隧道穿越建筑物基礎(chǔ)的保護(hù)方案探討

時(shí)　飛

摘要:在城市隧道施工過程中,經(jīng)常會(huì)遇到隧道穿越建(構(gòu))筑物群基礎(chǔ)的情況。本文簡要地對(duì)隧道盾構(gòu)法施工時(shí)穿越建(構(gòu))筑物所引起沉降的理論進(jìn)行了分析和闡述,以科學(xué)的預(yù)測(cè)建筑物基礎(chǔ)的受力情況并采用相應(yīng)的保護(hù)措施。同時(shí)對(duì)盾構(gòu)法施工穿越建筑物時(shí)如何選擇掘進(jìn)參數(shù)及確定監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞:隧道施工 盾構(gòu)法 穿越建筑物 監(jiān)測(cè)與保護(hù)

中圖分類號(hào):TU71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)03-0141-02

隨著地鐵行業(yè)在城市建設(shè)中加速發(fā)展和盾構(gòu)工法在地鐵行業(yè)的廣泛應(yīng)用,人們關(guān)注其引起的沉降問題日益加強(qiáng),如何對(duì)盾構(gòu)施工所引起的沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)并提出相應(yīng)的技術(shù)措施成為盾構(gòu)行業(yè)的重要課題。

在盾構(gòu)隧道施工中,對(duì)建筑物基礎(chǔ)的影響主要有三個(gè)方面:(1)盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層損失造成的沉降,即按理論公式計(jì)算的沉降量;(2)盾構(gòu)施工中引起地下水大量流失,從而導(dǎo)致地下水位降低。當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下方存在孔隙率較大的地層時(shí),基礎(chǔ)會(huì)隨地下水的流失造成地層的壓縮沉降;(3)盾構(gòu)施工過程中會(huì)存在地質(zhì)資料、建筑物基礎(chǔ)收集資料與事實(shí)不符而造成施工措施選擇不當(dāng)引起建筑物開裂。

1 地層損失造成建筑物沉降

1.1 對(duì)建筑(構(gòu))筑物是否需要加固的判斷

在深埋隧道中,盾構(gòu)施工會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生一定的擾動(dòng),造成一定范圍的土體成為松土。松動(dòng)范圍按太沙基公式計(jì)算,其中落入該范圍內(nèi)的樁身部分可假定將失去土體摩阻力,若樁底落入該范圍或在豎直方向接近于該范圍,理論上會(huì)完全或部分失去樁端承載力。對(duì)于摩擦樁與端承樁的影響各有不同,摩擦樁承載力主要依靠土體摩阻力提供,端承摩擦樁則依靠樁端承載力提供。

因此,計(jì)算樁基剩余承載力能否滿足原設(shè)計(jì)所要求的承載力,可以作為判斷建筑物是否需要加固的依據(jù),具體計(jì)算方法為:計(jì)算出盾構(gòu)引動(dòng)松動(dòng)土的高度,對(duì)于摩擦樁和端承摩擦樁,根據(jù)樁基規(guī)范中持力層選擇的有關(guān)要求,樁底以下3倍直徑不能存在溶洞或具震陷液化特點(diǎn)的地層,為確保建筑物安全,可假定松動(dòng)土范圍內(nèi)的地層視作特殊土層,即樁底離隧道豎直距離小于3倍樁基直徑且不小于2m的樁視為完全損失樁端承載力,即計(jì)算出地層松動(dòng)高度+3倍樁徑或2m(取大值)是否大于樁底至隧道的豎直距離即可判別建筑物是否需要加固;對(duì)于樁端落人巖石中、微風(fēng)化的端承樁,盾構(gòu)所引起的松動(dòng)土高度很小(通常計(jì)算結(jié)果為零),這時(shí),須計(jì)算隧道開挖面與樁底的巖體能否滿足沖切要求,判斷樁基應(yīng)否加固。

