盾構隧道近距離下穿過街通道施工技術

白倩倩

(中鐵二十局集團第四工程有限公司,山東 青島 266061)

地鐵隧道建設是緩解經濟發達、人口密集城市交通壓力、滿足人民出行需要的重要手段,正蓬勃發展起來。盾構隧道因其施工迅速、對地面擾動小的優點,在工程中獲得了廣泛的應用。但是,盾構隧道在近距離下穿既有隧道或建筑物時,易造成既有隧道變形、建筑物沉降等問題[1-4]。近年來,如何保障盾構隧道安全近距離下穿既有建筑物,引起了學者們的廣泛關注。

注漿加固是目前工程中廣泛應用的安全保障措施,其通過改善地層的強度而達到保護盾構隧道和既有隧道或建筑物安全的目的[5-7]。張旭等[8]在盾構下穿過街通道時采取二次注漿加固,現場沉降監測數據表明該方法能有效控制變形。尚立斌[9]運用WSS注漿法改善不良地層,控制地下水流動,實現了盾構隧道安全下穿密集建筑群。

呼和浩特市城市軌道交通2號線中山路站至新華廣場站段需近距離下穿(2.5 m)既有過街通道,其地質條件差、地下水豐富,施工風險非常大。為保障施工安全,提出了鋼結構支撐加固、WSS注漿法以及二次補注漿結合的施工方法,同時現場監測數據可證明該方法的有效性。

1 工程概況

中山路站至新華廣場站段,是呼和浩特市城市軌道交通2號線一期工程的地下雙單線路段。隧道右線全長391.213 m,起止里程為DK13+074.783-DK13+465.996;左線起止里程為DK13+074.783-DK13+465.996,總長391.737 m。該段隧道全線采用盾構法地下施工。

地下通道為地下一層的箱式結構,距地面5.4 m、寬6.9 m、高4.2 m,整體呈“井”字形。地下通道分為兩部分:換乘廳和通道。采用明挖法建造換乘廳,采用矩形頂管法建造通道。

中山路站至新華廣場區間位于山前沖洪積扇裙組成的傾斜平原區,工點處地形平坦開闊,整體微向南西傾斜,地面標高介于1 053.5～1 054.96 m之間,相對高差約1 m。下穿地下通道范圍主要以礫砂和粉砂地質為主。場地地下水埋深介于7.6～8.6 m 之間,地下水水位高程介于1 045.50～1 047.00 m 之間。盾構隧道下穿地下過街通道時,地下過街通道矩形混凝土管節底板與盾構隧道管片的最小距離僅為2.5 m。盾構隧道與過街通道的位置關系如圖1所示。

圖1 地下過街通道與區間隧道位置關系(單位:m)

2 下穿加固方案

2.1 鋼結構支撐加固

盾構始發前,需拆除地下通道內部裝修,對現狀進行調查,觀察結構是否存在裂縫,結構內部是否有漏水點等,做好視頻、文字記錄。由于該通道人流量較大,采取施工時臨時封閉,通過對既有隧道內部架設型鋼支撐進行加固,加固范圍為隧道拱頂兩側各8 m。架設型鋼支撐剖面如圖2所示。

圖2 既有地下通道內架設型鋼支撐(單位:mm)

該型鋼骨架每1.5 m設置一組,支撐位置位于每節矩形混凝土結構中部,型鋼骨架與混凝土結構密貼,并在頂部、底部及兩側的中間位置縱向通長設置一根25b工字鋼將每組型鋼骨架連接成為整體。支撐安裝完畢及時檢查各節點、焊點的連接狀況。

2.2 注漿加固方案

為保證盾構機在下穿地下過街通道時通道及其周邊土體的穩定,采用WSS注漿工藝(無收縮雙液注漿),將該部分土體進行預加固處理,使其具有良好的整體性。該注漿工藝是在保持地層成分不變時,通過擠壓使土顆粒空隙中的水排出,土壤轉變為由顆粒與空隙組成的兩相狀態,用漿液填滿顆粒間的空隙并固結,達到改善土壤性質的目的。其原理是先通過AB液強行擠出土壤顆粒之間的水分,再用AC液使土層的黏結力和內摩擦角增大,使地層的粘結強度和密實度增大,起到良好的加固作用。

在既有地下過街通道每節結構兩側墻上分別布置2排2.5 m深注漿孔,孔徑42 mm,孔間距1.7 m;底板上布置3排注漿孔,孔間距1.8 m。注漿管布置如圖3所示。

圖3 既有地下過街通道注漿管布置(單位:mm)

按圖3鉆孔完畢后,先注AB液,終漿壓力為1.6 MPa,持續10 min,待鉆桿外壁無流水溢出,即可停注AB液;再注AC液,終漿壓力為2.0 MPa,待終漿壓力注漿持續10 min后,該孔注漿即可完畢,可移至下一注漿孔位鉆注作業。過街通道注漿加固范圍如圖4所示。

圖4 既有地下過街通道加固斷面(單位:mm)

(1)一般選用漿液配比:A液,水玻璃+水。水玻璃∶水=1∶0.8(質量比),水玻璃模數=2.6 °Bé或密度=1.218 g/cm3。B液,磷酸+水。磷酸∶水=1∶9(質量比)。C液,水泥漿液。水泥∶水(質量比)=1∶0.75,水泥采用硫鋁酸鹽水泥。

