基于圍護(hù)結(jié)構(gòu)懸臂受力狀態(tài)盾構(gòu)始發(fā)吊裝技術(shù)研究及應(yīng)用

李俊鋒

摘 要：超大地鐵車站主體結(jié)構(gòu)只完成中板施工，在始發(fā)井負(fù)一層側(cè)墻及頂板未施做的條件下，拆除第一、二道混凝土支撐，圍護(hù)樁處于懸臂受力狀態(tài)，同時吊裝場地及其受限，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)吊裝作業(yè)難度大、風(fēng)險高，易造成基坑失穩(wěn)坍塌。通過對吊裝區(qū)域土體進(jìn)行加固，增加土體粘聚力及內(nèi)摩擦角，以此減小盾構(gòu)吊裝時圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受的側(cè)向土壓力;過程中通過對周邊地表沉降、圍護(hù)樁水平位移、臨近支撐軸力等實時監(jiān)測，動態(tài)指導(dǎo)施工，確保了圍護(hù)樁懸臂狀態(tài)下盾構(gòu)吊裝時的基坑安全，實現(xiàn)了盾構(gòu)按期始發(fā)目的。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)吊裝;圍護(hù)樁;懸臂受力;土體加固;監(jiān)測

0 引言

近年來，為減輕城市化進(jìn)程帶來的一系列諸如環(huán)境惡化、交通堵塞等問題，城市地鐵建設(shè)飛速發(fā)展。盾構(gòu)工法以其施工質(zhì)量好、效率高、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠等優(yōu)點，成為地鐵修建的主要工法[1]。伴隨越來越多地鐵線路的開通，城市中心出現(xiàn)了越來越多的換乘、異形基坑，由于吊裝場地受限、基坑規(guī)模加大，盾構(gòu)吊裝是施工中既關(guān)鍵又容易發(fā)生事故的工序[2-3]。翁振華[4]以某軟弱地基條件下放坡開挖的深基坑邊緣進(jìn)行盾構(gòu)設(shè)備吊裝為例，研究近接深基坑的軟弱地基加固及盾構(gòu)吊裝技術(shù)。本文主要以盾構(gòu)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)懸臂受力工況下盾構(gòu)吊裝為例，研究通過土體加固實現(xiàn)盾構(gòu)吊裝安全。

1 工程背景

天河公園站為三線換乘車站，換乘基坑尺寸為144×

95.5 m，開挖支護(hù)形式采用內(nèi)直徑為88 m的3層混凝土環(huán)形支撐支護(hù)（截面1.1*2.4 m），且在環(huán)形支撐外圍還有很多異形支撐與之相連，共同構(gòu)成整個異型支撐體系?？紤]車站位于繁華城區(qū)，基坑規(guī)模較大且環(huán)形支撐整體受力，為保證基坑穩(wěn)定，換乘基坑必須每層結(jié)構(gòu)板施工完成實現(xiàn)受力轉(zhuǎn)換后，方能拆除上一層環(huán)形支撐，進(jìn)而施工側(cè)墻及中板（頂板）施工，圖1為天河公園站基坑平面示意圖。員村站～天河公園站盾構(gòu)區(qū)間采用一臺土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)從天河公園站南端右線始發(fā)，沿員村二橫路一直向南掘進(jìn)，最后下穿既有運(yùn)營地鐵車站五號線員村站，下穿車站后盾構(gòu)在員村站解體，運(yùn)回天河公園站左線端頭重新始發(fā)，最后再次在員村站解體吊出，完成整個區(qū)間盾構(gòu)施工。左線盾構(gòu)井位于換乘基坑的西部，換乘基坑主體工程量較大，工期緊張，按常規(guī)完成頂板施工后進(jìn)行左線盾構(gòu)始發(fā)，將無法滿足工期要求。

2 問題的提出及解決方案

由于本項目車站體量較大，無法做到每個作業(yè)面進(jìn)度的統(tǒng)一，右線隧道盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)貫通出洞，且左線始發(fā)工期節(jié)點在即，但換乘基坑中板僅完成了始發(fā)井區(qū)域12 m寬的結(jié)構(gòu)施工（約占整體10%），進(jìn)度嚴(yán)重滯后，不具備拆除第二道環(huán)形支撐，施工負(fù)一層側(cè)墻、頂板條件。若按常規(guī)工法及工序施工，則需要主體結(jié)構(gòu)全部完成且拆除第一層支撐后才能始發(fā)，將導(dǎo)致工期滯后至少約4個月，且盾構(gòu)機(jī)需進(jìn)行二次倒運(yùn)并閑置4個月，產(chǎn)生大量的額外費(fèi)用。

