结合在建成都地铁通越冶金宾馆的施工,介绍了成都卵石土地层中盾构机下穿桩基础建筑物的施工经验。重点介绍了盾构下穿既有建筑物时采用的地下掘进参数控制、地面跟踪注浆、荷载转移等方法,以上方法的综合应用经验对卵石土地层中盾构的施工有着较好的借鉴意义。

【关键词】盾构施工　既有建筑物　跟踪注浆　荷载转移   1、引言       在建成都地铁1号线盾构2标线路处于人民北路和人民中路上由北向南,沿人民北路南部和人民中路敷设,共3个区间:人民北路站~文武路站区间、文武路站~骡马市站区间、骡马市站~天府广场站区间。盾构区间隧道线路间距为11~15 m,隧道埋深15~20 m。左右线区间隧道各采用一台直径6. 28m海瑞克土压平衡盾构机掘进,盾构隧道采用管片拼装式衬砌,管片环宽1. 5 m,错缝拼装。       成都地铁一号线的人天区间穿越地层为砂卵石地层,其物理力学特征指标和传统的软土和硬岩都有很大差别,其渣土具有不均匀性、卵石含量高,但流动性差、黏聚力小的特点。同时,人天盾构区间沿线地面建(构)筑物以区间数量较多,多数隧道都是从房屋侧面穿过,而冶金宾馆则是从正下方穿过。 2、工程概况       冶金宾馆竣工于1998年,为4层砼框架结构,楼层总高13. 95 m。楼层底层梁柱采用C40混凝土浇筑。二层以上梁柱采用C30混凝土浇筑。基础为独立柱基扩大头端人工挖孔桩,埋深在8. 6~13. 08 m,绝大多数桩长9~10m,位于隧道正上方3~4 m,其中仅有1根桩长12. 85 m,位于隧道正上方,距离隧道拱部仅57 cm。如图1所示。

      冶金宾馆地层为砂卵石地层,物理力学特征指标和传统的软土和硬岩都有很大差别,主要有以下特点: (1)渣土具有不均匀性,卵石含量高。(2)流动性差。由于渣土的内摩擦角较大(一般都在30°以上),造成了渣土流动性差。(3)对刀具摩擦系数大。根据文献及试验结果,该地层和钢铁之间的摩擦系数一般都在0. 4之上,最高可达0. 7。(4)单块卵石强度高。根据单块卵石的抗压强度试验结果,石块的单轴抗压强度可达150 MPa,最大可达到180MPa。(5)黏聚力小,或几乎没有黏聚力,结构松散,不连续。因此导致了结构传力特征存在差异,地层内靠点对点传力,稳定性差。       盾构隧道主要位于砂卵石土层。砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,颗粒之间的孔隙大,几乎没有黏聚力,颗粒之间点对点传力,地层反应灵敏,盾构周围地层成拱性差。刀盘旋转切削时,地层很容易破坏原来的相对稳定或平衡状态而产生坍塌,引起较大的围岩扰动,使开挖面和洞壁失去稳定,可能使隧道顶部桩基失去承载力,危及上部结构安全。 3、下穿冶金宾馆掘进方法及加固措施 3.1　下穿冶金宾馆掘进方法       为确保建筑物的安全,主要遵循两个原则:控制出土量、保证注浆回填饱满。依据以上原则,盾构掘进时,采取以下措施。(1)不停机快速通过,减小对地层的扰动。根据以往施工经验,快速通过能减小对地层的扰动。掘进速度控制在30~40 mm/min。因此在通过建筑物前,盾构机及各后配套要进行仔细检修,确保通过时不出现机械故障。(2)严格控制出土量。从试掘进经验看,多出土会形成空洞,在成都富含水砂卵地层中,胶结性差,必然会引起地表塌陷。通过建筑物期间,派专人监控出土量,每环出砟量控制在55 m³以内(4车砟)。(3)保证同步注浆饱满。根据目前注浆统计看,注浆量控制在8 m³左右,注浆压力2~3 bar。最大程度利用同步注浆填充满管片背后的间隙。(4)掘进同时,进行双液二次注浆。在同步注浆的同时进行二次注浆,确保填充效果。注浆管片位置盾尾后3~4环的位置。注浆点位主要在拱顶。(5)地表采取跟踪注浆加固措施。为保证盾构机安全通过冶金宾馆,除在盾构施工过程中的控制,还要对这两处建筑物采取跟踪注浆加固措施。 3.2　下穿冶金宾馆加固措施       提前在这两处建筑物基础附近打好注浆孔(孔打好后进行保护),待盾构机通过这两处建筑物后,及时进行注浆,参照监测数据确定注浆量、注浆压力。所有孔位都要离开墙体1. 5 m(1. 5~2. 0 m),避免伤及基础。端承桩主要加固桩体的下部。条形基础下面要进行整体注浆加固。www.tmgc8.com