(2)特殊情況調整的漿液配比:根據進漿量和注漿壓力的變化,及時調整漿液配比濃度。若長時間注漿壓力無變化,且注漿量大,則先適當調增AC混合液中的水玻璃量,以縮短凝結時間(調整至20 s以內即可),再適當調增AC混合液中的水泥漿量,同時適當調增注漿壓力值。

2.3 盾構機下穿通道掘進參數控制

根據地質條件,盾構機選型為土壓平衡盾構機。盾構機在穿過既有地下通道時,應保持均勻的通過速度,以減少對地層的擾動,并嚴格控制出土量,降低刀盤轉速,控制在1.2～1.5 r/min內,保證土倉壓力在1.1～1.2 bar(1 bar=0.1 MPa)內;提高渣土改良效果,采取添加膨潤土的方式以改變渣土的和易性降低刀盤扭矩;盡量小扭矩小推力掘進,盡量減少對地層的擾動。

2.4 盾構二次補注漿

盾構機在下穿地下過街通道時,當同步注漿效果不佳而出現管片滲漏水或地面沉降等現象時,需進行二次補注漿,其主要作用在于控制地面及構筑物的后續沉降變形。根據地面及構筑物沉降變形情況對隧道外側采取雙液注漿加固,以嚴格控制地面及構筑物沉降變形,確保構筑物的安全。

注漿施工環數、每個注漿環施工孔數、每孔注漿量、注漿次數根據監測數據及實際需求確定。從盾構尾后5～8環處上部隧道注漿孔和盾構尾后10環處下部隧道注漿孔進行雙液注漿,以減少盾構尾拆除后的土體沉降。注漿施工控制原則為少量多次,每次注漿后,原則是達到一個穩定的測點并略有回彈,且單次注漿抬升量要控制在1.0～2.0 mm以內,所以要反復多次才能實現穩定的效果。二次注漿工藝流程如圖5所示。

圖5 二次注漿工藝流程

在下穿地下過街通道施工范圍內,盾構上部進行兩次注漿加固,每段設3個注漿孔,以提高盾構段的管片強度和穩定性,減少后期沉降。注漿范圍:①左DK13+074.783-DK13+146.5,左DK13+178.78-DK13+208.8;②右DK13+123.5-DK13+154,右DK13+186.32-DK13+259.643。

二次加固注漿采用雙液注漿,注漿時遵循“多點、低壓、多次”的注漿原則,減少注漿影響,注漿擴散半徑為1.5～2.0 m,形成注漿厚度大于2 m的注漿環,注漿壓力為0.2～0.6 MPa,注漿壓力和注漿量施行雙控,可在管段盾構尾第5環后進行。

雙液注漿用水泥、水玻璃雙液漿, 采用P.C32.5普通硅酸鹽水泥,水玻璃采用35 Be′(波美度)的濃度, 漿液水灰比為1∶1;水泥與水玻璃的配比( 體積比) 為1∶1。

3 監測方案

盾構機穿越前(50 m)、中、后(50 m)加強地面沉降及變形的監測,穿越時全天24 h監控。地下通道監測項目有地面沉降、結構上浮/沉降、水平位移、裂縫等。通過對地下通道結構的沉降和傾斜情況進行觀測,確定了地下通道結構的安全性和所采取的工程防護措施的可靠性。

3.1 監測目的

對地表沉降觀測點的沉降監測可以及時掌握周圍土體的穩定性,也可以間接判斷盾構工程的安全狀況。

3.2 沉降觀測點布設

地表沉降觀測點采用人工開挖或電鉆鉆孔的方式,以窖井測點形式埋設,并穿透路面結構層(埋設形式如圖6所示)。測點應有防護罩,孔徑應大于或等于120 mm。道路、地表沉降觀測點應與地面平順,防止人員、車輛通行受到高低不平的影響。同時,測點應埋設牢固,標記清晰,便于保存。

圖6 地表沉降觀測點布置形式(單位:mm)

地表沉降監測斷面上的測點按照施工圖設計中監控量測要求并參照工程實際情況,在施工影響范圍內布置,沿線路中線每5～10 m設置一點,每隔15 m布設一個常規沉降觀測斷面(7測點或11測點/每斷面),地質變化較為復雜區段應作適當加密。測點布設位置如圖7所示。

圖7 隧道地表沉降監測斷面測點布設

3.3 沉降觀測數據及分析處理

采用幾何水準法,使用精密水準儀進行水準監測網觀測,沉降監測點按《城市軌道交通工程測量規范》(GB/T50308～2017)二等垂直位移監測網技術要求觀測,沉降觀測數據見表1。由表1可知,施工過程中及結束后,累計沉降量及沉降速率均在可控范圍內。

表1 地表沉降觀測結果

4 結束語

(1)復雜水文地質環境下盾構機超近距離下穿大型地下過街通道,且該通道為分節頂進施工完成,通過對地下過街通道的早期調查,針對性的采取穩定且可靠的內部加固措施,使得通道整體在盾構機下穿過程中具有良好的整體性和穩定性。

(2)針對富水砂礫石地層,采用通道內預注漿、盾構機通過時同步注漿、盾構機通過后二次補注漿、全天候施工監測等措施,能有效的確保盾構機在如此近距離下穿的工況下通道及地面的安全與穩定。

(3)采用WSS注漿工藝(無收縮雙液注漿),提高了加固區域的地層黏結強度及密實度,改良土層性狀。該工藝在提高土體整體性的同時,將儲存在土壤顆粒之間的水擠壓出來,用漿液填滿顆粒間的空隙并固結,具有一定的阻水效果,提高了既有地下過街通道和盾構隧道的后期防水質量,具有良好的社會效益和經濟效益。