顧其波 章維維 范高飛
(1.杭州市公路管理局,浙江 杭州 310004;2.杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站,浙江 杭州 310007; 3.杭州余杭苕溪城市建設(shè)有限公司,浙江 杭州 311115)
所謂盾構(gòu)法[1]就是在成為盾構(gòu)的鋼殼之內(nèi)保持開挖面穩(wěn)定的同時(shí),安全向前掘進(jìn),在其尾部拼裝稱其為管片的襯砌構(gòu)件,然后用千斤頂頂住已拼裝好的襯砌,利用其反力將盾構(gòu)推進(jìn)。
上海的延安東路南線隧道洞門加固措施不當(dāng),盾構(gòu)出洞后導(dǎo)致嚴(yán)重的泥水冒漿,引起掘進(jìn)困難,土體坍方嚴(yán)重,延誤工期。深圳地鐵一期工程、南京地鐵一期工程和廣州地鐵四號(hào)線大學(xué)城專線等均發(fā)生過類似的盾構(gòu)進(jìn)出洞事故[2]。
盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)表明:盾構(gòu)進(jìn)、出洞是盾構(gòu)施工中風(fēng)險(xiǎn)最大的環(huán)節(jié)之一,稍有不慎就會(huì)發(fā)生工程事故。通過對盾構(gòu)進(jìn)、出洞的關(guān)鍵技術(shù)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析,并制訂詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)對策和應(yīng)急預(yù)案,能有效把控風(fēng)險(xiǎn)。因此,研究盾構(gòu)進(jìn)、出洞風(fēng)險(xiǎn)分析極有必要。
盾構(gòu)的進(jìn)、出洞工序是盾構(gòu)法建造隧道的關(guān)鍵工序。而地基加固和基座設(shè)置是盾構(gòu)進(jìn)、出洞的重中之重。為了更好的控制盾構(gòu)進(jìn)、出洞的風(fēng)險(xiǎn)。必須重點(diǎn)把握地基加固和基座設(shè)置這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
地基加固是盾構(gòu)進(jìn)、出洞中相當(dāng)重要的一個(gè)組成部分,由于天然地層土沒辦法符合施工要求,為確保工程安全,必須采取合適的加固措施,來提高地基的抗剪切強(qiáng)度,降低地基的壓縮性,改善地基的透水特性,地基的動(dòng)力特性以及特殊土的不良地基特性。
1.1.1地基加固方法選擇
正確選擇合適的加固方法是地基加固的核心問題。地基加固應(yīng)該考慮地基土的類別、周圍環(huán)境條件、施工隊(duì)伍技術(shù)素質(zhì)與施工技術(shù)條件、加固深度、施工工期、設(shè)備狀況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。
目前地基加固普遍采用旋噴、攪拌+旋噴、SMW工法及凍結(jié)法等,必須選擇合理的地基加固方式,確保在盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí)土體有一定時(shí)間的隔水性和自立性。但在風(fēng)險(xiǎn)較高或特殊工況條件下需要采用多種地基加固工藝組合使用。
1.1.2地基加固質(zhì)量異常的補(bǔ)救措施
當(dāng)發(fā)現(xiàn)地基存在強(qiáng)度不足,樣洞有異常或者抗?jié)B指標(biāo)不符合要求的時(shí)候,必須采取補(bǔ)救措施,常用的補(bǔ)救措施有凍結(jié)加固、地面垂直加固(單液、雙液)、降壓井和水平注漿加固(單液、雙液)。采取補(bǔ)救措施后應(yīng)重新開樣洞,待確認(rèn)補(bǔ)救后地基質(zhì)量符合相關(guān)要求后才可鑿除洞門混凝土。
1.2.1基座設(shè)置前的準(zhǔn)備
基座設(shè)置前必須結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙,詳細(xì)測算實(shí)際預(yù)留洞口的尺寸大小和位置,核對基座是否符合盾構(gòu)進(jìn)、出洞要求。若不能滿足要求,則需要對基座進(jìn)行調(diào)整,直至滿足要求為止。
1.2.2基座軸線測定
根據(jù)基座設(shè)計(jì)的位置,來標(biāo)定基座安裝所需要的軸線。第一步,使用全站儀在固定物體或者井壁上測設(shè)出基座中心軸線。第二步,根據(jù)基座設(shè)計(jì)的里程,在其前、中、后端三個(gè)位置,分別把垂直于基座中心軸線的法線測設(shè)在固定的物體或者井壁上。第三步,在基座前、中、后端三個(gè)部位,沿基座中心軸線兩側(cè)的井壁或者固定物體上標(biāo)定同一高程的水平線,并注明實(shí)際高程值。
1.2.3基座型式
基座有多種型式,目前常用的有以下幾種型式:現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等?;粌H要有足夠的剛度和強(qiáng)度外,還應(yīng)具備整體與局部穩(wěn)定性,防止施工時(shí)發(fā)生事故。
盾構(gòu)的進(jìn)、出洞工序是盾構(gòu)法施工的重要工序之一,涉及多種工種交叉施工,風(fēng)險(xiǎn)大,稍有不慎極易引起工程事故。因此,研究盾構(gòu)進(jìn)、出洞的風(fēng)險(xiǎn)分析和防治特別有意義。
2.1.1現(xiàn)象
在盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí),需要在洞口布置基座,由于多種因素,可能會(huì)引起盾構(gòu)基座變形,從而影響盾構(gòu)推進(jìn)。盾構(gòu)基座布置示意圖如圖1所示。
