盾構(gòu)近距離側(cè)穿在施深基坑風(fēng)險(xiǎn)分析及技術(shù)措施

劉 輝

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

盾構(gòu)近距離側(cè)穿在施深基坑風(fēng)險(xiǎn)分析及技術(shù)措施

劉 輝

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

以沈陽地鐵二號線一期土建工程某盾構(gòu)近距離穿越正在施工深基坑為例，結(jié)合工程的水文地質(zhì)條件，分析了盾構(gòu)穿越深基坑時的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上確定了有針對性的科學(xué)合理的施工措施，為施工的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。

盾構(gòu)，深基坑，風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)措施

盾構(gòu)施工因其對地面影響小、適應(yīng)性廣、無噪聲無污染、施工速度快和安全性能高等特點(diǎn)，已成為城市隧道施工的主要施工方法。隨著城市軌道交通的發(fā)展，盾構(gòu)近距離穿越地下建筑的情況比較頻繁，由于相鄰兩標(biāo)段施工不協(xié)調(diào)，沈陽地鐵二號線奧會區(qū)間盾構(gòu)施工時需穿越一段正在進(jìn)行開挖作業(yè)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，現(xiàn)以此為背景，介紹土壓平衡盾構(gòu)平行通過凈距離為2.1 m的風(fēng)道基坑施工經(jīng)驗(yàn)，為今后同類型工程提供有益的借鑒。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

沈陽地鐵二號線奧體中心站—會展中心站盾構(gòu)區(qū)間隧道采用土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)，起止里程為K16+335.050～K17+538.363，盾構(gòu)開挖斷面直徑為6.28 m，從奧體中心站開始始發(fā)掘進(jìn)，在K17+509.318時將平行于會展中心站1號風(fēng)道掘進(jìn)，隧道外輪廓線距1號風(fēng)道圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊緣為2.11 m，在盾構(gòu)到達(dá)K17+526.418時，隧道外輪廓線距離風(fēng)道灌注樁邊緣為2.81 m，盾構(gòu)將平行通過長約27.90 m的風(fēng)道到達(dá)終點(diǎn)里程。

會展中心站1號風(fēng)道為地下雙層一柱兩跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，外包尺寸為38.3 m×10.7 m×11.2 m,基坑底標(biāo)高為29.77 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800@1 200 mm，C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，其中K17+509.318～K17+526.418樁底標(biāo)高為21.75 m，K17+526.418～K17+538.363樁底標(biāo)高為23.95 m,樁間采用掛網(wǎng)加噴射C25級混凝土支護(hù),基坑分別于標(biāo)高42.7 m及37.2 m處架設(shè)兩道鋼支撐。圖1，圖2為區(qū)間隧道與風(fēng)道結(jié)構(gòu)相對位置關(guān)系。

1.2 水文地質(zhì)情況

地表標(biāo)高為43.87 m，盾構(gòu)機(jī)底標(biāo)高為28.4 m,埋深為15.2 m，此段地層由上而下主要為2.5 m～3 m厚雜填土，6 m～7.5 m厚③-1粉質(zhì)粉土，12 m～15 m厚③-3中粗砂，盾構(gòu)穿越的地層主要為③-3中粗砂層，隧道頂部為粉質(zhì)粘土。由于會展中心站1號風(fēng)道正在降水狀態(tài)，地下水位處于盾構(gòu)機(jī)底部50 cm。

2 實(shí)際施工情況

2.1 基坑施工情況

會展中心站1號風(fēng)道基坑開挖已完成90%，K17+509.318～K17+513.318段基坑開挖至底板上1 m，K17+513.318～K17+538.363段基坑已全部開挖完成，由于施工的滯后性部分樁間網(wǎng)噴未完成施工，第二道鋼支撐架僅架設(shè)了3根，見圖3，此外由于在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時K17+526.418處受降水井影響，有一根鉆孔灌注樁未施工。

2.2 盾構(gòu)施工情況

從盾構(gòu)到達(dá)風(fēng)道前施工情況來看，總體推力為1 800 t～2 000 t左右，掘進(jìn)速度為45 mm/min～55 mm/min,土倉上部壓力為0.07 MPa,底部壓力為0.12 MPa，掘進(jìn)狀態(tài)良好。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析

