超淺埋盾構(gòu)隧道下穿混凝土管線(xiàn)沉降控制技術(shù)

黃 君

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司,北京 100000)

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超淺埋盾構(gòu)隧道下穿混凝土管線(xiàn)沉降控制技術(shù)

黃 君

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司,北京 100000)

超淺埋盾構(gòu)隧道通過(guò)軟弱地層時(shí)采用對(duì)下穿的混凝土供水管線(xiàn)周?chē)翆舆M(jìn)行加固，并調(diào)整穿越管線(xiàn)時(shí)盾構(gòu)施工參數(shù)，成功地解決了盾構(gòu)穿越重要管線(xiàn)時(shí)變形過(guò)大的問(wèn)題，有力地保證了管線(xiàn)安全和正常施工，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

隧道；混凝土管線(xiàn)；注漿加固；沉降控制

超淺埋盾構(gòu)隧道穿越填土及砂土等軟土地層時(shí)，造成的沉降是比較大的。在這種情況下下穿混凝土結(jié)構(gòu)的供水管線(xiàn)，造成管線(xiàn)變形爆裂的可能性非常高。本文通過(guò)采取對(duì)管線(xiàn)的底部及周邊進(jìn)行加固等措施，控制了管線(xiàn)的變形并成功下穿，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

新建鐵路珠海市區(qū)至珠海機(jī)場(chǎng)城際軌道交通工程1號(hào)井～灣仔北站為盾構(gòu)區(qū)間，區(qū)間起止里程：左線(xiàn)為DK2+748.926～DK3+986.200,長(zhǎng)1 237.274 m；隧道上方為南灣南路，是珠海市交通主干道，交通繁忙，地下管線(xiàn)眾多。一條橫跨南灣南路的供水管線(xiàn)為澳門(mén)主供水管線(xiàn)，修建于1980年代，混凝土

結(jié)構(gòu)，外包混凝土方涵，尺寸為2.2 m×1.5 m，埋深1.5 m,方涵底部距離盾構(gòu)隧道拱頂3 m。隧道周邊地層由人工填土、①-1淤泥、淤泥質(zhì)黏土、①-2淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、③-1中砂、全風(fēng)化花崗巖及微風(fēng)化花崗巖組成。

2 工程難點(diǎn)

(1)盾構(gòu)機(jī)施工擾動(dòng)造成的地層沉降非常大。1#井始發(fā)的盾構(gòu)隧道埋深只有6 m，隧道周邊地層以填土及黏土為主，在穿越澳門(mén)主供水管前，相同條件地層刀盤(pán)通過(guò)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)地表隆起最大值為15 mm，盾尾通過(guò)后14 d地表最大沉降190 mm。隧道橫斷面監(jiān)測(cè)見(jiàn)圖1，斷面沉降曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖1 隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

(2)需要穿越的澳門(mén)主供水管線(xiàn)修建時(shí)間比較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)為混凝土結(jié)構(gòu)，在地層擾動(dòng)下極易開(kāi)裂。盾構(gòu)機(jī)施工對(duì)管線(xiàn)擾動(dòng)非常大，因此，確保管線(xiàn)安全難度很大。

盾構(gòu)埋深淺，掌子面土體為填土、淤泥和砂層，且地下水豐富，如不采取措施，如此大的地層變形供水水管(高壓管)肯定會(huì)爆裂。

3 采取的技術(shù)措施

3.1 注漿加固

為改良土體各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)管線(xiàn)周邊50 m范圍內(nèi)進(jìn)行地層注漿加固，加固后進(jìn)行取芯效果分析，如效果不滿(mǎn)意進(jìn)行二次加固，加固范圍見(jiàn)圖3。

3.1.1 試驗(yàn)段加固前的土體參數(shù)

圖3 供澳水管加固平面圖

根據(jù)設(shè)計(jì)勘察結(jié)果，注漿前的土體物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　注漿前后土體物理力學(xué)指標(biāo)

3.1.2 注漿加固效應(yīng)分析

土體在漿液的填充、壓密作用下,土體內(nèi)的自由水及空氣由水泥漿液取代，形成土體與水泥顆粒物組成的混合體，注漿后巖土介質(zhì)的物理性能和化學(xué)性能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變,其中最能反應(yīng)巖土工程穩(wěn)定狀況的參數(shù)，即內(nèi)聚力c、內(nèi)摩擦角φ及壓縮模量Es都會(huì)有不同程度地提高[1]。隨著注漿壓力的繼續(xù)提高，漿液會(huì)產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，形成“漿脈”，“漿脈”在土體變形過(guò)程中起支撐作用，類(lèi)似土體的骨架。注漿后土體穩(wěn)定性有很大提高，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)注漿后的土體形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的拱體，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后，管片與土體的孔隙由盾構(gòu)及二次注漿填充，因此，造成的地表沉降非常小。

