盾构施工近距离下穿地铁线路沉降控制技术

发表时间:2019/4/28   来源:《基层建设》2019年第6期   作者:史天增
[导读] 摘要:地铁工程的大量建设,让城市中盾构施工变得越来越多,如何控制盾构施工下穿地铁线路的沉降是施工中的一个重难点,对于保证地铁施工的高质量和安全性具有重要意义。
        中铁十一局集团城市轨道工程有限公司
        摘要:地铁工程的大量建设,让城市中盾构施工变得越来越多,如何控制盾构施工下穿地铁线路的沉降是施工中的一个重难点,对于保证地铁施工的高质量和安全性具有重要意义。本文从盾构施工下穿地铁线路的五个阶段出发,结合工程实例,对不同阶段采取了有针对性的控制措施,保障了地铁施工的安全。
        关键词:盾构施工;下穿地铁线路;沉降控制
        一、工程概况
        某市地铁区间为单洞单线区间,区间起点为机场北站,终点为吊出井,起点里程为YDK41+437.900,终点里程为YDK42+343.576(ZDK42+335.972),区间长度905.676m(左线898.072m),线路埋深在19m~27m之间,最小线间距12.05m。区间线路自机场北站先后以24‰、28‰及4‰坡度向下直至吊出井。机~吊区间右线在机场北站大里程端(对应里程:DK41+437.9)始发掘进,始发直线掘进211m后在里程DK41+659.8(对应环号:142环)处先后下穿既有运营的11号线右线、11号线入场线、11号线出场线及11号线左线。
        盾构施工近距离下穿地铁线路是施工难点,特别是结合地下不良地质条件的影响,使得土体易受施工影响发生沉降,施工控制难度加大。
        二、盾构施工下穿地铁线路沉降控制措施分析
        盾构施工造成的土体沉降主要是因为施工过程对于土体的扰动和水土流失造成的。其可以分成五个阶段,第一阶段,盾构施工还未达到断面,地下水位降低导致沉降;第二阶段,盾构通过该断面前,因控制不足,导致前方土塑性变形引起沉降;第三阶段,盾构通过断面,由于刀盘与盾体之间存在15mm间隙及超挖、纠偏、盾构外侧与土体之间接触导致沉降;第四阶段,盾构通过该断面后产生的弹塑性变形,因衬砌处理不当导致的沉降;第五阶段,盾构通过断面后,发生的后续沉降。针对沉降五阶段分别采取不同控制措施:
        1.前期沉降控制措施
        为保证盾构顺利掘进上软下硬地层,在出入线与正线之间用A600@150垂用高压旋喷桩对隧道上软下硬段进行预加固处理。加固区域和深度见下图所示。
       
        图1  盾构通过区域加固示意图
        盾构机下穿11 号线隧道前,在11号线隧道出入线洞内对11号线隧道下方土体进行注浆加固。注浆范围:
        (1)隧道深度范围内,加固范围为:既有地铁11号线隧道底部至强风化花岗岩岩面,若强风化花岗岩岩面位于机~吊区间隧道拱顶以下,则加固至机~吊区间隧道顶。
        (2)在地面上使用WSS斜孔注浆对下穿11号线正线影响区进行使用WSS注浆进行预加固处理。
        2.开挖面沉降控制措施
        盾构掘进开挖面沉降主要通过土压控制、出土量、掘进参数调整进行控制。为了保证开挖面的稳定,保持开挖面土压平衡、对土仓压力进行实时监测,对土压设定进行试验。根据开挖面土压平衡、控制出土量。对总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力进行监测并分析其随地层条件变化的规律。
        3.盾构通过时沉降控制措施
        本工程选用海瑞克盾构机,刀盘设计直径为6980mm,前盾直径为6950mm,刀盘较盾体直径大30mm,为减少该阶段沉降,应尽量缩短盾体通过时间,因此需保证盾构能连续掘进,防止盾构机发生不必要的停机。而当盾构机应特殊原因在下穿地铁期间时,通过盾构机盾体上的径向孔向盾体周边注入厚浆土,以填充盾体周边的孔隙,减小盾体通过阶段的沉降。
        4.盾尾空隙沉降控制措施
        (1)同步注浆