1)樁體剪切破壞。本基坑采用鋼支撐輔以鋼圍檁支護(hù)，有效的確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，故支撐系統(tǒng)架設(shè)的好壞直接影響到基坑的穩(wěn)定，由于會展中心風(fēng)道結(jié)構(gòu)鋼支撐未架設(shè)完成，臨近到達(dá)端同時為基坑開挖完成部分，鋼支撐未架設(shè)，盾構(gòu)通過風(fēng)道圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，由于盾構(gòu)機(jī)離樁體較近，掘進(jìn)過程中對周邊土體擾動，加上對兩側(cè)土體的側(cè)壓力較大可能導(dǎo)致樁體剪切破壞。2)盾構(gòu)保壓困難，造成地表沉降，樁背后土體松動，灌注樁往外偏移、傾斜，導(dǎo)致鋼支撐軸力釋放，失穩(wěn)滑落，給基坑施工帶來嚴(yán)重的安全隱患。由于區(qū)間隧道中線距離灌注樁邊緣5.25 m～5.95 m，近距離平行通過會展中心站1號風(fēng)道開挖基坑，在土壓盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，一般為半土壓半氣壓的模式進(jìn)行掘進(jìn)，區(qū)間隧道與風(fēng)道間降水區(qū)域內(nèi)為砂礫層，孔隙率大、滲透性好，在風(fēng)道的掛網(wǎng)噴漿護(hù)壁沒有完成或未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時，土倉內(nèi)氣壓會從樁間空隙泄漏，無法保證掌子面壓力平衡，導(dǎo)致地表塌陷，擾動樁背土層，造成樁體往基坑外側(cè)偏移，鋼支撐軸力迅速釋放，支撐松動滑落，給風(fēng)道基坑帶來嚴(yán)重隱患。3)盾構(gòu)受困于地層中。若待風(fēng)道完成底板側(cè)墻施工后，盾構(gòu)再進(jìn)行掘進(jìn)，盾構(gòu)至少需在此地層中停機(jī)超過一個月,由于砂礫石地層中，地層收斂能力強(qiáng)，若盾構(gòu)長時間停留于地層中，地層收斂很容易將盾殼體卡住，盾構(gòu)脫困時需加大推力，增加運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，導(dǎo)致振動過大，過分?jǐn)_動掌子面，基坑的安全。另外，受到長時間停機(jī)影響，容易造成堵倉、糊面板，導(dǎo)致盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)困難。

4 應(yīng)對措施

4.1 風(fēng)道施工應(yīng)對措施

1)對滯后的施工項(xiàng)目加快進(jìn)度，完善施工。由于基坑施工的滯后性，部分地方樁間網(wǎng)噴、第二道鋼支撐及鋼圍檁未完成，為確保盾構(gòu)順利通過，在未完成施工的區(qū)域加快進(jìn)度，確保盾構(gòu)通過前完成所有工序的施工。2)為防止鋼支撐滑落，在鋼支撐與鋼圍檁上增設(shè)一道軟連接，用鋼絞線將支撐與圍檁連接為一體。3)加強(qiáng)初期支護(hù)強(qiáng)度。在缺少鉆孔樁部分樁間采用掛雙層鋼筋網(wǎng)，同時提高噴射混凝土的厚度，由原設(shè)計(jì)10 cm提高至20 cm，此外在盾構(gòu)高度1.5倍范圍內(nèi)將樁間網(wǎng)噴厚度增加至15 cm，增強(qiáng)薄弱面的保壓能力。4)增加監(jiān)測頻率與手段。分別于K17+502，K17+521，K17+529上布置沉降槽，根據(jù)掘進(jìn)速度加大對鋼支撐軸力的監(jiān)測力度，并于基坑樁體上布置收斂點(diǎn)隨時監(jiān)控樁體的偏移。5)加強(qiáng)現(xiàn)場巡視。安排專人24 h不間斷對風(fēng)道情況及地表和洞門情況進(jìn)行巡查，出現(xiàn)異常情況立即反饋，以便及時采取措施。