1.2 對(duì)建(構(gòu))筑物的加固方法

樁基末侵入隧道,但剩余樁基承載力不滿足原設(shè)計(jì)要求,可通過預(yù)注漿以提高樁基承載力,同時(shí),在盾構(gòu)通過時(shí)在地面采用跟蹤注漿,可確保既有建筑物的安全。

樁基已侵入隧道,需對(duì)樁基進(jìn)行梁式托換或板基基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換,必要時(shí)切斷原樁。如在地鐵某區(qū)間工程中,盾構(gòu)需穿越一棟7層房屋,其基礎(chǔ)為144根￠480錘擊灌注樁的建筑物,通過以上理論計(jì)算,個(gè)別樁基不滿足受力要求,在施工前須對(duì)14根樁基采用梁式托換,其余樁基不進(jìn)行預(yù)處理?？紤]到盾構(gòu)通過房屋時(shí),已托換柱與沒有托換柱之間可能會(huì)發(fā)生較大的沉降差,因此,在托換梁設(shè)計(jì)時(shí),允許托換梁在規(guī)范范圍內(nèi)出現(xiàn)一定的托換變形,最大撓度變形在5-8mm。在實(shí)際施工中,建筑物最大沉降值在18.1mm,最大不均勻沉降為5mm,均滿足規(guī)范要求。

2 地下水流失造成建筑物沉降

在深埋隧道中,地層損失造成的建筑物的沉降主要影響的是端承樁,而地下水大量流失造成地下水位下降則主要影響的是淺基礎(chǔ)和長度較短的摩擦樁,特別是基礎(chǔ)以下存在間隙率較大的地層,如中、粗砂層所造成的沉降較大。

由于土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中,拱頂同步注漿普遍存在不密實(shí)情況,導(dǎo)致拱頂處沿隧道方向存在水力連通,當(dāng)盾構(gòu)長時(shí)間停止掘進(jìn)時(shí),地下水容易從盾構(gòu)機(jī)后方流至開挖面,引起地下水大量流失,當(dāng)?shù)貙悠鸱^大或存在地質(zhì)鉆孔封孔質(zhì)量不好時(shí),容易與上部地層形成水力通道,直接貫通隔水層引起地下水位下降;另外在含水量較大的地層中停機(jī)也會(huì)造成開挖萬方數(shù)據(jù)面較大的水量流失。

在某隧道施工工程盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),也曾遇到因地下水位下降造成房屋沉降的實(shí)例。盾構(gòu)機(jī)在地層起伏較大的位置更換刀具,機(jī)頭位置處于花崗巖強(qiáng)、中風(fēng)化地層,其中中風(fēng)化地層裂隙發(fā)育。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)完成換刀啟動(dòng)時(shí),出現(xiàn)了大量噴涌現(xiàn)象,前方30m處的一幢5層獨(dú)立基礎(chǔ)房屋(持力層為粗砂層)次日累積沉降達(dá)28.2mm,且沉降速率不斷增大,地下水位下降了2.2m,房屋過道已出現(xiàn)少量沉降裂縫,施工單位立即采用了注漿加固穩(wěn)定了沉降速率,當(dāng)累積沉降值為42.5 mm時(shí)開始收斂,盾構(gòu)立即快速通過該房屋,當(dāng)?shù)叵滤换貜?fù)至穩(wěn)定水位后,原沉降較大的柱子出現(xiàn)了10.8mm的正位移。

3 穿越建(構(gòu))筑物掘進(jìn)參數(shù)的控制與施工監(jiān)測(cè)

前面所論述盾構(gòu)引起建筑物沉降是建立于盾構(gòu)采用正確的掘進(jìn)參數(shù)情況下的一種預(yù)測(cè),對(duì)一些預(yù)測(cè)沉降量較大的建筑物采用提前加固的措施。在實(shí)際施工中,如何控制好掘進(jìn)參數(shù),是對(duì)建筑物保護(hù)的一項(xiàng)最基本、最重要的措施。

