淺析盾構(gòu)地下主動接收施工關(guān)鍵技術(shù)

田宏宇 王曉 王凱

【摘 要】考慮到盾構(gòu)地下主動接收施工的特殊性，本文結(jié)合工程實例，在分析工程施工工序基礎(chǔ)上，采用FLAC 3D有限差分軟件確定了施工關(guān)鍵工序，然后提出了施工關(guān)鍵技術(shù)，為類似工程建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu);主動接收;關(guān)鍵工序

中圖分類號： U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0175-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.085

【Abstract】Considering the particularity of active underground receiving construction of shield tunnel， this paper combines engineering examples， based on the analysis of engineering construction procedures， uses FLAC 3D finite difference software to determine the key construction process， and then puts forward the key construction technology for similar engineering construction. for reference.

【Key words】Shield; Active reception; Key processes

0 引言

在城市地鐵區(qū)間建設(shè)的過程中，采用盾構(gòu)施工技術(shù)，受各種因素限制，需要進(jìn)行盾構(gòu)地下主動接收，以免施工給周圍環(huán)境帶來較大影響。而能否實現(xiàn)主動接收技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，關(guān)系到工程施工質(zhì)量和安全。因此，需要加強(qiáng)盾構(gòu)地下主動接收施工關(guān)鍵技術(shù)研究，從而科學(xué)進(jìn)行工程施工。

1 工程概況

某地鐵線全長47.2km，途徑城市繁華地段，四周建筑物林立，同時地下管線密布，難以采用明挖基坑施工技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，所以需要在地下進(jìn)行盾構(gòu)接收。為對盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)行拆解和容納，從縱向上將隧道劃分為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間、擴(kuò)大段和接收室三部分。在施工期間，采用CRD法從標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間進(jìn)行6m×7.5m×7.74m接收室擴(kuò)挖，埋深達(dá)13m。

2 盾構(gòu)地下主動接收施工關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 施工工序

工程采用主動接收施工技術(shù)進(jìn)行盾構(gòu)地下接收，在完成接收室施工后，從接收室封端墻預(yù)留洞門使盾構(gòu)掘進(jìn)至接收室，然后進(jìn)行解體。從施工工序來看，需要完成接收室初期支護(hù)和二襯施作，然后進(jìn)行封端墻預(yù)留洞門施工[1]。在此基礎(chǔ)上，需完成臨時支撐架設(shè)。在標(biāo)準(zhǔn)斷面開挖后，進(jìn)行初期支護(hù)，然后在斷面擴(kuò)大的同時加強(qiáng)支護(hù)。針對封端，需要施作初期支護(hù)。針對洞口位置，需要完成土體加固。將臨時中隔壁拆除后，可以進(jìn)行防水和二襯混凝土施工。針對預(yù)留洞口，需進(jìn)行臨時支撐架設(shè)。在使盾構(gòu)掘進(jìn)主動至洞門時，需要先破除封端墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，將臨時支撐拆除，使刀盤進(jìn)入接收室，然后進(jìn)行設(shè)備解體。

2.2 關(guān)鍵工序確認(rèn)

從整個施工工序來看，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中封端墻的盾構(gòu)洞口采取初期支護(hù)方式。實際在掘進(jìn)期間，地表沉降和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)都會受到影響。為加強(qiáng)工程施工安全性，需要采用FLAC 3D有限差分軟件確定施工過程的影響程度。采用該軟件，能夠采用混合離散法對塑性破壞和流動進(jìn)行模擬，因此較之有限元軟件采用的離散集成法能夠獲得更加準(zhǔn)確的分析結(jié)果[2]。在輸入基本施工參數(shù)基礎(chǔ)上，可以取隧道外側(cè)各5倍結(jié)構(gòu)寬度作為邊界。在縱向上，隧道區(qū)間下方土體厚為主體高4倍，標(biāo)準(zhǔn)段每次開挖0.5m，長20m，接收室長設(shè)為30m。考慮地面超載問題，可以施加20kN/m2荷載。采用軟件實體單元進(jìn)行盾構(gòu)管片、二次襯砌等結(jié)構(gòu)模擬，采用梁單元進(jìn)行臨時支撐結(jié)構(gòu)模擬，并通過提高地層參數(shù)進(jìn)行注漿模擬，可以得到表1的結(jié)構(gòu)物理學(xué)參數(shù)。實地勘察確定，土層由5.4m厚粉土、6.1m厚粉質(zhì)黏土和3m厚粉細(xì)砂構(gòu)成，輸入各土層參數(shù)加權(quán)平均值，可以確定地層沉降和洞口位移情況。

從分析結(jié)果來看，接收室施工期間地表沉降達(dá)9.5mm，對封端墻外10m到15m位置產(chǎn)生較大影響。在盾構(gòu)掘進(jìn)期間，地表-15m到10m位置產(chǎn)生了地表沉降疊加效應(yīng)，增量達(dá)1.2mm，沉降最大值向接收室移動。如圖1所示，在盾構(gòu)掘進(jìn)至距離封端墻18m的位置時， 墻體開始產(chǎn)生位移，并且位移隨著距離縮短逐漸增加，在距離達(dá)到3m時位移達(dá)增速達(dá)到最大，距離1m時位移最大達(dá)到13mm。從接收室結(jié)構(gòu)受到的影響來看，結(jié)構(gòu)沉降僅0.3mm。因此從整體來看，盾構(gòu)掘進(jìn)對封端墻預(yù)留洞口將產(chǎn)生較大影響，需要防止地表變形，并加強(qiáng)臨時支撐，以免封端墻因反復(fù)變形受到破壞。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 土體加固施工

