉降达8.4mm,不均匀沉降达3.2mm;对于右线施工,竖向沉降达8.0mm,不均匀沉降达3.0mm。为顺利完成施工作业,需采取行之有效的控制措施。

3加固措施分析

3.1地面加固。一是预注浆。提前采取地面加固措施,即预埋管并注浆。根据现场实际情况确定合适的注浆点,该处预埋注浆管后即可注浆。竖向加固深度对整体施工效果的影响较大,要求达到基底以下3m。加强注浆前后的观测,盾构通过后分析实测结果,以此为依据作出判断。若房屋沉降未收敛,可采取地面二次注浆方式,实施进一步加固处理。二是斜向管棚加固。针对Ⅱ类围岩占据较大比重状况,采取φ146mm×6mm管棚支护方式。进洞管棚的长度控制为3m,以地面为基准,钻进方向与之呈30°的关系,保持该姿态向下钻进并到达房屋基础下方。导向墙内预埋导向管,将该部分作为管棚导向墙使用。为便于施工观测,在管棚侧壁处预留观察孔。每完成一孔钻进作业后及时顶进管棚,期间通过测斜仪检测,保证钢管角度合理性,若存在异常则必须采取处理措施。注浆选用超细水泥浆液,水灰比为1:1。

3.2洞内加固措施。下穿房屋段施工期间,所用管片均设置注浆孔并预埋注浆管,在条件良好的前提下组织洞内注浆加固作业,加固长度137m,全程注浆压力应稳定在0.4~1.2MPa,渗透系数≤1×10-7cm/s。3.3地面注浆孔布置对于加固条件良好的建筑物,以建筑所处位置为准,在与之相距1~2m位置设置注浆加固孔,孔位布置如图1所示。取两侧隧道轮廓线,分别将其向外延伸6m,将其作为实际加固范围。加固孔统一按照水平间距2m的标准依次布设,结束预注浆加固作业后需及时设注浆孔。建筑下方管线分布错综复杂,部分情况下不利于注浆孔的定位,因此需根据实际情况采取调整措施,以避免施工干扰。

4盾构法施工技术分析

4.1掘进模式的选择。综合考虑施工现场及周边地质条件,决定本段采用土压平衡掘进方式。取0.8倍的静水压力和地层土压力,求得两者的总和,要求施工期间的土仓土压力至少要达到该值。掘进期间视实际情况合理调整土仓土压力,使其全程稳定在0.1~0.15MPa,并充分考虑现场地质条件、碴土状态等方面的具体情况,以便合理优化工艺参数,确保掘进作业顺利完成。

4.2渣土改良。富水砂卵石地层的施工条件欠佳,做好渣土改良工作有助于改善盾构施工条件。具体要点作如下分析:一是膨润土改良。选择高品质钠基膨润土,以有效改良渣土,并适配高性能膨润土泵送系统,将混合料泵送至盾构机。对于膨润土的用量,非特殊情况下每环以2m3较为合适,并保证其流量均匀[4]。二是泡沫剂改良。以干泡沫较为合适,适当提高气量(通常以350L/min为宜),以形成泡沫混合液。施工期间其流量应稳定在20L/min。三是刀盘中心加水控制。对于渣土偏干燥情况,采取刀盘中心加水的方式解决,具体用量为300L/min(视情适当调整)。检查螺旋机出渣口渣土情况,若其处于相对较稀状态,应在原有基础上减少加水流量,以200L/min为宜。对于突发喷涌现象,应及时暂停加水,检查并采取相适应处理措施。

4.3中盾注浆。盾构机配置的是直径为6280mm的刀盘,而盾体直径为6250mm,盾体与土体间将形成空隙。对此需设置预留孔,通过该处注入惰性浆液,确保所有缝隙都能够得到有效填充。严格控制好惰性浆液的配比,具体要求如表1所示。

4.4洞内注浆。盾构施工期间,采取同步注浆工艺的同时还需做好衬砌壁后补压浆作业,从而有效处理土体与管片圆环间隙,使其得到有效填充,以免出现后期变形现象。同步注浆所用浆液的初凝时间应在6h内,要求终凝强度≥1.7MPa,注浆压力0.2~0.4MPa。为有效提高同步注浆施工质量,需合理优化浆液配比。根据施工需求适配高性能的注浆设备,完整记录施工期间的各项参数,以便给后续质量分析提供依据。同步注浆施工选择的是可硬性浆液,其主要以粉煤灰、膨润土、水泥等物质为原材料,按照特定的比例混合后生成水泥砂浆。将其作为同步注浆材料而使用,要求其初凝时间在6h内。注浆压力提升至设计值后,检测实际注浆量,若该值达到设计值的90%或更高,意味着注浆施工效果良好。同步注浆与盾构掘进需协同,盾构向前推进的过程中将随之形成盾尾空隙,该部分则通过双泵四管路注浆[5]。

4.5注浆压力控制。注浆压力对于注浆效果的影响较为明显,上部压力以0.09~0.15MPa为宜,下部压力可适当增加0.15~0.25MPa。各环注浆量也是重点控制指标,以5~6m3较为合适。以现场施工条件为参考,按照8环/d的进度安排有序施工,每日都要清理管路,及时处理管内残留的泥浆,以免管路堵塞。若因特殊情况而长时间停机,除了清理管路外,还需及时将盾尾球阀关闭。

5结束语

地铁工程建设环境普遍复杂,盾构下穿老旧小区时更容易造成扰动性影响,出现地层失稳、建筑物坍塌等施工安全问题,施工风险相对较大。鉴于此,文章以工程实例为依托,围绕盾构法施工技术展开探讨,提出具体的应用要点,希望所提内容可作为类似工程的参考。

作者:陈登斌 单位:中铁十八局集团有限公司

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