盾構(gòu)隧道近距離下穿過(guò)街通道施工技術(shù)

白倩倩

(中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司,山東 青島 266061)

地鐵隧道建設(shè)是緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集城市交通壓力、滿足人民出行需要的重要手段,正蓬勃發(fā)展起來(lái)。盾構(gòu)隧道因其施工迅速、對(duì)地面擾動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn),在工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是,盾構(gòu)隧道在近距離下穿既有隧道或建筑物時(shí),易造成既有隧道變形、建筑物沉降等問(wèn)題[1-4]。近年來(lái),如何保障盾構(gòu)隧道安全近距離下穿既有建筑物,引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

注漿加固是目前工程中廣泛應(yīng)用的安全保障措施,其通過(guò)改善地層的強(qiáng)度而達(dá)到保護(hù)盾構(gòu)隧道和既有隧道或建筑物安全的目的[5-7]。張旭等[8]在盾構(gòu)下穿過(guò)街通道時(shí)采取二次注漿加固,現(xiàn)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明該方法能有效控制變形。尚立斌[9]運(yùn)用WSS注漿法改善不良地層,控制地下水流動(dòng),實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道安全下穿密集建筑群。

呼和浩特市城市軌道交通2號(hào)線中山路站至新華廣場(chǎng)站段需近距離下穿(2.5 m)既有過(guò)街通道,其地質(zhì)條件差、地下水豐富,施工風(fēng)險(xiǎn)非常大。為保障施工安全,提出了鋼結(jié)構(gòu)支撐加固、WSS注漿法以及二次補(bǔ)注漿結(jié)合的施工方法,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可證明該方法的有效性。

1 工程概況

中山路站至新華廣場(chǎng)站段,是呼和浩特市城市軌道交通2號(hào)線一期工程的地下雙單線路段。隧道右線全長(zhǎng)391.213 m,起止里程為DK13+074.783-DK13+465.996;左線起止里程為DK13+074.783-DK13+465.996,總長(zhǎng)391.737 m。該段隧道全線采用盾構(gòu)法地下施工。

地下通道為地下一層的箱式結(jié)構(gòu),距地面5.4 m、寬6.9 m、高4.2 m,整體呈“井”字形。地下通道分為兩部分:換乘廳和通道。采用明挖法建造換乘廳,采用矩形頂管法建造通道。

中山路站至新華廣場(chǎng)區(qū)間位于山前沖洪積扇裙組成的傾斜平原區(qū),工點(diǎn)處地形平坦開(kāi)闊,整體微向南西傾斜,地面標(biāo)高介于1 053.5～1 054.96 m之間,相對(duì)高差約1 m。下穿地下通道范圍主要以礫砂和粉砂地質(zhì)為主。場(chǎng)地地下水埋深介于7.6～8.6 m 之間,地下水水位高程介于1 045.50～1 047.00 m 之間。盾構(gòu)隧道下穿地下過(guò)街通道時(shí),地下過(guò)街通道矩形混凝土管節(jié)底板與盾構(gòu)隧道管片的最小距離僅為2.5 m。盾構(gòu)隧道與過(guò)街通道的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 地下過(guò)街通道與區(qū)間隧道位置關(guān)系(單位:m)

2 下穿加固方案

2.1 鋼結(jié)構(gòu)支撐加固

盾構(gòu)始發(fā)前,需拆除地下通道內(nèi)部裝修,對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查,觀察結(jié)構(gòu)是否存在裂縫,結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否有漏水點(diǎn)等,做好視頻、文字記錄。由于該通道人流量較大,采取施工時(shí)臨時(shí)封閉,通過(guò)對(duì)既有隧道內(nèi)部架設(shè)型鋼支撐進(jìn)行加固,加固范圍為隧道拱頂兩側(cè)各8 m。架設(shè)型鋼支撐剖面如圖2所示。

圖2 既有地下通道內(nèi)架設(shè)型鋼支撐(單位:mm)

該型鋼骨架每1.5 m設(shè)置一組,支撐位置位于每節(jié)矩形混凝土結(jié)構(gòu)中部,型鋼骨架與混凝土結(jié)構(gòu)密貼,并在頂部、底部及兩側(cè)的中間位置縱向通長(zhǎng)設(shè)置一根25b工字鋼將每組型鋼骨架連接成為整體。支撐安裝完畢及時(shí)檢查各節(jié)點(diǎn)、焊點(diǎn)的連接狀況。

