淺覆土盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿地下承重樁施工技術(shù)

常渝淑

摘 要：濟(jì)南地鐵某盾構(gòu)區(qū)間近距離側(cè)穿緊鄰車(chē)站主體結(jié)構(gòu)尚未施工完成的地下承重樁基，承重樁基底板距離區(qū)間隧道拱頂最近處 3.3m。盾構(gòu)穿越區(qū)域采用三重管高壓旋噴注漿對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固，襯砌結(jié)構(gòu)采用冗余注漿孔管片，采用土壓平衡掘進(jìn)和足量同步注漿，管片脫出盾尾后及時(shí)二次注入雙液漿以進(jìn)一步提高管片的穩(wěn)定性等技術(shù)措施，這些技術(shù)措施可有效控制地面沉降，規(guī)避盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)地下承重樁基的不利影響。

關(guān)鍵詞：地鐵;淺覆土隧道;盾構(gòu)側(cè)穿;承重樁基

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.43

1 引言

盾構(gòu)法施工已成為城市軌道交通施工的主要工法之一，盾構(gòu)區(qū)間隧道下穿（側(cè)穿）建（構(gòu)）筑物、橋梁樁基已較為常見(jiàn)。單生虎[1]等運(yùn)用有限元分析軟件模擬不同注漿壓力和不同近接距離下盾構(gòu)隧道施工過(guò)程，分析了襯砌結(jié)構(gòu)近接橋樁的施工力學(xué)響應(yīng);李瑞[2]以AC石家莊東莊站為例，總結(jié)了盾構(gòu)側(cè)穿橋樁的控制技術(shù)，針對(duì)盾構(gòu)施工地面沉降監(jiān)測(cè)，從測(cè)量和施工2個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為隧道施工提供了安全保證;陳江[3]等對(duì)盾構(gòu)側(cè)穿鄰近橋樁施工影響及加固措施進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[4-7]結(jié)合工程實(shí)際，運(yùn)用工程經(jīng)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法，對(duì)盾構(gòu)施工預(yù)加固合理范圍進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[8-12]對(duì)盾構(gòu)近距離穿越群樁旋噴加固效果進(jìn)行分析。本文以濟(jì)南市軌道交通工程某盾構(gòu)區(qū)間近距離側(cè)穿緊鄰車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的地下承重樁基為例，對(duì)淺覆土條件下盾構(gòu)側(cè)穿地下承重樁基的加固方法進(jìn)行研究。

2 工程概況

濟(jì)南市軌道交通某盾構(gòu)區(qū)間隧道外徑6m、內(nèi)徑5.4m，盾體直徑6.25m、刀盤(pán)開(kāi)挖直徑6.28m，盾構(gòu)在盾構(gòu)接收端頭側(cè)穿地下承重樁基群長(zhǎng)度約50m。盾構(gòu)穿越樁基施工現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖1所示。

盾構(gòu)側(cè)穿地下承重樁基地層為<15-1>層碎石、<22-1>強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、<21-1>強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、<21-4>層溶洞、<21-2>中風(fēng)化灰?guī)r，區(qū)間隧道大部分位于<21-2>中風(fēng)化灰?guī)r。圍巖等級(jí)為Ⅲ～Ⅵ 級(jí)，區(qū)間隧道內(nèi)無(wú)地表水穿過(guò)，沿線(xiàn)勘查期間未揭露地下水。地下采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1m，樁長(zhǎng)12.9m，地下構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)底板距離區(qū)間隧道拱頂最近處約3.3m，其中下行線(xiàn)隧道邊緣距西側(cè)樁基約為4.67m，距東側(cè)樁基約為3.14m，上行線(xiàn)隧道邊緣距西側(cè)樁基3.1m，距東側(cè)樁基3.75m。隧道與地下承重樁基位置關(guān)系如圖2所示。

3 高壓旋噴預(yù)加固地層施工方法

3.1 加固原理

根據(jù)盾構(gòu)穿越地層結(jié)構(gòu)并借鑒盾構(gòu)始發(fā)（接收）端頭加固技術(shù)，對(duì)盾構(gòu)穿越的淺覆土區(qū)段采用高壓旋噴加固，加固范圍為隧道底部以下3 m、左右兩側(cè)加固到距離樁基1 m處，隧道頂部距地面1 m范圍。旋噴壓力隨旋噴深度逐漸減小，以提高土體的整體強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)存在的溶洞進(jìn)行充填[13-15]，為地鐵列車(chē)的后續(xù)安全運(yùn)營(yíng)提供保障，地下承重樁基與高壓旋噴注漿加固平面示意圖如圖3所示。