        盾尾与管片脱离后,管片与土体间会出现14cm建筑孔隙,掘进过程中盾尾同步注浆管在建筑孔隙中注入同步浆液填充,以防止盾尾与管片脱离后土体坍塌,造成地面沉降过大。
        ①注浆量
        同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙,但同时要考虑盾构推进过程中的纠偏、浆液渗透(与地质情况有关)及注浆材料固结收缩等因素。注浆量按下式进行计算:
        Q=V•λ
        式中:
        Q——注入量(m3)
        λ——注浆率(取1.2~1.5,曲线地段及沙性地层段取较大值,其它地段根据实际情况选定)
        V——盾尾建筑空隙(m3)
        V=π(D2-d2)L/4
        式中:
        D——盾构切削土体直径(即为刀盘直径6.98m)
        d——管片外径(6.7m)
        L——管片宽度(1.5m)
        V=π(6.98×6.98-6.7×6.7)×1.5÷4=4.51m3
        则: Q=5.41~6.77m3/环(系数考虑1.2~1.5)
        ②注浆时间和速度
        同步注浆速度与掘进速度匹配,按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。
        ③注浆配比
        为达到较好控制地层变形效果,机吊区间下穿段同步注浆采用可硬性浆液,二次注浆注水泥、水玻璃双液浆方案。通过调整各原材料的含量和规格,试验浆液的初凝时间、达到强度时间、稠度、泌水率、固结收缩率等性质确定下穿11号线的浆液配比。根据试验结果,决定采用早强型普通硅酸盐水泥,并考虑增加CaCl2等加速浆液凝固的外加剂,保证浆液可以在1天内达到强度。适当提高粉煤灰含量,并且用标号更高,细度更高的粉煤灰,以提高砂浆的粘聚性和保水性。
        (2)二次注浆
        盾构和周围土体的建筑间隙是否填充饱满直接关系到地面沉降量,因此必须保证同步注浆量充足,由于施工或地层原因导致浆液损失,必须立即进行二次补浆以控制地面沉降。二次注浆通过二次注浆泵将浆液通过管片吊装孔注入管片与周围土体之间,二次注浆采用压力控制,压力控制在0.5MPa之间。
        二次注浆使用专用的注浆泵,注浆前凿穿外侧保护层,安装专用的注浆接头浆液配比与同步注浆相同。
        (3)三次注浆
        为止住盾尾来水造成喷涌情况以及进一步填充空隙,当在管片脱出盾尾八环后,进行三次补充注浆,采用双液浆,水泥浆水灰比为0.8~1;水玻璃与水按1:1.5进行稀释;注入时水玻璃体积比为:水泥浆:水玻璃=1:1。
        5.后续沉降控制措施
        为保证盾构施工过程中穿越后既有运营的地铁11号线安全,需进深孔加强注浆加固,以提高管片强度和稳定性,减少后期沉降。
        在管片纵向螺栓的位置每22.5°增加一个注浆孔,即在每个邻接块和标准块各增加两个注浆孔,每环管片注浆孔增加到16个。通过预留注浆孔对既有运营的地铁11号DK41+622.21~DK41+751.13右线段进行洞内注浆加固。注浆范围为隧道两侧120°,注浆厚度为既有11号线隧道与机~吊区间隧道净距H-1m,如图27所示。
        三、结束语
        随着我国城市化进程的不断加快,盾构施工变得越来越多,对于其下穿既有线路必须采取有针对性的措施保证施工的安全,本文从盾构施工下穿地铁线路五个阶段的沉降控制措施进行了详细的阐述,为相关工程提供了技术参考。
        参考文献
        [1]中华人民共和国建设部.GB 50446-2008 盾构法隧道施工验收规范[s].北京:中国建筑工业出版社,2008.
        [2]曹洋.土压平衡式盾构机过地铁车站施工技术[J].铁道建筑,2012(4):96•98
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: