盾构穿越邻近建(构)筑物施工控制技术

盾构穿越临近建(构)筑物施工控制技术361009 中铁十七局六公司 福建厦门莲花南路七号 路明鉴内容提要：上海M8线地铁线盾构施工沿线穿越附近的建筑物虹口足球场、鲁迅公园中的越虹桥、人工湖、假山及中原证券大厦、曲阳小区、梅园村酒家、沙泾港桥等，我们利用了对正面加注泡沫剂、对临近建筑结构进行了加固、对盾构推进参数进行控制、采取信息化施工等一系列相应措施，顺利的通过了施工风险地段关键词：盾构 穿越 建(构)筑物 施工技术一、概况分析本区间盾构沿线附近的建筑物有虹口足球场、鲁迅公园中的越虹桥、人工湖、假山及中原证券大厦、曲阳小区、梅园村酒家、沙泾港桥等，其中中原证券大厦离隧道平面位置约为6米，其中在砂性土全段面中穿越沙泾港桥桩基，桩基底隧道底板净距缺乏2米，沙泾港桥桩基主要分布在第970环第1010环之间，隧道河处覆土约为12米。近距离穿越以上地下构筑物，为减小对其影响，我们利用了对正面加注泡沫剂、对临近建筑结构进行了加固、对盾构推进参数进行控制、采取信息化施工等一系列相应措施，顺利的通过了施工风险地段。 图一、盾构近距离穿越沙泾港桥桩基 二、结构加固及处理措施2.1在盾构穿越临近建构筑物时，为防止建构筑物变形，必须考虑对结构加固及其他处理措施，加固措施可以考虑地基改进、根底加固、隔断防护等。我们在选择这些防护加固方法时，除应考虑施工的难易、平安性、经济性、工期、环境条件等之外，还借鉴了以往的施工实例经验。最重要的是必须根据每个建构筑物现场的实际情况选择最为适宜的加固方案。在盾构穿越鲁迅公园越虹桥和曲阳小区时，我们采用在地面跟踪注浆的方式来进行对建筑物的加固。根据具体情况，首先须进行钻孔设计，内容包括位置、排数、深度和斜度；其次须确定注浆顺序和次数，一般第一次是外围注浆，形成一道屏障，防止以后注浆浆液流失，然后进行地基加固注浆。 在需要保护各建构筑物或其桩基边预先布置了2排劈裂注浆孔，孔距为1.0米，孔深具体数值是由现场具体标高而定的，在施工时先施工外排的注浆孔，注浆深度设计约为4米；在内侧布置一排斜孔，注浆厚度设计约2.0米，待地铁盾构穿过时根据监测数据，如影响较大时，那么进行跟踪注浆。注浆量：根据现场数据，一般每米注浆200L左右。注浆压力及时间：注浆压力和时间是影响注浆效果的重要因素。充填注浆压力初始值很小约0.01-0.05MPa，注浆到结束时可到达0.2-0.4MPa，并参加速凝剂使浆液的凝固时间控制在1-3小时之内。压密注浆的压力稍高，但不大于0.5MPa，注浆时间和注浆材料要根据不同的需要而定，充填注浆的浆液流动性要好，易于充填空隙；凝固时间要快，以防流失。浆液的要求：注浆的浆液要有一定的粘度，凝固要快，收缩要小，对土体的加固作用明显；压密注浆的浆液要坍塌度要小，依靠压力对周围土体产生挤压作用。采用的配合比为：水：水泥：水玻璃=0.5：1：0.032.2在该桥墩分布区为全段面砂层，为控制正面稳定和地面平安，除采用地面加固保护措施外，通过正面注入泡沫剂已改进土体，保持正面稳定和土压平衡，保护地表和桥面平安。1设定土仓压力2.6Bar,推进速度2-3cm/min，泡沫用量15-21L/环，各推进参数如图二所示：三、盾构推进参数控制当盾构穿越建构筑物时，施工技术要求高，要严格加强对推进参数的控制，同时要紧密依靠地表建构筑物沉降、变形监测数值，及时调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺。 3.1 盾构正面土压力控制在盾构穿越过程中必须严格控制切口土压力，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，推进时设置梯度压力以尽量减少土压力的波动。使盾构均衡匀速施工，以减少盾构施工对地面的影响。根据本区间的临近穿越经验认为实际设定的压力应在理论值的数值上加0.20.3BAR即预备压，即为理论值的105115%，推进阶段必须将实测的地面沉降值与盾构推进诸要素进行分析研究，不断对其进行调整，直至找到最正确值。