2.2 注漿加固方案

為保證盾構(gòu)機(jī)在下穿地下過(guò)街通道時(shí)通道及其周邊土體的穩(wěn)定,采用WSS注漿工藝(無(wú)收縮雙液注漿),將該部分土體進(jìn)行預(yù)加固處理,使其具有良好的整體性。該注漿工藝是在保持地層成分不變時(shí),通過(guò)擠壓使土顆粒空隙中的水排出,土壤轉(zhuǎn)變?yōu)橛深w粒與空隙組成的兩相狀態(tài),用漿液填滿顆粒間的空隙并固結(jié),達(dá)到改善土壤性質(zhì)的目的。其原理是先通過(guò)AB液強(qiáng)行擠出土壤顆粒之間的水分,再用AC液使土層的黏結(jié)力和內(nèi)摩擦角增大,使地層的粘結(jié)強(qiáng)度和密實(shí)度增大,起到良好的加固作用。

在既有地下過(guò)街通道每節(jié)結(jié)構(gòu)兩側(cè)墻上分別布置2排2.5 m深注漿孔,孔徑42 mm,孔間距1.7 m;底板上布置3排注漿孔,孔間距1.8 m。注漿管布置如圖3所示。

圖3 既有地下過(guò)街通道注漿管布置(單位:mm)

按圖3鉆孔完畢后,先注AB液,終漿壓力為1.6 MPa,持續(xù)10 min,待鉆桿外壁無(wú)流水溢出,即可停注AB液;再注AC液,終漿壓力為2.0 MPa,待終漿壓力注漿持續(xù)10 min后,該孔注漿即可完畢,可移至下一注漿孔位鉆注作業(yè)。過(guò)街通道注漿加固范圍如圖4所示。

圖4 既有地下過(guò)街通道加固斷面(單位:mm)

(1)一般選用漿液配比:A液,水玻璃+水。水玻璃∶水=1∶0.8(質(zhì)量比),水玻璃模數(shù)=2.6 °Bé或密度=1.218 g/cm3。B液,磷酸+水。磷酸∶水=1∶9(質(zhì)量比)。C液,水泥漿液。水泥∶水(質(zhì)量比)=1∶0.75,水泥采用硫鋁酸鹽水泥。

(2)特殊情況調(diào)整的漿液配比:根據(jù)進(jìn)漿量和注漿壓力的變化,及時(shí)調(diào)整漿液配比濃度。若長(zhǎng)時(shí)間注漿壓力無(wú)變化,且注漿量大,則先適當(dāng)調(diào)增AC混合液中的水玻璃量,以縮短凝結(jié)時(shí)間(調(diào)整至20 s以內(nèi)即可),再適當(dāng)調(diào)增AC混合液中的水泥漿量,同時(shí)適當(dāng)調(diào)增注漿壓力值。

2.3 盾構(gòu)機(jī)下穿通道掘進(jìn)參數(shù)控制

根據(jù)地質(zhì)條件,盾構(gòu)機(jī)選型為土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)機(jī)在穿過(guò)既有地下通道時(shí),應(yīng)保持均勻的通過(guò)速度,以減少對(duì)地層的擾動(dòng),并嚴(yán)格控制出土量,降低刀盤轉(zhuǎn)速,控制在1.2～1.5 r/min內(nèi),保證土倉(cāng)壓力在1.1～1.2 bar(1 bar=0.1 MPa)內(nèi);提高渣土改良效果,采取添加膨潤(rùn)土的方式以改變?cè)恋暮鸵仔越档偷侗P扭矩;盡量小扭矩小推力掘進(jìn),盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)。

2.4 盾構(gòu)二次補(bǔ)注漿

盾構(gòu)機(jī)在下穿地下過(guò)街通道時(shí),當(dāng)同步注漿效果不佳而出現(xiàn)管片滲漏水或地面沉降等現(xiàn)象時(shí),需進(jìn)行二次補(bǔ)注漿,其主要作用在于控制地面及構(gòu)筑物的后續(xù)沉降變形。根據(jù)地面及構(gòu)筑物沉降變形情況對(duì)隧道外側(cè)采取雙液注漿加固,以嚴(yán)格控制地面及構(gòu)筑物沉降變形,確保構(gòu)筑物的安全。

注漿施工環(huán)數(shù)、每個(gè)注漿環(huán)施工孔數(shù)、每孔注漿量、注漿次數(shù)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及實(shí)際需求確定。從盾構(gòu)尾后5～8環(huán)處上部隧道注漿孔和盾構(gòu)尾后10環(huán)處下部隧道注漿孔進(jìn)行雙液注漿,以減少盾構(gòu)尾拆除后的土體沉降。注漿施工控制原則為少量多次,每次注漿后,原則是達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)點(diǎn)并略有回彈,且單次注漿抬升量要控制在1.0～2.0 mm以內(nèi),所以要反復(fù)多次才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的效果。二次注漿工藝流程如圖5所示。

