劉寶山
中建股份有限公司東北區(qū)域總部 遼寧沈陽(yáng) 110000
沈陽(yáng)市地下綜合管廊(南運(yùn)河段)項(xiàng)目某一節(jié)點(diǎn)井,基坑尺寸為22.4×22.4m,深18.5m,屬深基坑,此處交通擁堵、管線(xiàn)復(fù)雜,周邊建筑離基坑較近,北側(cè)臨近的8層建筑離基坑僅有10m。因管線(xiàn)遷改、交通導(dǎo)行等困難,無(wú)法滿(mǎn)足盾構(gòu)到達(dá)前完成節(jié)點(diǎn)井主體結(jié)構(gòu),擬采用先盾后井施工方法。
①需要解決盾構(gòu)順利穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)前提下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)又能有足夠強(qiáng)度、剛度來(lái)滿(mǎn)足后期基坑開(kāi)挖施工的安全需要;
②需要解決盾構(gòu)穿越后形成吊腳樁后內(nèi)支撐體系的設(shè)計(jì),既要滿(mǎn)足吊腳樁安全,又要方便施工;
③需要解決先盾后井留在井內(nèi)管片的安全快速拆除問(wèn)題。
由于基坑最下面一道支撐距離基坑底部距離較常規(guī)基坑支撐布置的距離較遠(yuǎn),圍護(hù)樁側(cè)向壓力較大,故將“先井后盾”時(shí)直徑800mm間距1000mm圍護(hù)樁樁徑加大到直徑1200mm,間距1600mm,確?;娱_(kāi)挖安全。
在節(jié)點(diǎn)井洞門(mén)開(kāi)洞處采用玻璃纖維筋混凝土替代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土樁體,實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)更容易地對(duì)圍護(hù)樁樁體進(jìn)行切削。
圖1 玻璃纖維筋位置
圖2 玻璃纖維筋施工
玻璃纖維筋直徑宜大于原設(shè)計(jì)普通鋼筋一級(jí),搭接長(zhǎng)度≥40d。玻璃纖維筋與普通鋼筋搭接采用與筋材直徑相適應(yīng)的鋼制U形卡固定。搭接處同一斷面應(yīng)錯(cuò)開(kāi)50%,且接頭間距不小于1.8m。圍護(hù)樁普通鋼筋籠與玻璃纖維筋籠分段吊裝,在孔口連接,保證連接質(zhì)量。圍護(hù)樁鋼筋籠上預(yù)埋盾構(gòu)過(guò)站后下層鋼筋砼圍檁所需錨筋。
“先盾后井”工法區(qū)別于“先井后盾”技術(shù),不需要在節(jié)點(diǎn)井與盾構(gòu)隧道交界處做過(guò)大范圍旋噴加固,節(jié)約了盾構(gòu)刀盤(pán)切屑旋噴加固部分而影響盾構(gòu)推進(jìn)的速度的時(shí)間。
端頭旋噴加固范圍為洞身上下左右各3m,加固長(zhǎng)度由原始發(fā)端8m、接收端6m,縮減為始發(fā)端與接收端均是3排旋噴樁。
端頭加固采取Φ550雙重管高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固,形式為Φ550@400mm,相鄰樁間咬合為150mm。旋噴樁無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa。
圍護(hù)樁與端頭加固施做完成,強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后,盾構(gòu)機(jī)方可穿越節(jié)點(diǎn)井范圍,盾構(gòu)機(jī)到達(dá)端頭旋噴加固范圍時(shí),應(yīng)放慢推進(jìn)速度,防止對(duì)圍護(hù)樁沖擊過(guò)大,損壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)。拼裝圍護(hù)樁軸線(xiàn)上的管片時(shí),適當(dāng)加大同步注漿量,將盾構(gòu)機(jī)與管片外間隙填充密實(shí),避免基坑挖土?xí)r,該部位縫隙土掉落,基坑失穩(wěn)。“先盾后井”工法施工難點(diǎn)在于盾構(gòu)管片的拆除,為方便拆除管片,節(jié)點(diǎn)井范圍內(nèi)需拆除的管片采用通縫拼接方式。
圖3 盾構(gòu)通過(guò)BIM模型展示
圖4 管片縱縫拼裝
通過(guò)加大圍護(hù)樁樁徑,采用“混凝土支撐+鋼支撐“體系。加強(qiáng)圍護(hù)樁配筋及樁徑,增加樁體強(qiáng)度,保證基坑開(kāi)挖過(guò)程中的穩(wěn)定性。非盾構(gòu)隧道范圍:為防止盾構(gòu)切斷的吊腳樁踢腳變形,首道和盾構(gòu)管片上部一道采用砼支撐,中間采用鋼支撐。盾構(gòu)隧道范圍:由于樁體強(qiáng)度增加,支撐布置間距可增大,內(nèi)支撐可避開(kāi)盾構(gòu)隧道范圍。
吊腳樁摩擦力降低,自重壓迫至管片上產(chǎn)生豎向壓力,直接導(dǎo)致洞口環(huán)管片受力狀態(tài)改變,可采用管片內(nèi)支撐的方法抵消此部分力即可。因此提前在隧道內(nèi),吊腳樁下的一環(huán)管片設(shè)置“米”字撐:①提前測(cè)量在隧道內(nèi)管片上定位出吊腳樁的樁中心點(diǎn),并做好標(biāo)記;②采用Φ108的鋼管運(yùn)輸至標(biāo)記位置,進(jìn)行安裝;③鋼管柱一頭為鋼板封口,另一頭安裝機(jī)械千斤頂,安裝時(shí),用千斤頂進(jìn)行加力頂緊;④鋼管按如圖“米”字布置,鋼管中心及端部采用鋼筋連接,保證支撐形成整體。
圖5 提前進(jìn)行“米”字撐施工