4.2 盾構(gòu)掘進(jìn)控制措施

1)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，增加適量的外加劑確保掌子面的穩(wěn)定。為防止盾構(gòu)在通過風(fēng)道段掘進(jìn)的過程中對1號風(fēng)道周邊的地層造成較大的擾動影響風(fēng)道的安全，所以在通過風(fēng)道段掘進(jìn)過程中要嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，盡量減小盾構(gòu)掘進(jìn)對地層的擾動。降低刀盤轉(zhuǎn)速，減輕與礫石的碰撞沖擊，減小盾構(gòu)掘進(jìn)對地層的擾動，刀盤轉(zhuǎn)速擬控制在0.7 r/min左右。適當(dāng)降低掘進(jìn)速度，掘進(jìn)速度控制在25 mm/min～30 mm/min，加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整與控制；為減少掘進(jìn)推力，在盾構(gòu)殼體與開挖面之間注入適量的膨潤土，既能減少殼體與周圍土體的摩擦力，也能有效控制土體的收斂；在保證土倉壓力不變的情況下，適當(dāng)調(diào)整氣壓和土壓的比例，降低氣壓比例并減少泡沫注入量，增加膨潤土的注入量提高土壓的比例，充分利用注入的膨潤土在掌子面形成泥膜，減少氣體通過礫砂層的空隙外泄，確保土倉壓力穩(wěn)定，減少土體的擾動破壞；根據(jù)掘進(jìn)速度，嚴(yán)格控制出土量，嚴(yán)禁出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，以保證土體的穩(wěn)定。2)提高管片拼裝質(zhì)量，保證同步注漿質(zhì)量。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中根據(jù)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、盾尾間隙、油缸行程等做好管片選型工作，確保管片安裝質(zhì)量，防止因管片拼裝選型問題出現(xiàn)卡盾現(xiàn)象，掘進(jìn)參數(shù)不穩(wěn)定，影響到掌子面的穩(wěn)定；在掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制好同步注漿質(zhì)量，及時填充管片背后的環(huán)形間隙的同時控制好注漿壓力，防止因壓力過大造成基坑側(cè)壓力過大破壞樁間網(wǎng)噴，通過調(diào)整漿液的質(zhì)量，適當(dāng)加快漿液初凝速度，保證管片的穩(wěn)定，減少注漿時側(cè)壓力對基坑噴混面的影響。3)控制盾構(gòu)的掘進(jìn)姿態(tài)。本著“平、穩(wěn)”的原則，防止因姿態(tài)變化過大使掘進(jìn)參數(shù)波動頻繁，而影響掌子面的穩(wěn)定。4)嚴(yán)格控制地下水位，防止施工過程中地下水位上升，對掘進(jìn)及基坑穩(wěn)定造成不利影響。

4.3 做好充分的應(yīng)急措施

施工現(xiàn)場儲備充足的回填料和噴漿材料等應(yīng)急物資，一旦險(xiǎn)情出現(xiàn)，能及時控制；加大監(jiān)測頻率，根據(jù)每天監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，確保掘進(jìn)過程的穩(wěn)定順利;設(shè)置專人24 h巡查基坑和掘進(jìn)路線地面情況,若有問題能及時反饋。

5 結(jié)語

通過以上技術(shù)措施，取得了很好的效果。近距離通過風(fēng)道基坑施工順利完成，地面沉降最大為8.9 mm；樁間網(wǎng)噴混凝土也未出現(xiàn)裂縫；樁體收斂、側(cè)移得到有效控制，鋼支撐軸力變化在掘進(jìn)過程中不超過7%。盾構(gòu)近距離通過深基坑過程，不僅需要增加基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及整體性能，同時嚴(yán)格控制盾構(gòu)的參數(shù)，確保盾構(gòu)在有序、可控的狀態(tài)下通過，將風(fēng)險(xiǎn)降低至最小。此次近距離通過深基坑施工，在確保施工期基坑安全穩(wěn)定的情況下，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益，為以后的同類工程提供了有益的借鑒。

[1] 沈陽地鐵二號線12標(biāo)施工組織設(shè)計(jì)[Z].

[2] 張鳳祥.盾構(gòu)隧道[M].上海：人民交通出版社,2004.

On risk analysis of deep foundation pits in shield close-distance side crossing and its technical measures

Liu Hui

(ChinaRailwayTunnelCo.,Ltd,Zhengzhou450000,China)

Taking some shield close-distance crossing deep foundation pit under construction of No.1 Period civil project of No.2 Line along Shenyang Subway as the example, the paper analyzes main risk points in the shield crossing deep foundation pits by combining with its engineering hydrological and geological conditions, and identifies the scientific and reasonable construction measures based on the previous points, so as to lay the foundation for the smooth construction.

shield, deep foundation pit, risk, technical measures

2015-01-10

劉 輝(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)08-0194-02

U455

A