圖5 二次注漿工藝流程

在下穿地下過(guò)街通道施工范圍內(nèi),盾構(gòu)上部進(jìn)行兩次注漿加固,每段設(shè)3個(gè)注漿孔,以提高盾構(gòu)段的管片強(qiáng)度和穩(wěn)定性,減少后期沉降。注漿范圍:①左DK13+074.783-DK13+146.5,左DK13+178.78-DK13+208.8;②右DK13+123.5-DK13+154,右DK13+186.32-DK13+259.643。

二次加固注漿采用雙液注漿,注漿時(shí)遵循“多點(diǎn)、低壓、多次”的注漿原則,減少注漿影響,注漿擴(kuò)散半徑為1.5～2.0 m,形成注漿厚度大于2 m的注漿環(huán),注漿壓力為0.2～0.6 MPa,注漿壓力和注漿量施行雙控,可在管段盾構(gòu)尾第5環(huán)后進(jìn)行。

雙液注漿用水泥、水玻璃雙液漿, 采用P.C32.5普通硅酸鹽水泥,水玻璃采用35 Be′(波美度)的濃度, 漿液水灰比為1∶1;水泥與水玻璃的配比( 體積比) 為1∶1。

3 監(jiān)測(cè)方案

盾構(gòu)機(jī)穿越前(50 m)、中、后(50 m)加強(qiáng)地面沉降及變形的監(jiān)測(cè),穿越時(shí)全天24 h監(jiān)控。地下通道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有地面沉降、結(jié)構(gòu)上浮/沉降、水平位移、裂縫等。通過(guò)對(duì)地下通道結(jié)構(gòu)的沉降和傾斜情況進(jìn)行觀測(cè),確定了地下通道結(jié)構(gòu)的安全性和所采取的工程防護(hù)措施的可靠性。

3.1 監(jiān)測(cè)目的

對(duì)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)可以及時(shí)掌握周圍土體的穩(wěn)定性,也可以間接判斷盾構(gòu)工程的安全狀況。

3.2 沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)

地表沉降觀測(cè)點(diǎn)采用人工開(kāi)挖或電鉆鉆孔的方式,以窖井測(cè)點(diǎn)形式埋設(shè),并穿透路面結(jié)構(gòu)層(埋設(shè)形式如圖6所示)。測(cè)點(diǎn)應(yīng)有防護(hù)罩,孔徑應(yīng)大于或等于120 mm。道路、地表沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)與地面平順,防止人員、車輛通行受到高低不平的影響。同時(shí),測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)牢固,標(biāo)記清晰,便于保存。

圖6 地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布置形式(單位:mm)

地表沉降監(jiān)測(cè)斷面上的測(cè)點(diǎn)按照施工圖設(shè)計(jì)中監(jiān)控量測(cè)要求并參照工程實(shí)際情況,在施工影響范圍內(nèi)布置,沿線路中線每5～10 m設(shè)置一點(diǎn),每隔15 m布設(shè)一個(gè)常規(guī)沉降觀測(cè)斷面(7測(cè)點(diǎn)或11測(cè)點(diǎn)/每斷面),地質(zhì)變化較為復(fù)雜區(qū)段應(yīng)作適當(dāng)加密。測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置如圖7所示。

圖7 隧道地表沉降監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布設(shè)

3.3 沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)及分析處理

采用幾何水準(zhǔn)法,使用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)觀測(cè),沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)按《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB/T50308～2017)二等垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)技術(shù)要求觀測(cè),沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可知,施工過(guò)程中及結(jié)束后,累計(jì)沉降量及沉降速率均在可控范圍內(nèi)。

表1 地表沉降觀測(cè)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)復(fù)雜水文地質(zhì)環(huán)境下盾構(gòu)機(jī)超近距離下穿大型地下過(guò)街通道,且該通道為分節(jié)頂進(jìn)施工完成,通過(guò)對(duì)地下過(guò)街通道的早期調(diào)查,針對(duì)性的采取穩(wěn)定且可靠的內(nèi)部加固措施,使得通道整體在盾構(gòu)機(jī)下穿過(guò)程中具有良好的整體性和穩(wěn)定性。

(2)針對(duì)富水砂礫石地層,采用通道內(nèi)預(yù)注漿、盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)同步注漿、盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后二次補(bǔ)注漿、全天候施工監(jiān)測(cè)等措施,能有效的確保盾構(gòu)機(jī)在如此近距離下穿的工況下通道及地面的安全與穩(wěn)定。

(3)采用WSS注漿工藝(無(wú)收縮雙液注漿),提高了加固區(qū)域的地層黏結(jié)強(qiáng)度及密實(shí)度,改良土層性狀。該工藝在提高土體整體性的同時(shí),將儲(chǔ)存在土壤顆粒之間的水?dāng)D壓出來(lái),用漿液填滿顆粒間的空隙并固結(jié),具有一定的阻水效果,提高了既有地下過(guò)街通道和盾構(gòu)隧道的后期防水質(zhì)量,具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。