為保證節(jié)點目標(biāo)的實現(xiàn)，同時規(guī)避盾構(gòu)機(jī)二次倒運(yùn)且閑置，項目部通過多方論證，提出減少一層結(jié)構(gòu)施工的時間，在僅完成中板的工況下進(jìn)行始發(fā)，保留第一、二層環(huán)撐，切除盾構(gòu)井范圍內(nèi)2道放射撐，對圍護(hù)樁處于懸臂受力狀態(tài)一定范圍內(nèi)采用旋噴樁進(jìn)行地層加固，以備履帶吊站位進(jìn)行盾體進(jìn)行吊裝，實現(xiàn)盾構(gòu)按期始發(fā)目的。

3 盾構(gòu)始發(fā)井懸臂工況吊裝技術(shù)

3.1 吊裝區(qū)域土體加固方案

頂板洞口內(nèi)第一、二道放射撐拆除，導(dǎo)致此工況下圍護(hù)樁終板以上處于懸臂受力狀態(tài)長度約11 m。考慮到盾構(gòu)吊裝時，地面超載極大，盾構(gòu)端頭上部土體為4N-2粉質(zhì)粘土、4-2B淤泥質(zhì)土、5N-2粉質(zhì)粘土，在這種地質(zhì)情況下，吊裝豎向荷載大部分將分化為側(cè)向土壓力，使樁體彎矩、撓度加大，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致斷裂。

由于盾構(gòu)吊裝時的地面荷載為固定值，無法減小，為解決上述問題，只能將盾構(gòu)端頭的土體加固，增加土體粘聚力及內(nèi)摩擦角，減小盾構(gòu)吊裝時的側(cè)向土壓力，以此來保證該吊裝工況下的基坑安全。經(jīng)過方案比選，加固方案決定采取旋噴樁，在端頭10 m*10 m的吊裝區(qū)域布置Φ600@450旋噴樁，42.5R普通硅酸鹽水泥，注漿壓力20 MPa～30 MPa，樁長深入全風(fēng)化6號地層1 m，水灰比1～1.5。并在地面采取硬化處理，硬化范圍同旋噴樁加固范圍，厚度15 cm，內(nèi)鋪A10@100*100單層鋼筋網(wǎng)，履帶輪下鋪2 cm厚鋼板。

3.2 施工監(jiān)測

3.2.1 監(jiān)測點位布置

盾構(gòu)吊裝過程中，起吊瞬間，所有的重力施加到吊裝區(qū)域的土體，支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力迅速變化，基坑支護(hù)是否安全，起吊能否順利完成，這個短暫過程很關(guān)鍵。為確保吊裝過程中盾構(gòu)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，在整個吊裝過程中實時監(jiān)控量測，布設(shè)的監(jiān)測點要求必須能夠檢測到盾構(gòu)機(jī)吊裝過程中吊裝區(qū)域地基的沉降、盾構(gòu)井圍護(hù)樁頂水平位移、懸臂樁體側(cè)向水平位移、臨近的支撐應(yīng)力值等數(shù)據(jù)，通過設(shè)置保守的預(yù)警值動態(tài)指導(dǎo)吊裝施工[5-6]。

3.2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

吊裝影響區(qū)域最大變化量為地面沉降（AD27-1）-1.11 mm、

樁頂水平位移（B027-2）-0.47 mm、樁體深層水平位移向基坑一側(cè)位移（C028）0.64 mm以及支撐受壓增大121.15 kN，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)波動較小，均在安全允許范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

通過土體加固來增加土體粘聚力及內(nèi)摩擦角，以此減小盾構(gòu)吊裝時圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受的側(cè)向土壓力，保證懸臂吊裝工況下的基坑安全，確保了盾構(gòu)始發(fā)工期目標(biāo)，同時規(guī)避了盾構(gòu)機(jī)二次倒運(yùn)及閑置所帶來的額外成本增加。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖一蕾，張子新，張冠軍.大直徑盾構(gòu)進(jìn)出洞加固體穩(wěn)定性判別方法研究[J].巖土力學(xué)，2011，32（增2）：256-260.

[2]謝虎輝，李曉明，袁義，等.盾構(gòu)設(shè)備吊裝理論研究與關(guān)鍵控制[J].施工技術(shù)，2014（S2）：173-175.

[3]李超峰.地鐵盾構(gòu)機(jī)吊裝技術(shù)研究[J].工程技術(shù)研究，2019（8）：106-107.

[4]翁振華.近接深基坑的軟弱地基加固及盾構(gòu)吊裝技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2020（7）：135-138+144.

[5]孔慶梅，溫森，趙麗敏.隧道施工中盾構(gòu)機(jī)吊裝對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響[J].長江科學(xué)院報，2017，34（8）：125-129+134.

[6]周二眾，劉星，青舟.深基坑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].地下空間與工程學(xué)報，2013，9（1）：204-210.