      冶金宾馆打孔在室内进行,采用改进后的小钻机进行施工,重点是隧道上方一排桩的加固。两侧桩根据监测结果判断其是否注浆。加固平面和剖面如图2所示。在盾构机达到前对建筑物承力柱采用钢斜撑将荷载转移到隧道两侧的桩基上,防止该柱下沉,在注浆达到预期强度后再拆除,并实现体系转换,同时加强信息化施工。       需重点解决好的几个问题: (1)注浆时机的选择:选择在管片脱出盾尾前开始注浆,在脱出盾尾后及时填充饱满,抑制建筑间隙引起的附加沉降。(2)注浆控制压力:考虑到土层经过盾构刀盘的扰动和建筑间隙引起的跌落产生一定的松动,注浆具有可实施性,兼顾盾构机所能承受最大压力3 bar,因此注浆压力控制在0. 3MPa以内。(3)要求浆液具有较早的浆凝结时间和较高的后期强度,通过试验确定。(4)有效扩散半径:经过松动的卵石地层具有较好的可注性,扩散半径预计会达到3 m以上。由于钻孔会对地层有一定的扰动,在盾构通过时必将比不扰动的地层产生更大的沉降,为此在保证注浆效果的同时,尽量加大孔间距,因此对有效扩散半径的考虑是确定注浆管布置的关键因素,结合现场实际,孔距为房间开间宽度3. 9 m。(5)实现自下而上分段注浆:采用袖阀管注浆可实现分段注浆,重点处理好套壳料的填充和注浆孔的包裹,一是避免砂等细颗粒进入而堵管,引起注浆困难,二是避免盾构泡沫从管内冒出,三是减少泡沫的冲刷作用而引起地层的损失,这是保证注浆效果的关键。(6)洞内管片在通过冶金宾馆段应设置加强型管片,同时对位于隧道上方的桩柱利用钢支撑进行荷载转移。(7)加强建筑物和地面监控量测,及时反馈信息。(8)邀请有房屋鉴定资质的单位对这两处建筑物进行鉴定。 3.3　桩基础荷载转移施工措施       冶金宾馆的桩基础荷载大,经与该建筑的设计单位联系,了解到该基础荷载设计没考虑摩擦作用,没有一定的安全储备,在盾构通过建筑物基础前,需要对桩柱进行受力体系转移,单桩承载力按照300 t计算,需要2根Φ400×12钢管进行支撑,传力至两侧承台上,如图3所示。

3.4　盾构通过及监测情况 冶金宾馆打孔在室内进行,采用改进后的小钻机进行施工,重点是隧道上方一排桩的加固,两侧桩根据监测结果判断其是否注浆。共打孔34个,深度10~13. 85 m,注浆用水泥先后共178 t。对建筑物承力柱采用钢斜撑将荷载转移到隧道两侧的桩基上,防止该柱下沉,在注浆达到预期强度后再拆除,并实现体系转换,同时加强信息化施工。盾构机通过的建筑物稳定后的监测结果见表1。

4、结论       冶金宾馆是成都地铁1号线一期工程盾构施工2标通过的第一处桩基础建筑物。前期进行了大量的建筑物调查工作,取得了较详尽的资料。采用了地下掘进参数控制、地面跟踪注浆、荷载转移等施工措施,并在施工中加强监测,最终顺利地通过了冶金宾馆。论文结合在建成都地铁穿越冶金宾馆施工,介绍了盾构下穿既有建筑物时采用的地下掘进参数控制、地面跟踪注浆、荷载转移等方法,对卵石土地层中盾构的施工有着很好的借鉴意义。   参考文献 1、徐则民,黄润秋.深埋特长隧道及其施工地质灾害[M].成都:西南交通大学出版社, 2000 2、王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社, 2001 3、张凤祥,朱合华,傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004 4、竺维彬,鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京:中国科学技术出版社, 2006 5、夏才初,李永盛.地下建筑测试理论与监测技术[M].上海:同济大学出版社, 1999www.tmgc8.com
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