城鎮(zhèn)地鐵下穿老舊建筑沉降控制技術(shù)

阮 超

(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司,山東 濟(jì)寧 272117)

1 工程概況及背景

為方便施工，節(jié)約工期，設(shè)計(jì)利用原有風(fēng)道作為施工通道，風(fēng)道進(jìn)洞后，經(jīng)19 m直線段后轉(zhuǎn)直角彎，下穿地表后堡房屋區(qū)。房屋區(qū)多為20世紀(jì)80年代修建的老舊建筑物，基礎(chǔ)為條形板式基礎(chǔ)，埋深2.5 m；受開挖擾動(dòng)，房屋區(qū)地層易發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致房屋開裂。因此密集房屋區(qū)的沉降控制工作非常重要。

2 現(xiàn)場監(jiān)測及分析

2.1 沉降情況

經(jīng)第三方評(píng)估單位數(shù)值模擬計(jì)算，當(dāng)累計(jì)沉降量達(dá)到27.5 mm時(shí),房屋可能會(huì)開裂。為了保證地表房屋區(qū)的安全，在地表房屋區(qū)設(shè)置若干監(jiān)測點(diǎn)。其中，風(fēng)道下穿房屋監(jiān)測點(diǎn)如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)平面布置簡圖

風(fēng)道施工至房屋區(qū)下方以后，房屋監(jiān)測點(diǎn)(JGC-11-4點(diǎn))開始出現(xiàn)沉降。盡管及時(shí)采取了超前和回填注漿加固措施，但隨著施工的繼續(xù)進(jìn)行，該點(diǎn)沉降仍以0.5～1.3 mm/d的速率遞增；風(fēng)道施工至11 m(穿過房屋基礎(chǔ)2 m)時(shí)，累計(jì)沉降量達(dá)到10.64 mm，沉降情況如圖1所示。

2.2 原因分析

監(jiān)測點(diǎn)沉降曲線見表1。

表1 監(jiān)測點(diǎn)沉降曲線 單位：mm

1)風(fēng)道穿過房屋一角，埋深14 m，拱頂距房屋基礎(chǔ)11.5 m，埋深淺荷載大；加之施工擾動(dòng)，使得地層容易產(chǎn)生不均勻沉降，使房屋受拉變形。

2)車站穿越的巖層主要為砂巖和砂質(zhì)泥巖，且?guī)r層傾角較平緩；風(fēng)道拱部主要沿砂、泥巖界面延伸；在施工過程中，拱部圍巖的容易發(fā)生砂、泥巖脫落現(xiàn)象，造成超挖，進(jìn)而導(dǎo)致地層土體損失，使地表發(fā)生沉降。

3)根據(jù)洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)，洞內(nèi)變形量不大，分析地表沉降的原因是施工擾動(dòng)和初期支護(hù)的收斂變形影響。

在圈定的注漿加固范圍之內(nèi)，以1×1m的間距對(duì)注漿孔進(jìn)行布置，呈梅花形布置。孔位布置完成后，監(jiān)理工程師應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后進(jìn)入下一道工序。

3 加固處理方案

3.1 地表加固方案

由于地表房屋區(qū)建筑物密集，作業(yè)空間小，無法全面展開房屋區(qū)的加固工作；加之加固的范圍較小，控制作用有限，直接對(duì)地表房屋區(qū)基礎(chǔ)進(jìn)行加固工作的方案難以實(shí)現(xiàn)。

在參考以往施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究決定實(shí)施在豎井上方布設(shè)管棚及注漿管，對(duì)整個(gè)房屋區(qū)基礎(chǔ)進(jìn)行加固的方案。具體操作為：在通道上方，向房屋區(qū)基礎(chǔ)下部土體打入兩排長管棚，然后進(jìn)行注漿作業(yè)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)有：一方面，通過注漿加固了房屋區(qū)基礎(chǔ)下方受擾動(dòng)的土體，有效控制現(xiàn)有沉降；另一方面，通過管棚的棚架作用，加固和提升了房屋區(qū)基礎(chǔ)地層的剛度，有效控制后續(xù)施工引發(fā)的繼續(xù)沉降。

3.1.1 管棚施工

1)管棚參數(shù)。為有效發(fā)揮棚架的作用，管棚覆蓋整個(gè)房屋基礎(chǔ)底層。管棚采用的鋼管直徑為89 mm，壁厚為5 mm，長度25 m；一共設(shè)置兩排，自上而下梅花形布置；第一排布設(shè)于地下4 m，第二排布設(shè)于地下3 m，如圖2所示。

圖2 管棚布置和鉆孔順序圖

2)成孔方法。鉆孔作業(yè)主要采用XY-2型管棚鉆機(jī)。具體工作實(shí)施如下：先使用陀螺儀確定鉆孔仰角，鉆直徑為130 mm的孔；然后安裝直徑為89 mm鋼管，每節(jié)鋼管長3 m，兩節(jié)鋼管之間用絲扣連接。