2.1.2原因分析
1)未經(jīng)過專項(xiàng)驗(yàn)算,盾構(gòu)基座框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整體剛度和局部構(gòu)件的強(qiáng)度不能滿足要求。
2)盾構(gòu)基座使用多次,鋼材發(fā)生疲勞或生銹等原因。
3)盾構(gòu)基座加工人員責(zé)任心不強(qiáng),私自改變結(jié)構(gòu)型式,焊接工人漏焊等。
4)專項(xiàng)檢查中,未發(fā)現(xiàn)存在的問題。
2.1.3預(yù)防措施
1)在選擇盾構(gòu)基座時(shí),應(yīng)該通過驗(yàn)算,確保盾構(gòu)基座框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整體剛度和局部構(gòu)件的強(qiáng)度能夠滿足盾構(gòu)進(jìn)、出洞要求,特別要考慮在盾構(gòu)過土體加固區(qū)所形成的推力大小。
2)盾構(gòu)基座如需重復(fù)利用,保養(yǎng)和修理工作應(yīng)該及時(shí)跟上。每次使用前,應(yīng)該有專門的檢測報(bào)告,確保重復(fù)利用的盾構(gòu)基座能符合強(qiáng)度和剛度的要求。
2.1.4治理方法
發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)基座變形損壞的構(gòu)件,應(yīng)該及時(shí)加固或者更換,在盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí),應(yīng)該加強(qiáng)觀測,一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)基座變形,應(yīng)該停止推進(jìn),召開專家會(huì),查找問題,確定措施后方可繼續(xù)推進(jìn)。
2.2.1現(xiàn)象
在盾構(gòu)出洞過程中,需要用后靠支撐系統(tǒng)來支撐盾構(gòu)前進(jìn),后靠支撐系統(tǒng)獲得過大的力作用后,可能發(fā)生后靠支撐的偏移、斷裂和局部變形等情況。
2.2.2原因分析
1)后靠系統(tǒng)受力分布不均衡、不對稱,產(chǎn)生應(yīng)力集中。
2)沒有對盾構(gòu)后靠系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì),盾構(gòu)支撐受力作用面強(qiáng)度不足、混凝土強(qiáng)度不夠或結(jié)合面不平整等因素。
3)施工工人責(zé)任心不強(qiáng),焊接技術(shù)不過關(guān),導(dǎo)致鋼構(gòu)件焊縫強(qiáng)度不符合要求。
2.2.3預(yù)防措施
1)對盾構(gòu)操作工人進(jìn)行上崗培訓(xùn),經(jīng)過考核后方可上崗,盾構(gòu)操作工人在盾構(gòu)推進(jìn)過程中要均衡推進(jìn),禁止大角度糾偏。
2)開展科學(xué)嚴(yán)格的驗(yàn)算,確保各構(gòu)件強(qiáng)度符合要求,且用素混凝土或水泥砂漿填充密實(shí)各個(gè)縫隙。
3)建立工人培訓(xùn)上崗制度,制定獎(jiǎng)懲制度,對責(zé)任心強(qiáng)的工人進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì),對責(zé)任心不強(qiáng)的工人進(jìn)行教育。
2.2.4治理方法
對變形過大的構(gòu)件,進(jìn)行重新加固或者用新構(gòu)件來替換,并做好監(jiān)測工作。
2.3.1現(xiàn)象
因多種原因?qū)е露軜?gòu)在推進(jìn)過程中,與設(shè)計(jì)軸線偏離,此時(shí)需要對盾構(gòu)進(jìn)行糾偏。
2.3.2原因分析
1)過高的盾構(gòu)正面平衡土壓力,帶動(dòng)土體隆起,導(dǎo)致盾構(gòu)上浮。
2)盾構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)故障等多種原因?qū)е律喜壳Ы镯數(shù)耐屏Σ蛔悖瑢?dǎo)致盾構(gòu)沿著向上的趨勢偏離軸線。
2.3.3預(yù)防措施
1)確??茖W(xué)合理設(shè)定盾構(gòu)正面平衡土壓力。
2)對盾構(gòu)操作工人進(jìn)行培訓(xùn),確保盾構(gòu)操作工人正確操作盾構(gòu),按照保養(yǎng)設(shè)備定時(shí)保養(yǎng)設(shè)備。
2.3.4治理方法
如果是通用環(huán)管片,可以通過對封頂塊的合理選擇來進(jìn)行糾偏,同時(shí)把握注漿量,加強(qiáng)監(jiān)測,確保盾構(gòu)軸線往設(shè)計(jì)軸線靠。
1)盾構(gòu)進(jìn)、出洞是盾構(gòu)法施工中重要工序之一,也是風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。施工過程中,應(yīng)該合理安排工序,各工種施工人員應(yīng)該密切配合,方能順利完成盾構(gòu)進(jìn)、出洞,并將風(fēng)險(xiǎn)降低到最低。
2)盾構(gòu)施工具有復(fù)雜性、隱蔽性、不穩(wěn)定性和施工風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)。必須認(rèn)真對待科學(xué)分析,提前做好風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案,注意細(xì)節(jié),事故是可以避免的。