特殊地段的沉降控制一直是盾構施工中的難點、風險點,本文介紹了廣州地鐵某盾構區(qū)間在經過“三區(qū)”(隧頂覆砂區(qū)、樁基礎群區(qū)和地面密集建筑物區(qū))地段時所采取的技術措施,以期對類似地層有借鑒和指導作用。
廣州地鐵某盾構區(qū)間為雙線圓型隧道,內徑5.4m,外徑6m,采用刀盤直徑6.28m的土壓平衡盾構機施工。在臨近吊出井時要經過一“三區(qū)”特殊地段,即:隧頂覆砂區(qū)、樁基礎群區(qū)和地面密集建筑物區(qū)。為安全通過該特殊段,項目部編制了一套詳細、針對性強的施工方案,并在施工中逐一落實,最終盾構機安全到達吊出井。
1、特殊地段的工程情況
1.1地質水文情況:該地段長約300m,隧道覆土14~23m,洞身經過地層主要為7、8、9泥質砂巖,夾部分6全風化泥質粉砂巖;洞頂主要為32細砂層,夾少量42、52地層,32砂層厚3.5~9m,平均厚5m以上;通過現場試驗,9微風化地層平均單軸極限抗壓強度16.0MPa左右。本區(qū)段地下水有第四系孔隙水及基巖裂隙水,第四系孔隙水埋深0~3m,水量豐富,由大氣降水及江、河水補給?;鶐r裂隙水主要賦存于基巖強、中等風化帶的裂隙中,埋深隨基巖面而起伏,一般為15~20m,32中細砂層富水性中等及滲透系數較大。
1.2地面建筑物及樁基礎情況該段隧道頂部及其影響范圍內主要有45棟建筑物,絕大部分是民房,層高3~7層,為框架結構;有8棟是一層高的制衣廠廠房,為磚混結構。房屋基礎除12棟房屋是天然基礎外,其余為r500~r600鉆孔樁砼基礎及r120的木樁基礎。有16棟房屋的樁基礎侵入隧道或接近隧頂,另有兩棟房屋被鑒定為危房。
2、控制沉降的技術措施
2.1到達特殊段前的準備工作
1)在該特殊地段增設3個補勘點以掌握更準確、全面的地質情況。
2)對中軸線兩邊各30m內發(fā)生較大傾斜和結構老舊房屋進行鑒定,為危房的拆除或臨遷。
3)對隧道上方建筑物進行詳細的入室調查。對樁基侵入隧道或接近隧頂的建筑物采取托換加固措施,結構面發(fā)現裂縫的則作詳細記錄。
4)準備支頂加固材料、注漿加固材料、搶險機具設備、車輛、警戒標識物等以備用。
5)在到達特殊段前選擇一開挖面自穩(wěn)性較好的地段對盾構機進行全面檢修,減少在特殊地段停機檢修的風險:①對破損較大的盾尾刷進行更換;②全面檢測刀具,對磨損超標的刀具進行更換;③對堵塞的注漿管進行疏通處理;④對分別通往開挖面、土倉、螺旋輸送器的主從泡沫管進行疏通,并在刀盤面中心附近增設1根泡沫管。
2.2通過時的掘進控制
2.2.1掘進模式、盾構機配置及掘進參數針對特殊段的情況,選用的掘進模式,盾構機械配
2.2.2刀具配置
本段洞身地層主要為7、8、9泥質砂巖、粉砂巖,易結泥餅,根據以往類似地層施工經驗,采用全軟土刀具將會出現盾構機推力增大、扭矩增大、掘進困難的現象,嚴重時由于盾構機長時間在一小范圍擾動,隧道頂部的砂土層會塌落,進而導致地面塌陷的事故;若采用全硬巖刀具,則刀盤面開口率減少,結泥餅的機會就會增加。故過本段時采用了混合式刀具配置:64把刮刀,16把鏟刀,5把邊緣雙刃滾刀,8把正面雙刃滾刀,6把中心雙頭齒刀。正面滾刀都高出刀盤盤面175mm,為開挖面破除下來的砟土留出了足夠的出砟空間,刮刀超出刀盤盤面140mm,受到滾刀的保護,刀盤開口率約為29%。
2.2.3掘進過程的施工技術要求盾構在通過該特殊段時有序、平衡、平穩(wěn)。有序
1)施工組織有序人、機、料的配置合理,工序的安排、銜接有序。
2)機械保養(yǎng)有序機械保養(yǎng)定人、定期、專業(yè)、規(guī)范,做到無遺漏、標準化。
3)信息管理有序技術交底、作業(yè)交底按部就班,自經理部至作業(yè)面指令暢通、反饋迅速。
平衡
1)土倉壓力與開挖面水土壓力平衡嚴格控制土倉壓力,盡量保持土壓平衡,不要出現過大的波動;考慮本段地下水水壓較高,土倉壓力設置為上部1.3bar左右,下部1.8bar左右。
2)出土量與掘進進尺平衡嚴格控制出土量,做到進尺量與出土量均衡。本隧道開挖直徑6.28m,考慮盾構姿態(tài)變化或其他原因引起的巖土損失和巖土的松散系數,每環(huán)出土量約66~69m3,即4.5節(jié)砟車。除量的控制外,還要堅持對每環(huán)砟樣進行地質水文分析,發(fā)現與開挖斷面地質情況不符(尤其是出現32砂層)時,則馬上采取措施。
3)注漿壓力與水土壓力平衡除考慮注漿處的水土壓力,還要考慮后方來水、開挖面來水的水壓,故注漿壓力是在注漿處水土壓力基礎上提高1~2kg/cm2,且應使?jié){液不進入土倉和壓壞管片和不因注漿壓力過大造成地表隆起。特殊段注漿壓力設置:1#、4#注漿孔控制在1.5bar左右,2#、3#注漿孔控制在2.0bar左右。