拼装环号推进速度mm/min土仓压力(bar)总推力(t)主刀盘扭矩(bar)出土情况及有否流砂98023-282.54123889无99022-282.53123590无100025-312.42124588无101026-302.31123585无102024-322.26123987无103022-292.24124089无104026-322.20123891无105021-252.21125090无106020-282.20124492无107024-282.20124193无图二、过砂泾港桥加注泡沫各技术参数 图三、 盾构穿越沙泾港桥桩基分布区土压设定推进施工时，要经常监视土仓压力值并且控制千斤顶的推进速度、出土螺旋机的转数及出土阀门的大小。预备压是对地面的沉降、隆起等地面变化、施工性勘察所得出的。，实际施工土压所用参数如图四所示。3.2推进速度控制盾构机推进速度是盾构穿越建构筑物的一个重要参数，过度的挤压，势必产生前仓土压内外压力差，增加对土层的扰动，盾头不能硬挤压土体，防止积土造成较大压力对桩基等不利。在穿越砂泾港桥时，一般保持中低速推进，实际推进中控制在23cm/min之间，这样可使盾构推进所产生的应力充分释放，防止由于推进应力过大或过于集中造成土体破坏；也使桩基下土体的扰动降到最低，也有利于盾构纠偏。由于隧道埋深和砂性土断面分布差异，故控制盾构推进的速度也有不同。由于码头区域土层受早期群桩密集施工影响，土层固结度发生改变，均一性较差，在推进过程中需密切注意千斤顶油压，并加强盾构姿态监测。 拼装环号推进速度mm/min土仓压力(bar)泡沫注入量L姿态是否正常97023-262.5116.5正常98523-282.4917.2正常99022-292.4018.5正常100022-282.3418.5正常101023-272.2819.1正常图四、穿越砂泾港桥桩基时主要技术参数 3.3盾构姿态控制 盾构在穿越桩基过程中，要小幅、均匀纠偏，均衡匀速施工，尽量缩短穿越时间，减少施工产生的影响。在桩基分布段段盾构姿态变化曲线都较为缓和且变化范围都比允许范围(-50mm，+50mm)要小。穿越沙泾港桥时盾构姿态如图五所示。3.4、同步注浆和二次注浆控制对于盾尾后的地面沉降和隧道结构的稳定可以通过同步注浆以及后期补压浆的控制来到达理想结果。同步注浆主要用于填充盾构与隧道之间产生的建筑空隙，同时对隧道结构也起到保护作用。同步注浆量原那么上依据理论计算值，但实际施工中注浆量为理论建筑空隙的140250，需根据施工情况和实时地面沉降监测结果进行及时调整。注浆压力最终确定为0.50.6MPa，注浆时间应掌握在管片脱离盾尾。在穿越砂泾港段注浆量整体都比邻近段有所提高，由于此处穿越土层砂性较高、孔隙比拟大、易产生流变，注浆量整体比前段时有所提高。实际施工中，在刚进入桩基分布区时同步注浆量大多为2.5m3左右，是理论值的175，根据沉降监测结果及施工情况，局部地段调整到2.8mm3，是理论值的200；穿越浦西码头时同步注浆量根据沉降结果大都控制在2.12.4m3之间，是理论值的145160，具体注入量如图七所示。图五、穿越沙泾港桥时盾构姿态控制 可硬性浆浆液投料量(公斤)/1.25m3备注水泥粉煤灰砂SY-1ND-105水1251150260135.2400注：每拌1.25 m3；水泥：425#普硅 ；粉煤灰：三级灰；砂：细度模数0.7。 图六、同步注浆浆液初步配比环号同步注浆量m3注浆压力bar环号同步注浆量m3注浆压力bar9702.500.510252.300.59752.550.510302.20.0.59802.550.610352.180.59852.600.610402.250.59902.600.510452.300.59952.700.510502.400.510002.700.610552.500.510052.800.610602.500.510102.800.610652.550.510152.600.510702.500.510202.500.5图七、穿越砂泾港桥时同步注浆量和注浆压力隧道内进行二次注浆砂泾港桥由于盾构推进时同步注浆的浆液在填补建筑空隙时可能会存在一定间隙，且浆液的收缩变形也存在地面沉降的隐患，因此在隧道掘进的同时，根据地面建筑物和隧道的监测情况，那么需在隧道内通过管片注浆孔进行壁后双液注浆来保护建筑物。