基于圍護結構懸臂受力狀態盾構始發吊裝技術研究及應用

李俊鋒

摘 要：超大地鐵車站主體結構只完成中板施工，在始發井負一層側墻及頂板未施做的條件下，拆除第一、二道混凝土支撐，圍護樁處于懸臂受力狀態，同時吊裝場地及其受限，進行盾構機吊裝作業難度大、風險高，易造成基坑失穩坍塌。通過對吊裝區域土體進行加固，增加土體粘聚力及內摩擦角，以此減小盾構吊裝時圍護結構所受的側向土壓力;過程中通過對周邊地表沉降、圍護樁水平位移、臨近支撐軸力等實時監測，動態指導施工，確保了圍護樁懸臂狀態下盾構吊裝時的基坑安全，實現了盾構按期始發目的。

關鍵詞：盾構吊裝;圍護樁;懸臂受力;土體加固;監測

0 引言

近年來，為減輕城市化進程帶來的一系列諸如環境惡化、交通堵塞等問題，城市地鐵建設飛速發展。盾構工法以其施工質量好、效率高、技術先進、安全可靠等優點，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，城市中心出現了越來越多的換乘、異形基坑，由于吊裝場地受限、基坑規模加大，盾構吊裝是施工中既關鍵又容易發生事故的工序[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行盾構設備吊裝為例，研究近接深基坑的軟弱地基加固及盾構吊裝技術。本文主要以盾構井圍護結構懸臂受力工況下盾構吊裝為例，研究通過土體加固實現盾構吊裝安全。

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，開挖支護形式采用內直徑為88 m的3層混凝土環形支撐支護（截面1.1*2.4 m），且在環形支撐外圍還有很多異形支撐與之相連，共同構成整個異型支撐體系。考慮車站位于繁華城區，基坑規模較大且環形支撐整體受力，為保證基坑穩定，換乘基坑必須每層結構板施工完成實現受力轉換后，方能拆除上一層環形支撐，進而施工側墻及中板（頂板）施工，圖1為天河公園站基坑平面示意圖。員村站～天河公園站盾構區間采用一臺土壓平衡盾構機，盾構從天河公園站南端右線始發，沿員村二橫路一直向南掘進，最后下穿既有運營地鐵車站五號線員村站，下穿車站后盾構在員村站解體，運回天河公園站左線端頭重新始發，最后再次在員村站解體吊出，完成整個區間盾構施工。左線盾構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，按常規完成頂板施工后進行左線盾構始發，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，無法做到每個作業面進度的統一，右線隧道盾構機已經貫通出洞，且左線始發工期節點在即，但換乘基坑中板僅完成了始發井區域12 m寬的結構施工（約占整體10%），進度嚴重滯后，不具備拆除第二道環形支撐，施工負一層側墻、頂板條件。若按常規工法及工序施工，則需要主體結構全部完成且拆除第一層支撐后才能始發，將導致工期滯后至少約4個月，且盾構機需進行二次倒運并閑置4個月，產生大量的額外費用。

為保證節點目標的實現，同時規避盾構機二次倒運且閑置，項目部通過多方論證，提出減少一層結構施工的時間，在僅完成中板的工況下進行始發，保留第一、二層環撐，切除盾構井范圍內2道放射撐，對圍護樁處于懸臂受力狀態一定范圍內采用旋噴樁進行地層加固，以備履帶吊站位進行盾體進行吊裝，實現盾構按期始發目的。

3 盾構始發井懸臂工況吊裝技術

3.1 吊裝區域土體加固方案

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

由于盾構吊裝時的地面荷載為固定值，無法減小，為解決上述問題，只能將盾構端頭的土體加固，增加土體粘聚力及內摩擦角，減小盾構吊裝時的側向土壓力，以此來保證該吊裝工況下的基坑安全。經過方案比選，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，內鋪A10@100*100單層鋼筋網，履帶輪下鋪2 cm厚鋼板。

3.2 施工監測

3.2.1 監測點位布置

盾構吊裝過程中，起吊瞬間，所有的重力施加到吊裝區域的土體，支護結構的內力迅速變化，基坑支護是否安全，起吊能否順利完成，這個短暫過程很關鍵。為確保吊裝過程中盾構井圍護結構的穩定安全，在整個吊裝過程中實時監控量測，布設的監測點要求必須能夠檢測到盾構機吊裝過程中吊裝區域地基的沉降、盾構井圍護樁頂水平位移、懸臂樁體側向水平位移、臨近的支撐應力值等數據，通過設置保守的預警值動態指導吊裝施工[5-6]。

3.2.2 監測數據分析

吊裝影響區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位移（C028）0.64 mm以及支撐受壓增大121.15 kN，各項監測數據波動較小，均在安全允許范圍內。

4 結論

通過土體加固來增加土體粘聚力及內摩擦角，以此減小盾構吊裝時圍護結構所受的側向土壓力，保證懸臂吊裝工況下的基坑安全，確保了盾構始發工期目標，同時規避了盾構機二次倒運及閑置所帶來的額外成本增加。

參考文獻：

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

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

[3]李超峰.地鐵盾構機吊裝技術研究[J].工程技術研究，2019（8）：106-107.

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

[5]孔慶梅，溫森，趙麗敏.隧道施工中盾構機吊裝對基坑支護結構穩定的影響[J].長江科學院報，2017，34（8）：125-129+134.

[6]周二眾，劉星，青舟.深基坑監測預警系統的研究與實現[J].地下空間與工程學報，2013，9（1）：204-210.