控制地面沉降保障盾構(gòu)沿線建筑物的結(jié)構(gòu)安全

王 成/中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司

控制地面沉降保障盾構(gòu)沿線建筑物的結(jié)構(gòu)安全

王 成/中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司

隨著國家各大城市的國際化的發(fā)展,人口與車輛的增多給城市帶來了很嚴(yán)重的交通問題。隨著城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展,解決這個(gè)問題就顯得越來越緊迫。軌道交通是解決日益惡化的城市交通問題的一個(gè)主要手段。然而,在人口密集、建筑設(shè)施密布的城市中進(jìn)行軌道工程施工,由于巖土開挖不可避免地產(chǎn)生對巖土體的擾動(dòng)并引起洞室周圍地表發(fā)生位移和變形,當(dāng)位移和變形超過一定的限度時(shí),勢必危及周圍地面建筑設(shè)施、道路和地下管線的安全。因此,研究城市軌道工程開挖過程中地表沉降的有效控制問題,對于地表環(huán)境保護(hù)及軌道工程的安全施工都具有十分重要的意義。

地鐵；盾構(gòu)；沉降控制

地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)大，如果施工管理和技術(shù)方案不到位，會(huì)造成很大的社會(huì)影響力，能否保障盾構(gòu)沿線建筑物的結(jié)構(gòu)安全直接影響社會(huì)穩(wěn)定及人員的安全。地鐵穿越部門往往地面上建筑密集，兩隧道之間距離以及隧道距樓房基礎(chǔ)的水平距離比較近，操作工藝難度大，技術(shù)含量高，為減小地面沉降，確保地面建筑物的安全，選取了北京地鐵盾構(gòu)工程的沉降，作為本次論文的選題。

一、現(xiàn)況調(diào)查

1.始發(fā)試驗(yàn)段盾構(gòu)隧道與大廈最小距離僅為1.2米，旁穿距離較長，同時(shí)掘進(jìn)施工在軟土地層，且埋深較淺，對建筑物影響較大；

2.區(qū)間下穿及側(cè)穿眾多廠房，同時(shí)還有部分居民區(qū)，均建于上世紀(jì)八九十年代，基礎(chǔ)埋深較淺，且結(jié)構(gòu)整體性較差，對基礎(chǔ)不均勻沉降敏感；

3.隧道下穿一個(gè)石砌溝和一個(gè)池塘，水深均為1.5～2.5m，穿越地層為上軟下硬地層；

根據(jù)前期實(shí)際調(diào)查，部分建筑物因年代較長，有些地方已出現(xiàn)裂縫。

二.確定目標(biāo)

1.設(shè)定控制范圍。

確保線路上建筑物結(jié)構(gòu)安全，整體傾斜在允許范圍內(nèi)和規(guī)范要求，在過建筑物施工中，地表沉降控制在8mm以內(nèi)。

2.可行性分析。

①分析小組成員平均文化水平高，有較強(qiáng)的理解和接受能力。

②有先進(jìn)的測量、監(jiān)測儀器，可實(shí)時(shí)得到施工過程的數(shù)據(jù)反饋；

③小組成員對部分建筑物沉降加大的主要因素已經(jīng)明確，可以采取針對性的措施進(jìn)行沉降控制。

④根據(jù)國內(nèi)的盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，粉質(zhì)砂土最好沉降控制紀(jì)錄為6mm，平均控制水平10 mm，所以將目標(biāo)設(shè)定為“地面沉降控制在8 mm”，是可行的。

三、原因分析及要因確認(rèn)

分析中得出的主要問題進(jìn)行了多次討論，廣泛收集現(xiàn)場施工人員、盾構(gòu)司機(jī)、各級工程技術(shù)人員以及專家、顧問的意見，集思廣益，相互啟發(fā)、并用排列圖進(jìn)行分析，我們得出地表沉降量控制超標(biāo)是影響建筑物安全的主要問題，并針對這個(gè)問題做出因果分析圖及要因確認(rèn)。

根據(jù)現(xiàn)場分析，以及要因確認(rèn)，確定此階段的要因如下：

1）配漿人員實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)不足 ；

2）工藝方案交底不夠 ；

3）漿液配比不合適；

4）二次補(bǔ)漿設(shè)備不匹配 ；

5）監(jiān)測數(shù)據(jù)有誤 ；

6）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度

四、制定對策

序號 要 因 對 策 目 標(biāo) 措 施1配漿人員實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)不足加強(qiáng)人員培訓(xùn)配漿人員盡快熟悉設(shè)備，掌握配漿技巧制定獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)隨配漿人員熟練程度的提高而提高2工藝方案交底不夠針對盾構(gòu)施工的特點(diǎn)，采取<推進(jìn)指令單>的形式對每一環(huán)的推進(jìn)及注漿參數(shù)進(jìn)行交底每一個(gè)施工操作人員能按施工工藝要求施工施工方案和<推進(jìn)指令單>形成書面文件，傳達(dá)到每一個(gè)人手中，并就施工工藝和施工方案召開所有施工人員參加的交底會(huì)3漿液配比不合適進(jìn)行適配，確定合適配比水玻璃的比重波美度控制在25左右，A液的攪拌時(shí)間不少于7分鐘。進(jìn)行配比試驗(yàn)，找出合適的漿液配比4設(shè)備不匹配選擇合適二次補(bǔ)漿設(shè)備減少不合理的二次補(bǔ)漿設(shè)備匹配合理選型、更換5 測量有誤增加人工測量消除自動(dòng)測量中較大的誤差增加人工測量并將人工測量數(shù)據(jù)與自動(dòng)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確保準(zhǔn)確。6盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度降低盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度掘進(jìn)速度控制在 10～15mm/min，出土量控制在合理范圍內(nèi)嚴(yán)格按指令單數(shù)據(jù)推進(jìn)； 勤測勤糾,杜絕大量的糾偏，關(guān)閉超挖刀；適當(dāng)提高土倉壓力。

