砂土地層中盾構(gòu)下穿公路隧道工藝性試驗(yàn)研究

王 輝

(中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，上海 200122)

區(qū)間盾構(gòu)隧道因其施工速度快、安全性高、成本相對(duì)低等眾多優(yōu)點(diǎn)，在城市地鐵施工中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。但由于城市規(guī)劃及發(fā)展、交通擁堵等原因，新建地鐵線路(特別是主城區(qū))不可避免的要穿越既有建筑物及構(gòu)筑物。區(qū)間隧道在穿越建構(gòu)筑物期間對(duì)建構(gòu)筑物沉降控制提出很高的要求，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程姿態(tài)的控制、漿液的選擇、刀盤(pán)扭矩及推力的控制等中遇到較大的難度，本文通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例分析了盾構(gòu)隧道近距離穿越建構(gòu)筑物時(shí)針對(duì)沉降控制采取的技術(shù)措施，可為類似地鐵施工下穿工程的研究、設(shè)計(jì)以及施工提供一定參考價(jià)值。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

無(wú)錫市軌道交通3號(hào)線永樂(lè)東路站～金海里站區(qū)間下穿太湖大道隧道，區(qū)間線路總體為南北走向，始于永樂(lè)東路站南端頭，向南行進(jìn)，以曲率半徑R=400m向東南轉(zhuǎn)向，并沿長(zhǎng)江北路道路東側(cè)行進(jìn)，后接入金海里站北端頭，區(qū)間盾構(gòu)在左線ZDK27+728.59～ZDK27+756.11，和右YDK27+740.96～YDK27+768.44下穿太湖大道隧道，對(duì)應(yīng)的管片環(huán)數(shù)左線為277環(huán)～301環(huán)，右線為286環(huán)～310環(huán)。線路平面布置如圖1所示。

圖1 永樂(lè)東路站-金海里站區(qū)間與太湖大道隧道平面關(guān)系

1.2 工程重難點(diǎn)分析

永樂(lè)東路站～金海里站區(qū)間盾構(gòu)下穿太湖大道隧道，下穿太湖大道隧道約27.5m。區(qū)間以R=400m穿越太湖大道隧道底，太湖大道底板厚1 000mm，隧道頂距底板底5.222～5.56m，底板下有長(zhǎng)12mφ1000mm工程樁，區(qū)間自樁中間穿越(穿越樁間距12.3m，盾構(gòu)直徑6.440m)。

借鑒以往盾構(gòu)在該區(qū)域施工經(jīng)驗(yàn)，如果土艙壓力設(shè)置過(guò)大、螺旋排土器排土量少，會(huì)對(duì)開(kāi)挖面前方土體造成擠壓作用，使其土水壓力進(jìn)一步增大，造成開(kāi)挖面上方土體因擠壓產(chǎn)生土體變形，對(duì)隧道底板造成沉降或隆起變形；若土艙壓力設(shè)置過(guò)小，掘進(jìn)過(guò)程中易產(chǎn)生局部超挖情況，進(jìn)而造成盾構(gòu)開(kāi)挖面前面土體塌方現(xiàn)象，塌方地層上部應(yīng)力松弛而產(chǎn)生變形，太湖大道隧道底板因地層變形將產(chǎn)生較大沉降。因此為保證太湖大道隧道的沉降不超過(guò)規(guī)范限值，需要對(duì)盾構(gòu)施工控制提出較高的要求，以保證隧道穿越過(guò)程的土體問(wèn)題，而不會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題。

2 關(guān)鍵施工控制技術(shù)

根據(jù)盾構(gòu)穿越太湖隧道的工況特點(diǎn)，同時(shí)確保后期穿越施工順利安全進(jìn)行，選取左線穿越前45環(huán)～5環(huán)(232環(huán)～272環(huán))作為穿越試驗(yàn)段。

2.1 施工關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定

開(kāi)挖面及土艙壓力的平衡設(shè)定是土壓平衡盾構(gòu)施工的關(guān)鍵，其中包括推力、推進(jìn)速度和出土量三者相互關(guān)系，其對(duì)盾構(gòu)施工地層變形量的控制起主導(dǎo)作用[2]。因此，在盾構(gòu)穿越太湖大道隧道的施工過(guò)程中，結(jié)合其地質(zhì)水文情況、覆土厚度、地面建(構(gòu))筑物情況分布情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的地表隆沉變形及時(shí)調(diào)整設(shè)定的土倉(cāng)壓力，控制好糾偏量，減少對(duì)土體的擾動(dòng)。

