王 輝
(中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司,上海 200122)
區(qū)間盾構(gòu)隧道因其施工速度快、安全性高、成本相對低等眾多優(yōu)點,在城市地鐵施工中應(yīng)用越來越廣泛[1]。但由于城市規(guī)劃及發(fā)展、交通擁堵等原因,新建地鐵線路(特別是主城區(qū))不可避免的要穿越既有建筑物及構(gòu)筑物。區(qū)間隧道在穿越建構(gòu)筑物期間對建構(gòu)筑物沉降控制提出很高的要求,盾構(gòu)機掘進過程姿態(tài)的控制、漿液的選擇、刀盤扭矩及推力的控制等中遇到較大的難度,本文通過一個實際案例分析了盾構(gòu)隧道近距離穿越建構(gòu)筑物時針對沉降控制采取的技術(shù)措施,可為類似地鐵施工下穿工程的研究、設(shè)計以及施工提供一定參考價值。
無錫市軌道交通3號線永樂東路站~金海里站區(qū)間下穿太湖大道隧道,區(qū)間線路總體為南北走向,始于永樂東路站南端頭,向南行進,以曲率半徑R=400m向東南轉(zhuǎn)向,并沿長江北路道路東側(cè)行進,后接入金海里站北端頭,區(qū)間盾構(gòu)在左線ZDK27+728.59~ZDK27+756.11,和右YDK27+740.96~YDK27+768.44下穿太湖大道隧道,對應(yīng)的管片環(huán)數(shù)左線為277環(huán)~301環(huán),右線為286環(huán)~310環(huán)。線路平面布置如圖1所示。
圖1 永樂東路站-金海里站區(qū)間與太湖大道隧道平面關(guān)系
永樂東路站~金海里站區(qū)間盾構(gòu)下穿太湖大道隧道,下穿太湖大道隧道約27.5m。區(qū)間以R=400m穿越太湖大道隧道底,太湖大道底板厚1 000mm,隧道頂距底板底5.222~5.56m,底板下有長12mφ1000mm工程樁,區(qū)間自樁中間穿越(穿越樁間距12.3m,盾構(gòu)直徑6.440m)。
借鑒以往盾構(gòu)在該區(qū)域施工經(jīng)驗,如果土艙壓力設(shè)置過大、螺旋排土器排土量少,會對開挖面前方土體造成擠壓作用,使其土水壓力進一步增大,造成開挖面上方土體因擠壓產(chǎn)生土體變形,對隧道底板造成沉降或隆起變形;若土艙壓力設(shè)置過小,掘進過程中易產(chǎn)生局部超挖情況,進而造成盾構(gòu)開挖面前面土體塌方現(xiàn)象,塌方地層上部應(yīng)力松弛而產(chǎn)生變形,太湖大道隧道底板因地層變形將產(chǎn)生較大沉降。因此為保證太湖大道隧道的沉降不超過規(guī)范限值,需要對盾構(gòu)施工控制提出較高的要求,以保證隧道穿越過程的土體問題,而不會產(chǎn)生安全問題。
根據(jù)盾構(gòu)穿越太湖隧道的工況特點,同時確保后期穿越施工順利安全進行,選取左線穿越前45環(huán)~5環(huán)(232環(huán)~272環(huán))作為穿越試驗段。
開挖面及土艙壓力的平衡設(shè)定是土壓平衡盾構(gòu)施工的關(guān)鍵,其中包括推力、推進速度和出土量三者相互關(guān)系,其對盾構(gòu)施工地層變形量的控制起主導(dǎo)作用[2]。因此,在盾構(gòu)穿越太湖大道隧道的施工過程中,結(jié)合其地質(zhì)水文情況、覆土厚度、地面建(構(gòu))筑物情況分布情況,通過現(xiàn)場量測的地表隆沉變形及時調(diào)整設(shè)定的土倉壓力,控制好糾偏量,減少對土體的擾動。
通過在試驗段進行施工關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整及測試,施工時地表沉降變形及建構(gòu)筑物沉降均處于安全可控范圍內(nèi),其主要參數(shù)如表1 所示。
