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砂卵石地层EPB对条基建筑物影响分析及保护
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内容提示：本文结合成都地铁施工通过的第一处建筑物的施工,介绍在成都卵石土地层中土压平衡盾构机下穿条形基础的建筑物施工经验。掘进前对建筑物沉降进行了数值模拟,确定了理论上该建筑的允许沉降值,盾构下穿建筑物时采用地下掘进参数控制、地面跟踪注浆的方法,最大可能的降低建筑物沉降,经实践证明是成功的,对该类地层的盾构下穿建筑物提供了有益的施工经验。
【摘 要】:本文结合成都地铁施工通过的第一处建筑物的施工,介绍在成都卵石土地层中土压平衡盾构机下穿条形基础的建筑物施工经验。掘进前对建筑物沉降进行了数值模拟,确定了理论上该建筑的允许沉降值,盾构下穿建筑物时采用地下掘进参数控制、地面跟踪注浆的方法,最大可能的降低建筑物沉降,经实践证明是成功的,对该类地层的盾构下穿建筑物提供了有益的施工经验。（参考《建筑中文网》）
【关键词】:砂卵石;盾构;下穿;条基建筑;数值模拟;跟踪注浆
1 工程概况
成都地铁盾构区间隧道穿越的地层为富水砂卵石地层,卵石含量达70%以上,粒径在100mm以上,并含有漂石,在该地层中进行盾构施工,在国内甚至国外尚没有成熟的经验,主要表现是地层敏感,成拱效应差,地层沉降控制困难,因此下穿建筑物时,确保建筑物的安全就显得格外重要。
四川省经委办公楼为苏式建筑,建于50年代,通过对建筑物实物调查,楼层结构为四层砖混结构局部五层;经人工开挖探明,基础类型为条型钢筋混凝土基础,基础厚0.4m,宽1.3m,埋深1.3m。
2 模拟分析
2.1 结构内力及位移模拟计算
采用平面应变模型模拟盾构掘进时办公大楼结构的应力及变形情况,采用二维梁单元模拟办公大楼结构体。
由以上抓取的内力图及位移图可以看出:结构集中分布在房屋底部,因此除结基础的沉降及屋顶的侧向偏移密切监测外。还要对一楼及二楼的墙体及楼板也纳入监测内容。随着隧道二次下穿后,结构的应力位移均有较大程度的增加,弯矩由27.6KN·m增加到125.6KN·m,轴力由11.48KN增加到48.33KN,剪力也由9.38KN增大到26.20KN,房屋整体向右侧斜,屋顶的侧向偏移由5.36mm增加到13.94mm;竖向沉降由4.44增大到9.14mm,水平位移增大到13.91mm。
由图8可以看出,房屋出现了倾斜,由于盾构的掘进,地层产生了一定的沉降,房屋条形基础在该作用的影响下,左右产生了沉降差,使得房屋产生倾斜。地层采用了比较合理的加固措施,使用倾斜值比较小,楼顶偏移的最大值为5.398mm。
由图9可知,竖向位移随着隧道的逐步开挖,其量值逐步增大,最终位移为3.909mm,而横向位移的相对量值也是逐步增大的,其最终值3.742mm。
2.2 模拟计算结论
通过上述的数值模拟分析可以得出结论:在该加固措施下,竖向沉降控制在4mm以内,横向位移控制在4mm以内,结构的内力、结构的变形均可满足使用要求。
3 下穿四川经委及安监局办公楼掘进控制及加固措施方案
为确保建筑物的安全,主要从地下掘进参数控制及地面加固两个方面着手。
3.1 地下掘进参数的控制
①快速通过即是不停机,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30mm/min~40mm/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100m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,每环出碴量控制在55m3以内(4车碴)。
③保证同步注浆饱满
根据目前注浆统计看,注浆量控制在8m3左右,注浆压力2bar~3bar。最大程度利用同步注浆填充满管片背后的间隙。同步注浆浆液的配合比如如表1所示。
要求干料充分搅拌后,再加水搅拌,确保浆液搅拌均匀。各种材料比例控制准确。
④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。注浆管片置于盾尾后3环~4环的位置。注浆点位主要在拱顶。
3.2 地表采取跟踪注浆加固措施
为保证盾构机安全通过四川经委、安监局办公楼,我们除在盾构施工过程中的控制外,还要对建筑物采取跟踪注浆加固措施。
3.2.1 施工要点
(1)注浆时机的选择:地面跟踪注浆时机必须在盾构机过后且要在盾尾脱出管片2m~3m时才开始注浆。对于成都这种砂卵石地层,采用这种先让盾构机通过待地层稍有松散时再进行注浆是非常有效的。盾构机通过后地层受到的扰动,地层就变得松散,这时浆液比较容易注进。过早开始注浆,浆液会把盾尾密封刷固结使其失去自身功能。另外还易使盾体固结,增大推进阻力,影响正常掘进。如果注浆过晚,土体松散速率过快导致地面沉降速率加快,提前使建筑物破坏,注浆就起不到效果。
(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3bar,注浆时压力保持在0.1MPa~0.2MPa。压力过小,浆液不能充满土间空隙, 使沉降会持续下去稳定时间过长,对建筑物造成不利影响。
压力过大,会使地面隆起或浆液从地面其他地方溢出,对建筑物也会造成不利影响。
(3)要求浆液要通过试验确定,具有较早的浆凝结时间和较高的后期强度。
(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3m以上,由于钻孔会对地层有一定的扰动,在盾构通过时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,结合现场实际,孔距为房间开间宽度3.9m。
(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,一是避免沙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。
3.2.2 实际效果
盾构机通过后建筑物累计沉降最大值为-4.35mm,最大沉降点的沉降速率为-1.31mm/d。实际沉降没有超过数值模拟计算的数值,建筑物结构安全稳定,确保了建筑物的安全。
参考文献
[1]隧道工程.王毅才人民交通出版社2001年7月.
[2]盾构隧道张凤祥朱合华傅德明人们交通出版社2004年9月.
[3]复合地层中的盾构施工技术竺维彬鞠世健中国科学技术出版社2006年5月.
[4]建筑施工手册中国建筑出版社2002年12月.
[5]地下建筑测试理论与监测技术夏才初李永盛同济大学出版社1999年.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/8900.htm
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