通過(guò)在試驗(yàn)段進(jìn)行施工關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整及測(cè)試，施工時(shí)地表沉降變形及建構(gòu)筑物沉降均處于安全可控范圍內(nèi)，其主要參數(shù)如表1 所示。

2.2 同步注漿關(guān)鍵技術(shù)

準(zhǔn)厚漿粘稠度好、易填充、抗?jié)B效果好、沁水性小、后期強(qiáng)度高[2]，因此試驗(yàn)段內(nèi)同步注漿工藝建議采用“準(zhǔn)厚漿”，結(jié)合之前項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，最初的注漿壓力是根據(jù)理論的靜止水壓力確定，取1.1～1.2倍的靜止水壓力，但該段推進(jìn)過(guò)程注漿壓力建議控制在0.3～0.5MPa范圍內(nèi)，注漿量控制在5.5～6m3/環(huán)。

表1 盾構(gòu)穿越太湖大道隧道試驗(yàn)段施工參數(shù)

在穿越段施工前，需要對(duì)漿液的配合比進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，以保證最佳的漿液物理力學(xué)性能，漿液優(yōu)化配合比和性能見(jiàn)表2、表3。

表2 同步注漿漿液初步配比

表3 同步注漿漿液性能表

2.3 二次注漿關(guān)鍵技術(shù)

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)機(jī)穿越后會(huì)對(duì)隧道穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[3]，因此重載穿越完成前最后3～4環(huán)內(nèi)，通過(guò)注漿孔進(jìn)行二次注漿工藝，以達(dá)到補(bǔ)充前期注漿未均勻填充的部分，從而減施工后的沉降變形，同時(shí)還能有效提高隧道止水性能，每環(huán)注漿量控制值為1.2m3，因此建議二次注漿為采用隔環(huán)注漿工藝，每次注漿量定為2.4m3，注漿壓力控制為0.4MPa。

試驗(yàn)段內(nèi)二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿作為注漿材料，漿液的凝膠時(shí)間為0.5～1min，能對(duì)同步注漿起到進(jìn)一步補(bǔ)充和加強(qiáng)作用，同時(shí)也是對(duì)管片周圍的地層起到充填和加固作用。

漿液配比為水玻璃用水稀釋成1∶3，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1，具體參數(shù)如表4所示。

表4 雙液漿漿液配比表

3 沉降監(jiān)測(cè)

3.1 地表沉降點(diǎn)布設(shè)

因左線首先下穿公路隧道，在左線穿越段設(shè)有1個(gè)與隧道軸線方向垂直的監(jiān)測(cè)面，監(jiān)測(cè)面設(shè)10個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿著軸線兩邊均勻分布，軸線外側(cè)間距分別為3m、5m、10m，兩軸線間每4m一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 隧道內(nèi)沉降點(diǎn)布設(shè)

3.2 結(jié)果分析

沉降測(cè)試結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出，11月10日盾構(gòu)開(kāi)始下穿隧道，地表出現(xiàn)隆起變形，隨著盾構(gòu)的施工，地表沉降出現(xiàn)較大差異，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)隆起變形現(xiàn)象，施工期間共對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行54d的記錄，從最終沉降曲線可以看出，地表沉降趨于穩(wěn)定，最大沉降量小于5mm，最大隆起1.03mm，小于規(guī)范中限制的地面沉降標(biāo)準(zhǔn)[4][5]：+5～-10mm(穿越密集建、構(gòu)筑)，可見(jiàn)掘進(jìn)過(guò)程中采取的關(guān)鍵施工控制技術(shù)起到了很好的控制效果。

圖3 左線盾構(gòu)穿越階段地表沉降曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

砂土地層盾構(gòu)穿越已有建構(gòu)筑物時(shí)采用“先試驗(yàn)、多注漿、慢速度、勤測(cè)量、少糾偏、二次補(bǔ)”的動(dòng)態(tài)控制理念進(jìn)行沉降控制，將主動(dòng)(試驗(yàn)段摸索施工參數(shù))控制措施和被動(dòng)控制(通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，控制地表沉降)措施相結(jié)合，不僅有效的控制穿越過(guò)程中建構(gòu)筑物的沉降，也可以控制隧道后期的沉降變形。通過(guò)應(yīng)用多次注漿控制隧道變形技術(shù)、控制土壓及速度的盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)，在盾構(gòu)穿越隧道前設(shè)置試驗(yàn)段，研究砂土地層盾構(gòu)穿越建構(gòu)筑物微擾動(dòng)施工技術(shù)。施工過(guò)程可操作性強(qiáng)，后期沉降變形小，為砂土層盾構(gòu)施工下穿建構(gòu)筑物施工提供重要的實(shí)踐案例參考。