3.1.3 注漿量確定

單孔注漿時(shí)可以根據(jù)注漿孔的壓力及滲透范圍確定擴(kuò)散半徑，注漿時(shí)出口壓力隨著擴(kuò)散半徑的增加衰減很快。如圖4所示，出漿口注漿壓力為P1,對(duì)應(yīng)的填充后孔隙率為e1,經(jīng)過(guò)半徑為R擴(kuò)散后注漿壓力衰減為P2,對(duì)應(yīng)的填充后孔隙率為e2。為找到合理的土體孔隙填充率，沿著注漿衰減方向分別對(duì)注漿后土體取芯，分析孔隙率、注漿壓力與注漿填充后土體孔隙率的關(guān)系[2]：

(1)

式中：e0為注漿前土體孔隙率；e1為注漿壓力為P1時(shí)土體孔隙率；e2為注漿壓力為P2時(shí)土體孔隙率；P1為出漿口注漿壓力；P2為衰減后注漿壓力；K為擬合系數(shù)。

圖4 注漿壓力與土體孔隙率關(guān)系圖

為確保注漿效果，同時(shí)兼顧注漿效率，一般取壓力衰減到出漿口壓力的1/3時(shí)土體擴(kuò)散半徑作為有效注漿范圍；土體的孔隙填充率取出漿口與壓力衰減后孔隙填充率的平均值，即：[e0-(e1+e2)/2]。土體注漿量Q：

(2)

式中：Q為注漿量；R為擴(kuò)散半徑；H為注漿加固體長(zhǎng)度；B為漿液損耗系數(shù)，取1.1～1.4。根據(jù)計(jì)算，每孔注漿量為12 m3。

3.1.4 注漿壓力控制

本工程注漿壓力控制在0.8～1 MPa之間，注漿孔間距1.5 m，有效擴(kuò)散半徑R為0.75 m。

3.1.5 注漿加固后土體指標(biāo)

加固完畢后，對(duì)加固后土體進(jìn)行了取芯試驗(yàn)，試驗(yàn)后土體各項(xiàng)指標(biāo)有了明顯的改善，見(jiàn)表1。

3.2 調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)

在通過(guò)供水管前50 m設(shè)試驗(yàn)段，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)施工參數(shù)，獲取資料，在試驗(yàn)段變形控制合格后再通過(guò)供水管。

土體加固完成后，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)參數(shù)做了如下調(diào)整：增加了刀盤(pán)扭矩、推進(jìn)速度控制在4.8 m/d(3環(huán))。

通過(guò)采取上述措施，盾構(gòu)穿越試驗(yàn)段時(shí)地層變形控制在15 mm以?xún)?nèi)，經(jīng)過(guò)分析，可以通過(guò)澳門(mén)供水管線(xiàn)。

4 實(shí)施效果

在通過(guò)澳門(mén)水管時(shí)實(shí)施了不間斷的24 h加密監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)均放置在管線(xiàn)頂端，監(jiān)測(cè)布置橫斷面見(jiàn)圖5。刀盤(pán)通過(guò)、盾尾通過(guò)10 d及通過(guò)后30 d的管線(xiàn)變形曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。

通過(guò)曲線(xiàn)分析，注漿加固后供水管在刀盤(pán)通過(guò)時(shí)隆起明顯減小，最大9 mm；盾尾通過(guò)后30 d最大沉降12 mm，在施工過(guò)程中管線(xiàn)一直處于安全狀態(tài)，取得了滿(mǎn)意的實(shí)施效果。

圖5 隧道上方供澳水管監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖6 隧道上方供澳水管變形曲線(xiàn)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)地層注漿加固并調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，順利完成了盾構(gòu)法下穿地下混凝土供水管線(xiàn)施工，保證了管線(xiàn)安全。

[1]張友葩，吳順川，方祖烈.土體注漿后的性能分析[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26，(3)：240-243

[2]吳順川，金愛(ài)兵，高永濤.袖閥管注漿技術(shù)改性土體研究及效果評(píng)價(jià)[J].巖土力學(xué)，2007，28(7)：1353-1358

Settlement-Controlling Techniques for the Construction of a Shallow-Depth Shield-Built Tunnel Under-Crossing Concrete Pipelines

HUANG Jun

(The 16th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Beijing 100000,China)

As the extraordinarily-shallow-depth tunnel has to go through a weak stratum,and has to under-cross the pipelines for water supply,all the strata around the concrete pipelines for water supply have to be consolidated,with the construction parameters of the shield adjusted when it under-crosses the pipelines.With the proper techniques adopted,the problem of there being too much deformation with the shield is successfully solved when it under-crosses important pipelines.Thus,both the security of the pipelines and the normal construction of the project are forcefully ensured, with satisfactory social and economic benefits achieved.

tunnel;concrete pipeline;slip-cast to consolidate;control of settlement

2016-06-15

黃君(1981—)，男，工程師，主要從事土木工程施工技術(shù)管理工作。

10.13219/j.gjgyat.2016.05.014

U456.3

B

1672-3953(2016)05-0048-03