結(jié)合施工要求，需要加強(qiáng)封端墻洞口位置土體注漿加固，以便使盾構(gòu)掘進(jìn)帶來的地表變形影響得到削弱，使地表累計沉降得到減少。在實際施工期間，可以采用深孔袖閥管后退式分層劈裂注漿工藝，保證盾構(gòu)接收安全。具體來講，就是將袖閥式注漿管通過鉆孔下入地層，然后通過分層注漿施工使?jié){液均勻進(jìn)入地層[3]。施工期間，漿液在地層中能夠?qū)崿F(xiàn)分段可控和均勻擴(kuò)散，而注漿外觀將留在土體中，每隔一定間距預(yù)留出漿口，完成截止閥的設(shè)置。將帶封堵裝置內(nèi)管放入外管中，可以在土體中產(chǎn)生以鉆孔為核心的樁體，并在外圍土體裂隙中形成抗剪力強(qiáng)的網(wǎng)狀漿脈復(fù)合體，因此能夠使地層物理力學(xué)性能得到改善。采用該技術(shù)，可以采用水泥-水玻璃雙液漿，按照1：1比例進(jìn)行均勻混合，然后按照水泥重量10%進(jìn)行微膨脹抗裂劑的添加，按照水泥重5%添加液體速凝劑。袖閥管采用硬質(zhì)塑料管，承受最大壓力至少為3MPa。劈裂注漿水泥為普通硅酸鹽水泥，注漿頂面高為管線基礎(chǔ)底面，保證以孔距邊長單樁復(fù)合地基承載力超過140kPa。在注漿施工期間，需要在擴(kuò)大端初期支護(hù)完成，同時掌子面封閉后，對盾構(gòu)殼體外輪廓3m范圍進(jìn)行注漿，通過斷面擴(kuò)大優(yōu)勢對注漿盲區(qū)進(jìn)行規(guī)避。注漿加固范圍為開挖輪廓外1.5m和隧道開挖范圍，注漿孔按照梅花形布置，形成的孔位環(huán)間距達(dá)0.5m，孔間距0.45m。沿著孔的線路，每孔長12m，漿液擴(kuò)散半徑達(dá)0.7m。注漿壓力需要控制為1MPa，在保護(hù)圈土體滲透系數(shù)小于0.001m/d的條件下，同時漿土結(jié)實體內(nèi)聚力達(dá)到80kPa以上后，可結(jié)束施工。

2.3.2 接頭連接施工

在封端墻洞口支護(hù)方面，考慮到盾構(gòu)掘進(jìn)過程中封端墻將產(chǎn)生反復(fù)變形和回彈，因此需要加強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)施工。而盾殼厚50mm，內(nèi)部二次襯砌結(jié)構(gòu)需要單獨(dú)承受荷載，還要采用P12、C40混凝土，厚400mm，長8m，直徑5400mm。在初次襯砌和二次襯砌結(jié)構(gòu)的連接位置，為避免出現(xiàn)同一斷面，還要實現(xiàn)整體澆筑一次成型，使結(jié)構(gòu)整體性得到提高。為防止洞門鋼環(huán)變形和移位，需要采用鋼管環(huán)對洞門支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。考慮到周圍環(huán)境復(fù)雜，可能因涌水導(dǎo)致地表沉陷嚴(yán)重。因此需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)防水。具體來講，就是針對擴(kuò)展段和盾構(gòu)段，利用400g/m2土工布和1.5mm的EVA防水板進(jìn)行復(fù)合防水層施工。針對洞口，采用背貼止水帶收口方式進(jìn)行施工。在接縫位置，采用兩道遇水膨脹止水膠進(jìn)行補(bǔ)充，能夠避免初支裂縫延續(xù)到二次襯砌結(jié)構(gòu)中，因此能夠使結(jié)構(gòu)防水性能得到提高。

2.4 地表影響監(jiān)測

在盾構(gòu)主動接收施工期間，需要在地面、封端墻等位置進(jìn)行沉降和位移觀測點(diǎn)布設(shè)，以便確定施工對地表產(chǎn)生的影響，從而加強(qiáng)施工安全管理。按照上述方法施工，從地表影響監(jiān)測結(jié)果來看，地表沉降最大值為6mm，在盾構(gòu)掘進(jìn)至距離封端墻4m位置時，洞門才產(chǎn)生明顯位移增幅，最大位移值為7mm。由此可見，通過實施土體加固和加強(qiáng)接頭施工能夠使盾構(gòu)掘進(jìn)帶來的影響得到減小。

3 結(jié)論

綜上所述，在采用盾構(gòu)主動接收施工技術(shù)時，還要確認(rèn)施工給地表和工程結(jié)構(gòu)帶來的影響，以便通過加強(qiáng)施工關(guān)鍵工序控制保證工程施工質(zhì)量和安全。結(jié)合地表影響分析結(jié)果，采用科學(xué)施工技術(shù)，能夠在發(fā)揮主動接收施工優(yōu)勢的同時，保證工程施工順利進(jìn)行。

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