3.1.2 管棚注漿施工

1)注漿管加工。先用壁厚5 mm、直徑89 mm的鋼管加工成花管，然后接直徑42 mm變徑鋼管。加工形式如圖3所示。

圖3 注漿管加工示意圖

2)水泥漿。水泥漿的水灰比為0.8∶ 1～0.6∶ 1。在施工過程中，先稀后稠，根據(jù)注漿量和注漿壓力適時(shí)調(diào)整水灰比。

3)注漿量。注漿量根據(jù)式(1)確定。

Q=ηαA

(1)

式中,η為地層加固孔隙率，%；α為填充率，%；A為地層加固的體積。

本文工程中，房屋區(qū)地基土層主要是黏土，地層加固孔隙率η為60%，填充率α為30%，擴(kuò)散半徑為0.5 m，總注漿量4 m3。

4)注漿管封口。管棚施工過程中，鉆孔直徑為130 mm。為了使注漿起到有效作用，保證管口不漏漿，需要進(jìn)行注漿管封口。為達(dá)到理想的封口效果，口端3 m不打孔，在距口端2.8 m的位置處焊接直徑為130 mm的鋼板，鋼管從鋼板中間穿過，如圖4所示;在鋼管上方設(shè)置直徑為4 mm的排氣管；鋼管安裝完成后，先用麻絲和水泥漿堵塞鋼板與鉆孔間的縫隙，然后從鋼板處壓注水泥砂漿，堵塞注漿管與孔壁之間的空隙；最后在風(fēng)道的襯砌處用C20的細(xì)石混凝土做封堵墻封堵。

圖4 鋼板開孔加工示意圖

5)作業(yè)順序。為節(jié)約工期，鉆孔和注漿平行業(yè)。為避免管棚串漿，注漿作業(yè)按照先外圍后內(nèi)部、跳孔間隔的注漿順序進(jìn)行。第一排施工完成以后再進(jìn)行第二排施工。

6)注意事項(xiàng)。注漿過程中，注意排氣。在開始時(shí)，把泄氣閥門打開，直到連續(xù)冒漿后，再關(guān)閉閥門，進(jìn)行封閉注漿。

在注漿過程中加強(qiáng)地表觀察，加強(qiáng)對(duì)地表和洞內(nèi)的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況，動(dòng)態(tài)控制注漿壓力，并對(duì)注漿量進(jìn)行了控制，防止?jié){液流失。發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，停止注漿并分析原因。

3.2 洞內(nèi)加固方案

為了控制風(fēng)道隧洞初期支護(hù)的收斂變形和底層受擾動(dòng)的松動(dòng)變形，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)風(fēng)道隧洞采取徑向和系統(tǒng)錨管注漿加固方案。在開挖地段的拱部和側(cè)墻部位，沿開挖面垂直方向徑向打入直徑42 mm，長度6 m的注漿導(dǎo)管；導(dǎo)管呈梅花型布置，間距1 m×1 m，然后進(jìn)行高標(biāo)號(hào)水泥漿注漿工作。

為有效控制后續(xù)施工引起的沉降，保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行，對(duì)風(fēng)道隧洞的后續(xù)開挖采用超前導(dǎo)管注漿加固方案，每2 m施作一環(huán)，環(huán)間距為0.2 m,每根導(dǎo)管長2 m;同時(shí)在施工過程中，縮短開挖支護(hù)時(shí)間，及時(shí)注漿加固土層，控制超挖，控制沉降。

4 加固結(jié)果

注漿加固過程中，單孔最大注漿量4.3 m3，平均注漿量3.6 m3，實(shí)際注漿量與預(yù)期設(shè)計(jì)相一致。在地表和洞內(nèi)加固作業(yè)實(shí)施完成后，對(duì)地表和隧洞進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示監(jiān)測點(diǎn)JGC-11-4沒有繼續(xù)沉降，其余各監(jiān)測點(diǎn)的沉降也得到了有效控制，說明加固作業(yè)作用明顯。在風(fēng)道后續(xù)的施工過程中，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率沒有再出現(xiàn)報(bào)警的情況；至風(fēng)道施工通過房屋區(qū)為止，各監(jiān)測點(diǎn)位的累計(jì)沉降量都在可控范圍，累計(jì)沉降量最大值僅有17 mm，現(xiàn)場巡查也未發(fā)現(xiàn)細(xì)微裂縫，房屋安全狀況良好。加固方案的實(shí)施有效增強(qiáng)了地層的剛度，有效控制了地表沉降，保證了施工的順利進(jìn)行。

5 結(jié)束語

管棚注漿加固技術(shù)具有工藝簡單、價(jià)格低廉、加固范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，地表注漿對(duì)因施工而受到擾動(dòng)的土體起了加固作用，而洞內(nèi)的注漿則對(duì)初期支護(hù)產(chǎn)生的變形起了加固作用；在雙重作用下，有效提高了土層的剛度，進(jìn)而使得體層的整體穩(wěn)定性得以提升，從而控制了房屋區(qū)的沉降量。

南濱路車站工程采用這種技術(shù)進(jìn)行施工加固，有效控制了沉降，使得下穿回填土密集房屋區(qū)的淺埋隧道施工順利完成，有效保證了房屋區(qū)建筑物的安全，為后續(xù)的地鐵施工提供了條件,為類似工程的施工提供了借鑒和參考。

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