3.1 盾構(gòu)穿越房屋時(shí)掘進(jìn)參數(shù)的選擇

準(zhǔn)確計(jì)算各種地層的理論松方出土量,施工中必須嚴(yán)格按計(jì)算結(jié)果控制好實(shí)際出土量。

采用土壓平衡式掘進(jìn),合理地設(shè)定土壓力值。

當(dāng)穿越沉降敏感地層或大量地下水區(qū)域時(shí),必須采用全土壓掘進(jìn)。

通過建(構(gòu))筑物時(shí)應(yīng)保持連續(xù)掘進(jìn)。

控制好盾構(gòu)姿態(tài),避免因糾偏而造成超挖。

同步注漿和二次注漿必須到位,確保管片與地層間隙密實(shí)。

采用耐磨性較高的刀具,減少換刀次數(shù),制定合理的換刀計(jì)劃,提前在建(構(gòu))筑物前做好換刀工作,避免盾構(gòu)在建(構(gòu))筑物下停留。

控制襯砌拼裝偏差,提高隧道質(zhì)量,減少后期沉降。

另外,在掘進(jìn)過程中,必須做好施工監(jiān)測(cè),及時(shí)地反饋給現(xiàn)場(chǎng)指揮,及時(shí)掌握地面沉降情況。

3.2 建(構(gòu))筑物、管線、地面的監(jiān)測(cè)

3.2.1 監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)建(構(gòu))筑物的不同類型,按規(guī)范要求確定沉降允許值,并按允許值的60%～80%定出警戒值。

在盾構(gòu)始發(fā)前進(jìn)行一次全面建(構(gòu))筑測(cè)量,并每天進(jìn)行監(jiān)測(cè),得出建筑確定原始值及原始沉降速率值。

根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象情況,在每個(gè)建筑物周圍布設(shè)不少于3個(gè)穩(wěn)固的基準(zhǔn)點(diǎn)。管線的觀測(cè)點(diǎn)布置在管線邊的土體中。

根據(jù)隧道通過的圍巖條件和周圍建(構(gòu))筑物情況布置觀測(cè)點(diǎn),沿隧道中線前進(jìn)方向每隔5—8 m布設(shè)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn),每隔5～10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)一個(gè)檢測(cè)橫斷面。每個(gè)斷面上布設(shè)4—8個(gè)觀測(cè)點(diǎn),對(duì)軟弱土層、重要的建(構(gòu))筑物或埋深較淺的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)斷面和測(cè)點(diǎn)。

在硬化的地表上布設(shè)的測(cè)點(diǎn)要穿透硬化層,滲入地面1 m以下,防止下面虛空而沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

盾構(gòu)通過建(構(gòu))筑物時(shí),每天監(jiān)測(cè)次數(shù)不少于2次,當(dāng)出現(xiàn)異常情況,及時(shí)加密監(jiān)測(cè)次數(shù)。

本文通過理論知識(shí)和工程實(shí)例,指出隧道施工在穿越建筑物基礎(chǔ)過程中,如何選擇好掘進(jìn)參數(shù)和施工監(jiān)測(cè)方法。在確定盾構(gòu)穿越建筑物對(duì)基礎(chǔ)的影響程度的前提下如何采用相應(yīng)的保護(hù)加固措施。文章所提供的方法簡單、直觀,較易掌握,通過多個(gè)隧道盾構(gòu)工程的實(shí)踐檢驗(yàn),具較強(qiáng)的適用性。

參考文獻(xiàn):

[1]唐春安,郭陜?cè)?隧道、地下工程及巖石破碎理論與應(yīng)用[M].大連理工大學(xué)出版社,2007,(8).

[2] 陳小雄.現(xiàn)代隧道工程理論與隧道施工[M].西南交通大學(xué)出版社,2006,(11).

[3] 覃仁輝.隧道工程[M].新疆大學(xué)出版社,2005,(9).