在基坑開(kāi)挖前將盾構(gòu)區(qū)間與節(jié)點(diǎn)井接口處兩環(huán)管片的連接螺栓拆除,最大程度的避免由于拆除的管片變形引起成型盾構(gòu)管片位移,需對(duì)兩側(cè)管片進(jìn)行縱向拉緊加固和內(nèi)部環(huán)向加固處理。
降水方式采用逐層降水、逐層開(kāi)挖,保證降水的連續(xù)性,降水水位保證在開(kāi)挖面下1m左右,避免因降水太深導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力引起管片沉降超限。
由于“先盾后井”基坑開(kāi)挖時(shí),端頭洞門(mén)處圍護(hù)樁已被截?cái)?,處于“吊腳樁”狀態(tài),此時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)十分不穩(wěn)定,應(yīng)放緩?fù)谕了俣?,密切監(jiān)控基坑邊水平位移和沉降。
在盾構(gòu)區(qū)間未完成之前,基坑土方開(kāi)挖不能拆除及損壞節(jié)點(diǎn)井內(nèi)的盾構(gòu)管片,挖掘機(jī)挖土至管片位置時(shí),應(yīng)放慢挖土速度,避免對(duì)管片產(chǎn)生過(guò)大沖擊,必要時(shí)可采用人工挖土。
由于后續(xù)基坑開(kāi)挖會(huì)對(duì)盾構(gòu)隧道產(chǎn)生顯著影響,影響區(qū)域主要集中在靠近基坑外側(cè)10環(huán)管片范圍內(nèi),拆除管片會(huì)改變已成型的盾構(gòu)隧道的受力狀態(tài),節(jié)點(diǎn)井兩端管片因井內(nèi)管片拆除而出現(xiàn)臨空面,節(jié)點(diǎn)井兩端管片會(huì)產(chǎn)生向井內(nèi)方向收縮的趨勢(shì),因此需對(duì)靠近基坑兩側(cè)的10環(huán)管片進(jìn)行縱向拉緊加固和內(nèi)部環(huán)向加固處理。
在基坑開(kāi)挖及管片拆除施工過(guò)程中需加強(qiáng)監(jiān)控和量測(cè),嚴(yán)格記錄盾構(gòu)區(qū)間在工藝井各個(gè)開(kāi)挖階段產(chǎn)生的位移和變形,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)即時(shí)反饋,做到動(dòng)態(tài)施工,若有情況能及時(shí)有效的采取應(yīng)急措施。
管片拆除為了保證管片內(nèi)外部土壓平衡,又能兼顧考慮人與機(jī)械的安全同行,施工方法步驟如下:
圖6 管片拆除的施工方法
①機(jī)械開(kāi)挖至管片上方,露出管片;
②在管片上破除400*400的孔,間距6m;
③將土方從孔洞灌入隧道內(nèi);
④拆除管片兩側(cè)B塊,并隨之清理土方至下一道拆除標(biāo)高;
⑤如此以便拆除管片、一邊開(kāi)挖土方直至拆除完成。
此種作業(yè)方法大大減少了管片拆除的風(fēng)險(xiǎn),也方便了人與機(jī)械的通行,是相對(duì)穩(wěn)妥的管片拆除方法。
節(jié)點(diǎn)井內(nèi)管片拆除完畢,基坑開(kāi)挖到底后,開(kāi)始施做節(jié)點(diǎn)井主體結(jié)構(gòu)。
施工區(qū)間洞門(mén)處結(jié)構(gòu)時(shí),嚴(yán)格控制洞門(mén)處結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量,避免后期出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。
基于先盾構(gòu)后井施工方式的特點(diǎn)及工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,為實(shí)現(xiàn)高頻率數(shù)據(jù)采集,引進(jìn)巖土工程云監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)用于節(jié)點(diǎn)井關(guān)鍵結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),該系統(tǒng)能夠及時(shí)給現(xiàn)場(chǎng)提供準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)施工,為施工安全提供保障。施工期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常可控。
通過(guò)對(duì)先盾后井施工中遇到的實(shí)際問(wèn)題而展開(kāi)研究,形成了一整套相對(duì)完備的關(guān)鍵技術(shù),主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:
①解決盾構(gòu)施工速度快,節(jié)點(diǎn)井不滿(mǎn)足在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前完成主體結(jié)構(gòu)施工的問(wèn)題;取消盾構(gòu)接收與始發(fā)的過(guò)程,提高盾構(gòu)掘進(jìn)效率,避免盾構(gòu)進(jìn)出洞的風(fēng)險(xiǎn);
②節(jié)點(diǎn)井端頭加固范圍減少,節(jié)約了由于盾構(gòu)刀盤(pán)切屑旋噴加固部分降低盾構(gòu)推進(jìn)速度的時(shí)間,降低旋噴加固費(fèi)用;
③避免其他因素影響盾構(gòu)施工進(jìn)度,保證盾構(gòu)施工工期,工程綜合效益好。