準厚漿粘稠度好、易填充、抗?jié)B效果好、沁水性小、后期強度高[2],因此試驗段內(nèi)同步注漿工藝建議采用“準厚漿”,結(jié)合之前項目施工經(jīng)驗,最初的注漿壓力是根據(jù)理論的靜止水壓力確定,取1.1~1.2倍的靜止水壓力,但該段推進過程注漿壓力建議控制在0.3~0.5MPa范圍內(nèi),注漿量控制在5.5~6m3/環(huán)。
表1 盾構(gòu)穿越太湖大道隧道試驗段施工參數(shù)
在穿越段施工前,需要對漿液的配合比進行測試試驗,以保證最佳的漿液物理力學(xué)性能,漿液優(yōu)化配合比和性能見表2、表3。
表2 同步注漿漿液初步配比
表3 同步注漿漿液性能表
試驗過程中發(fā)現(xiàn),盾構(gòu)機穿越后會對隧道穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[3],因此重載穿越完成前最后3~4環(huán)內(nèi),通過注漿孔進行二次注漿工藝,以達到補充前期注漿未均勻填充的部分,從而減施工后的沉降變形,同時還能有效提高隧道止水性能,每環(huán)注漿量控制值為1.2m3,因此建議二次注漿為采用隔環(huán)注漿工藝,每次注漿量定為2.4m3,注漿壓力控制為0.4MPa。
試驗段內(nèi)二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿作為注漿材料,漿液的凝膠時間為0.5~1min,能對同步注漿起到進一步補充和加強作用,同時也是對管片周圍的地層起到充填和加固作用。
漿液配比為水玻璃用水稀釋成1∶3,水泥漿水灰比1∶1,水泥漿與水玻璃體積比1∶1,具體參數(shù)如表4所示。
表4 雙液漿漿液配比表
因左線首先下穿公路隧道,在左線穿越段設(shè)有1個與隧道軸線方向垂直的監(jiān)測面,監(jiān)測面設(shè)10個沉降監(jiān)測點,監(jiān)測點沿著軸線兩邊均勻分布,軸線外側(cè)間距分別為3m、5m、10m,兩軸線間每4m一個監(jiān)測點,測點布置如圖2所示。
圖2 隧道內(nèi)沉降點布設(shè)
沉降測試結(jié)果如圖3所示,從圖中可以看出,11月10日盾構(gòu)開始下穿隧道,地表出現(xiàn)隆起變形,隨著盾構(gòu)的施工,地表沉降出現(xiàn)較大差異,部分監(jiān)測點出現(xiàn)隆起變形現(xiàn)象,施工期間共對監(jiān)測點進行54d的記錄,從最終沉降曲線可以看出,地表沉降趨于穩(wěn)定,最大沉降量小于5mm,最大隆起1.03mm,小于規(guī)范中限制的地面沉降標準[4][5]:+5~-10mm(穿越密集建、構(gòu)筑),可見掘進過程中采取的關(guān)鍵施工控制技術(shù)起到了很好的控制效果。
圖3 左線盾構(gòu)穿越階段地表沉降曲線
砂土地層盾構(gòu)穿越已有建構(gòu)筑物時采用“先試驗、多注漿、慢速度、勤測量、少糾偏、二次補”的動態(tài)控制理念進行沉降控制,將主動(試驗段摸索施工參數(shù))控制措施和被動控制(通過監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整施工參數(shù),控制地表沉降)措施相結(jié)合,不僅有效的控制穿越過程中建構(gòu)筑物的沉降,也可以控制隧道后期的沉降變形。通過應(yīng)用多次注漿控制隧道變形技術(shù)、控制土壓及速度的盾構(gòu)掘進技術(shù),在盾構(gòu)穿越隧道前設(shè)置試驗段,研究砂土地層盾構(gòu)穿越建構(gòu)筑物微擾動施工技術(shù)。施工過程可操作性強,后期沉降變形小,為砂土層盾構(gòu)施工下穿建構(gòu)筑物施工提供重要的實踐案例參考。