液浆的配比方下：水泥粉煤灰水稠度13适量911图八、砂泾港桥二次注浆液浆配比要求浆液满足泵送要求，泌水率3，浆液一天强度0.2Mpa，28天的强度3Mpa，并确保在列车振动和7地震下不液化。壁后补压浆的压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据而定。并根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，从而使地层变形量减至最小。 四、沉降监测方案4.1 监测点的布设 1本工程邻近建构筑物的沉降点的布设我们考虑到监测对象的特定情况，诸如重要性、距离远近、结构和根底形式等。如由于隧道施工过程对周边建(构)筑物影响较大并导致裂缝甚至倾斜，如在曲阳小区和鲁迅公园的越虹桥和假山那么进行裂缝、倾斜监测，以确保其平安。根据建筑物情况及重要程度，在每幢建筑物上面至少设置二个观测点，测量其位移、倾斜等。2砂迳港桥沉陷测点布置 在砂泾港桥处隧道轴线上每隔5m布置一沉降测点，并在垂直隧道轴线方向上各布置2排横向监测点，以便于在施工过程中根据监测结果及时优化调整各类施工参数，确保地面平安。图九、砂泾港桥沉降检监测点布置图对邻近建(构)筑物的监测，应在盾构掘进施工前精确测定2次取平均值为初始值。盾构掘进施工开始，在施工开挖面附近每天进行1-2次及每周进行1-2次后期观测直到变形稳定。4.2 监测频率设定1施工前所得的初始数据为三次观测平均值，以保证原始数据的准确性。2建筑物变形测量应在盾构开挖面附近每天进行1-2次，待盾构穿越后，变形趋于稳定时，逐渐减少监测次数，并恢复正常监测，待地面变形稳定一周前方可停止监测。3 对于重要建筑物应采用自动记录仪和警报装置控制地面建筑物变形的措施。4.3地表沉降监测结果：盾构推过该区段一周后对地面累计沉降进行监测。累计沉降量均在-30mm，+10mm之内，在垂直隧道轴线方向布置的2排横向监测点204、210点的沉降也均在在-30mm，+10mm之内，如图十、十一、十二所示。可以看出，盾构切口尚未到达监测点时，随着盾构的穿越和盾尾注浆，有些监测点有一定隆起。当盾尾已完全穿越监测点时各点沉降逐渐回落且趋于缓和。可以看出，通过后期补压浆，各监测点后期沉降得到了有效控制，后期沉降都在允许范围内，且变化范围比允许范围小很多。土压平衡盾构在桩基下穿越的施工技术取得了预期的效果。 图十、盾构穿越沙泾港桥桩基分布区后地面累计沉降量图十一、盾构穿越沙泾港桥桩基分布区监测点204沉降图图十二、盾构穿越沙泾港桥桩基分布区监测点210沉降图4.4信息化动态施工管理 在盾构穿越期间，专职人员昼夜对桥面进行沉降监测，及时观察结构的变形情况。采用先进的通信手段，将监测数据及时、准确地反应给中央控制室，中央控制室根据地面所反映的情况，进行正确判断，及时通知各子系统调整施工参数，确保盾构顺利穿越沙泾港桥桩基。从本工程的施工情况和经验来看，认为在上海地区盾构邻近建筑物时施工，须落实专项技术措施，归结有以下几点： (1)须对重点保护的建筑物进行详细认真地调查，调查包括建筑物竣工资料调查、建筑物现场勘查，以获取反映真实情况的第一手资料。 (2)灵活机动、因地制宜，合理优化施工方案。如出洞段的盾构快速靠贴方案，洞门漏浆时洞圈封闭等。 (3)通过重要建筑时须加强沉降观测频率，并根据监测数据及时调整盾构掘进参数，如土压力、掘进速度、出土量等。使盾构机切口对应的部位在沉降反映上为微微隆起，一般不大于lmm(4)盾构掘进时的建筑物保护，同步注浆是关键。必须确保同步注浆方量，可比正常情况略多，太多可能造成盾尾泥浆，效果适得其反，一般增加量为01-02立方米。根据监测资料及时进行二次注浆，注浆采用水泥液浆，以控制建筑物的后期沉降和差异沉降，特别是差异沉降的控制是保护建筑物的关链。 (5)对于重点保护的建筑物，监测周期应适当延长。并随时根据监测数据采取必要的预案措施，确保隧道交工前建筑物的平安。