高壓旋噴加固是利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計(jì)高程，使預(yù)先配制好的漿液通過(guò)高壓發(fā)生裝置獲得巨大能量，并將其從注漿管邊的噴嘴中高速?lài)娚涑鰜?lái)，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體，噴射過(guò)程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌?，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體，從而使地基加固。

3.2 加固操作要點(diǎn)

（1）壓力清水沖洗清孔。使用鉆孔機(jī)從孔底開(kāi)始噴射高壓水，轉(zhuǎn)動(dòng)注漿管使高壓水旋轉(zhuǎn)切割松散巖和泥巖，以0.5 m/min的速度向上緩慢提升，將樁底到巖面的鉆孔沖刷擴(kuò)大，被沖刷掉的巖土在高壓水的作用下被沖上樁頂排出樁外，直到由鉆孔底向上完全返出清水即可終止注水。

（2）水泥漿液配制。水灰比為0.6～0.8，采取先稀后濃的原則灌注，水泥選用42.5普硅水泥，水泥漿 ： 水玻璃=1 ： 1（體積比）。

（3）高壓注漿。使用注漿機(jī)將水泥漿液通過(guò)注漿管從孔底注入，壓力達(dá)到2.5 MPa后需保持注漿壓力2～3 min，然后向上提升0.3 m，直至將孔注滿(mǎn)為止。

3.3 旋噴質(zhì)量控制

（1）施工前復(fù)核樁基及高壓噴射注漿的設(shè)計(jì)孔位。

（2）高壓噴射注漿施工參數(shù)應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件、加固要求，通過(guò)試驗(yàn)或根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定，并在施工中嚴(yán)格加以控制。

（3）高壓噴射注漿的主要材料為42.5級(jí)硅酸鹽水泥，根據(jù)需要可加入適量的外加劑及摻合料，外加劑和摻合料的用量，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

（4）水泥漿液的水灰比應(yīng)按工程要求確定，可取0.6～0.8。

（5）噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于10 m，鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不大于50 mm，實(shí)際孔位、孔深和每個(gè)孔實(shí)際情況均應(yīng)詳細(xì)記錄。

（6）當(dāng)噴射注漿管貫入土中且噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)即可噴射注漿，在噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后，隨即按旋噴工藝要求，提升噴射管，由下而上噴射注漿，噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于100 mm。

（7）在高壓噴射注漿過(guò)程中出現(xiàn)壓力驟然下降、上升或冒漿異常時(shí)，應(yīng)查明原因并及時(shí)采取措施。

（8）高壓噴射注漿完畢應(yīng)迅速拔出噴射管，為防止?jié){液凝固收縮影響樁頂高程，必須時(shí)刻在原孔位采取冒漿回灌或二次注漿等措施。

（9）施工中應(yīng)做好泥漿處理，及時(shí)將泥漿運(yùn)出或在現(xiàn)場(chǎng)短期堆放后運(yùn)出。

4 盾構(gòu)掘進(jìn)施工控制措施

4.1 地面沉降控制

根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)地段的埋深確定盾構(gòu)土壓平衡掘進(jìn)的控制土壓力;根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)期間的地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整盾構(gòu)土倉(cāng)控制壓力，并通過(guò)同步注漿填充盾構(gòu)刀盤(pán)開(kāi)挖直徑與管片外徑間的建筑空隙[16-20];根據(jù)盾構(gòu)通過(guò)后的地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，進(jìn)一步控制地面沉降;為進(jìn)一步提高盾構(gòu)隧道的穩(wěn)定性，采用洞內(nèi)深孔注漿的方法在管片外周形成穩(wěn)定的注漿固結(jié)層，以控制淺覆土可能引起的管片上浮。

4.2 盾構(gòu)掘進(jìn)控制

盾構(gòu)側(cè)穿地下承重樁基段為淺覆土地段，根據(jù)隧道頂部覆土厚度計(jì)算靜止土壓力，并作為控制盾構(gòu)土倉(cāng)壓力的參考值，掘進(jìn)中根據(jù)地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整土倉(cāng)壓力，規(guī)避因土倉(cāng)壓力波動(dòng)過(guò)大造成地面沉降過(guò)大或坍塌。