五、對策實(shí)施和確認(rèn)

1.實(shí)施一：針對配漿人員實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)不足情況；我們采取了走出去和請進(jìn)來的辦法對人員進(jìn)行培訓(xùn)，同時(shí)輔以經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)的措施激勵(lì)操作人員盡快熟悉攪拌設(shè)備，不斷提高拌漿水平。

2.實(shí)施二：針對工藝方案交底不夠情況；施工前就施工方案和施工工藝召開所有施工人員參加的交底會(huì), 將施工方案和<推進(jìn)指令單>，傳達(dá)到責(zé)任人手中，讓每個(gè)施工人員對自己的工作目標(biāo)，施工工藝要求了然于心。

3.實(shí)施三：針對漿液配比不合適情況；我們確定漿液采用HSC、水玻璃雙液漿，由技術(shù)人員與試驗(yàn)人員在現(xiàn)場進(jìn)行配比試驗(yàn)，選擇合適的配比。

1） 1 m3A液配比注（A液水灰比為 1：1）：

2）B液的配比：水玻璃。

水玻璃的比重波美度控制在25左右，A液的攪拌時(shí)間不少于7分鐘。

3）盾構(gòu)推進(jìn)過后每6環(huán)進(jìn)行一環(huán)環(huán)箍注漿，每環(huán)6個(gè)孔每孔分別注漿，注漿壓力為0.35 Mpa，環(huán)箍注漿漿液采用HSC-水玻璃雙液漿。達(dá)到充填完全，來限制漿液的流動(dòng)，減小漿液流失。

4.實(shí)施四：針對二次補(bǔ)漿設(shè)備不匹配情況；我們通過調(diào)研、合理選型，選擇SYB50-Ⅱ型液壓注漿泵為新的二次補(bǔ)漿設(shè)備，在兩個(gè)環(huán)箍之間進(jìn)行二次補(bǔ)漿（補(bǔ)漿分兩次進(jìn)行，間隔時(shí)間為24小時(shí)），每一環(huán)箍內(nèi)補(bǔ)兩次漿，注漿孔位置為隧道頂部兩側(cè)的管片，即9點(diǎn)至3點(diǎn)之間。二次補(bǔ)漿量為同步注漿量的30%，注漿壓力為0.45～0.60 Mpa。二次補(bǔ)漿在環(huán)箍注漿后12小時(shí)開始進(jìn)行。

5.實(shí)施五：針對監(jiān)測數(shù)據(jù)有誤的情況；為保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，我們購買了先進(jìn)的自動(dòng)監(jiān)測儀器，將人工測量數(shù)據(jù)與自動(dòng)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠。監(jiān)測部門針對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確的提供地表沉降數(shù)值，繪制時(shí)態(tài)曲線，當(dāng)時(shí)態(tài)曲線趨于平衡時(shí)，及時(shí)進(jìn)行回歸分析，推算出最終值，從而達(dá)到有效控制地面沉降的目的。

6.實(shí)施六：針對盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度與出土量不合理的措施；在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)綜合考慮正面土倉壓力、千斤頂推力、土體性質(zhì)等因素，在推進(jìn)時(shí)將盾構(gòu)的姿態(tài)調(diào)整到最佳狀態(tài)，在推進(jìn)期間加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的測量，勤測勤糾，杜絕大量的糾偏；關(guān)閉超挖刀。推進(jìn)速度控制在10～15mm/min，日掘進(jìn)量控制在8環(huán)；每次出土?xí)r將出土量保持與車斗上沿持平，并通過試驗(yàn)計(jì)算出土的松散系數(shù)，使每環(huán)出土量符合計(jì)算值。

六、確認(rèn)效果

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)了80環(huán)以后，我們對實(shí)施的效果進(jìn)行了確認(rèn)和分析，地面沉降控制在了8mm以內(nèi)，滿足了既定目標(biāo)，同時(shí)保證了后續(xù)施工技術(shù)參數(shù)的可靠性，將地面沉降控制在8 mm以內(nèi)，保證了地鐵工程本身的安全和周邊環(huán)境的安全。

七、結(jié)束語

通過嚴(yán)格的過程控制，使得盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，其穿過的隧道上方土體沉降得到了很好的控制，地面沉降值控制在了8毫米以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期效果，通過一定的投入改進(jìn)了施工工藝，為順利實(shí)現(xiàn)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。通過有效的控制地面沉降，保障了地面建筑物的結(jié)構(gòu)安全，保證了工程的順利進(jìn)行，贏得了的稱贊，樹立了良好形象。

地面沉降由初始掘進(jìn)時(shí)沉降8.5～12mm，提高到地表沉降穩(wěn)定在8mm，有效的保證了地面建筑物的安全，保證了施工進(jìn)度。尤其是在旁穿岔路口建筑群時(shí)，成功的保證了建筑物的結(jié)構(gòu)安全，免去了增加樓群保護(hù)樁的措施，為工程施工贏得了時(shí)間和金錢。同時(shí)為穩(wěn)定群眾心理，構(gòu)建和諧社會(huì)做出了貢獻(xiàn)。

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