（1）設(shè)置試驗(yàn)段。盾構(gòu)穿越樁基前30～50環(huán)區(qū)段設(shè)置試驗(yàn)段，模擬盾構(gòu)側(cè)穿樁基，及時(shí)總結(jié)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、土壓、推力、扭矩、出土量、同步注漿量等掘進(jìn)參數(shù)與地面沉降的關(guān)系，為盾構(gòu)側(cè)穿樁基掘進(jìn)參數(shù)的確定提供依據(jù)。根據(jù)盾構(gòu)穿越樁基區(qū)段的地質(zhì)構(gòu)成及埋深計(jì)算盾構(gòu)相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合試掘進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，盾構(gòu)側(cè)穿樁基的參考掘進(jìn)參數(shù)如表1所示。

（2）盾構(gòu)掘進(jìn)中以勻速推進(jìn)，嚴(yán)格控制出土量以規(guī)避因超挖帶來(lái)的地面沉降風(fēng)險(xiǎn)。若發(fā)生某一環(huán)出土量過(guò)多時(shí)，應(yīng)及時(shí)增加該環(huán)的同步注漿量，及時(shí)二次注漿并加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)，必要時(shí)及時(shí)地面注漿。

（3）嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，減少糾偏，若需糾偏時(shí)應(yīng)遵循少糾、勤糾的原則，每環(huán)的糾偏量不宜超過(guò)5mm，盾構(gòu)姿態(tài)宜控制在±30 mm之內(nèi)。

（4）盾構(gòu)穿越期間地面及樁基的監(jiān)測(cè)頻率不少于2 次/天，地面沉降數(shù)據(jù)偏大或出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)加大監(jiān)測(cè)頻率，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況及時(shí)優(yōu)化（調(diào)整）相應(yīng)的掘進(jìn)參數(shù);地面沉降控制值為-30～+10mm，樁基傾斜度控制值為2‰。

（5）加強(qiáng)同步注漿管理，保證足量的同步注漿量，采取壓力與流量數(shù)控指標(biāo)，以壓力為主、流量為輔，根據(jù)掘進(jìn)情況及時(shí)二次注漿。洞內(nèi)采取二次注漿，以控制地面沉降。盾構(gòu)側(cè)穿樁基區(qū)段隧道采用冗余注漿孔管片，當(dāng)?shù)孛娉两颠_(dá)到控制值30mm或樁基傾斜達(dá)到2‰ 時(shí)及時(shí)洞內(nèi)二次注漿，注漿點(diǎn)位優(yōu)先選用管片上部120°范圍內(nèi)的孔位注雙液漿，注漿壓力0.15～0.2MPa，注漿施工完后需保持注漿壓力2～3 min，以達(dá)到有效控制地面沉降的目的。

（6）嚴(yán)格控制管片拼裝質(zhì)量，管片螺栓必須3次復(fù)緊，拼裝管片時(shí)一次擰緊，推出盾尾后二次擰緊，后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)至每環(huán)管片拼裝前，對(duì)相連已成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)管片螺栓進(jìn)行全面檢查并復(fù)緊。

（7）選用有較豐富掘進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn)的盾構(gòu)司機(jī)，以利于掘進(jìn)參數(shù)的控制;做好每班的技術(shù)交底及掘進(jìn)參數(shù)記錄，及時(shí)做好掘進(jìn)參數(shù)的匯總與總結(jié)。

（8）實(shí)行領(lǐng)導(dǎo)值班制度，掘進(jìn)過(guò)程中安排專(zhuān)人進(jìn)行地面巡視，發(fā)現(xiàn)異常立即通知值班領(lǐng)導(dǎo)。

5 地面沉降監(jiān)測(cè)

5.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、頻率

盾構(gòu)側(cè)穿地下構(gòu)筑物承重樁監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括盾構(gòu)掘進(jìn)影響范圍的地面沉降、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、盾構(gòu)掘進(jìn)影響范圍內(nèi)基坑的坡頂水平位移及坡頂豎向位移，以及隧道管片結(jié)構(gòu)豎向位移和管片結(jié)構(gòu)凈空收斂。檢測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及數(shù)量如表2所示，監(jiān)測(cè)頻率如表3所示。

5.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)控制值的確定應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，盾構(gòu)側(cè)穿地下構(gòu)筑物樁基監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4所示。由表4可見(jiàn)，盾構(gòu)側(cè)穿地下構(gòu)筑物樁基期間，各個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目均滿(mǎn)足相關(guān)控制值要求。

6 結(jié)論

（1）盾構(gòu)在淺覆土的條件下近距離側(cè)穿緊鄰車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的地下承重樁基之前，采用三重管高壓旋噴注漿對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固，提高了隧道上部地層的穩(wěn)定性。

（2）在側(cè)穿地下承重樁基時(shí)采用土壓平衡模式進(jìn)行推進(jìn)，保證足量的同步注漿，襯砌結(jié)構(gòu)采用冗余注漿孔管片，管片脫出盾尾后及時(shí)二次注入雙液漿，可進(jìn)一步提高管片的穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)實(shí)際工程環(huán)境對(duì)地面沉降、樁頂豎向位移、樁頂水平位移、盾構(gòu)掘進(jìn)影響范圍內(nèi)基坑的坡頂水平位移及坡頂豎向位移，以及隧道管片結(jié)構(gòu)豎向位移和管片結(jié)構(gòu)凈空收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)施工，有利于確保地下構(gòu)筑物樁基的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]單生虎，石強(qiáng)，汪亦顯，等. 盾構(gòu)隧道襯砌近接橋樁的施工力學(xué)響應(yīng)及影響分析[J]. 地下構(gòu)筑物與工程學(xué)報(bào)，2016，12（增2）：696-702.

[2]李瑞. 地鐵隧道盾構(gòu)近距離側(cè)穿城市主干道橋樁基施工控制技術(shù)[J]. 交通世界下旬刊，2019（1）：154-155.

[3]陳江，陳思明，傅金陽(yáng)，等. 盾構(gòu)側(cè)穿鄰近橋樁施工影響及加固措施研究[J]. 公路交通科技，2016（7）：97-102.

[4]夏洋洋. 廣州地鐵盾構(gòu)施工端頭預(yù)加固合理范圍研究及應(yīng)用[D]. 甘肅蘭州：蘭州交通大學(xué)，2015.

[5]溫法慶，張立泉，柴慶水，等. 土壓平衡盾構(gòu)下穿淺埋石砌古石拱橋施工技術(shù)[J]. 智慧城市與軌道交通，2016（4）：312-319.

[6]溫法慶，賈璐，翁振華，等. 地面敏感區(qū)域盾構(gòu)施工控制技術(shù)研究[J]. 施工技術(shù)，2016（19）：99-104.

[7]賈璐、溫法慶，劉圣勇，等. 特殊地質(zhì)條件下盾構(gòu)機(jī)脫困技術(shù)研究[J]. 施工技術(shù)，2016（23）：62-66.

[8]寇曉強(qiáng)，楊京方，葉國(guó)良，等. 盾構(gòu)近距離穿越群樁旋噴加固效果分析[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2011（11）：98-103.

[9]凌同華. 鄰近隧道施工既有橋樁變形控制及注漿加固方案優(yōu)化[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（7）：2394-2400.

[10] 沈建文，劉力. 盾構(gòu)隧道施工對(duì)臨近橋樁影響數(shù)值及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究[J]. 巖土力學(xué)，2015（8）：709-714.

[11] 張海彥，何平，胡友剛. 盾構(gòu)隧道穿越既有橋梁樁基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制值的確定[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（12）：45-50，54.

[12] 侯保利，張鵬飛，廖秋林.地鐵隧道下穿人行天橋注漿加固技術(shù)[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013（8）：41-43.

[13] 楊文波，谷笑旭，涂玖林，等. 拱頂空洞對(duì)盾構(gòu)隧道與周?chē)馏w動(dòng)力響應(yīng)特性影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2019（7）：2344-2356.

[14] 李亞軍. 盾構(gòu)隧道管片施工質(zhì)量管控分析[J]. 江西科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（4）：23-27.

[15] 王乾，曲立清，郭洪雨，等 . 青島膠州灣海底隧道圍巖注漿加固技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2011（4）：790-802.

[16] 鄭培營(yíng). 富水砂礫地層盾構(gòu)洞內(nèi)二次注漿技術(shù)例析[J]. 建筑，2015（12）：68-70.

[17] 宋天田，周順華，徐潤(rùn)澤，等. 盾構(gòu)隧道盾尾同步注漿機(jī)理與注漿參數(shù)的確定[J]. 地下構(gòu)筑物與工程學(xué)報(bào)，2008（1）：130-133.

[18] 楊江朋. 海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工的二次注漿技術(shù)[J]. 新型建筑材料，2008（5）：71-73.

[19] 何炬，楊有海，陳達(dá)，等. 深圳地鐵盾構(gòu)施工注漿機(jī)理與參數(shù)分析[J]. 低溫建筑技術(shù)，2009（10）：108-109.

[20] 彭正勇. 注漿抬升在隧道穿越既有建筑物中的研究及應(yīng)用 [J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011（5）：2963-2969.

收稿日期 2019-12-19

責(zé)任編輯 朱開(kāi)明