富水砂卵石地層盾構(gòu)管廊“先盾后井”技術(shù)研究與應(yīng)用

劉寶山

中建股份有限公司東北區(qū)域總部 遼寧沈陽(yáng) 110000

1 工程概況

沈陽(yáng)市地下綜合管廊（南運(yùn)河段）項(xiàng)目某一節(jié)點(diǎn)井，基坑尺寸為22.4×22.4m，深18.5m，屬深基坑，此處交通擁堵、管線復(fù)雜，周邊建筑離基坑較近，北側(cè)臨近的8層建筑離基坑僅有10m。因管線遷改、交通導(dǎo)行等困難，無(wú)法滿足盾構(gòu)到達(dá)前完成節(jié)點(diǎn)井主體結(jié)構(gòu)，擬采用先盾后井施工方法。

2 施工重難點(diǎn)

①需要解決盾構(gòu)順利穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)前提下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)又能有足夠強(qiáng)度、剛度來(lái)滿足后期基坑開(kāi)挖施工的安全需要；

②需要解決盾構(gòu)穿越后形成吊腳樁后內(nèi)支撐體系的設(shè)計(jì)，既要滿足吊腳樁安全，又要方便施工；

③需要解決先盾后井留在井內(nèi)管片的安全快速拆除問(wèn)題。

3 解決措施及技術(shù)創(chuàng)新

3.1 圍護(hù)樁施工

由于基坑最下面一道支撐距離基坑底部距離較常規(guī)基坑支撐布置的距離較遠(yuǎn)，圍護(hù)樁側(cè)向壓力較大，故將“先井后盾”時(shí)直徑800mm間距1000mm圍護(hù)樁樁徑加大到直徑1200mm，間距1600mm，確保基坑開(kāi)挖安全。

在節(jié)點(diǎn)井洞門開(kāi)洞處采用玻璃纖維筋混凝土替代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土樁體，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)更容易地對(duì)圍護(hù)樁樁體進(jìn)行切削。

圖1 玻璃纖維筋位置

圖2 玻璃纖維筋施工

玻璃纖維筋直徑宜大于原設(shè)計(jì)普通鋼筋一級(jí),搭接長(zhǎng)度≥40d。玻璃纖維筋與普通鋼筋搭接采用與筋材直徑相適應(yīng)的鋼制U形卡固定。搭接處同一斷面應(yīng)錯(cuò)開(kāi)50%，且接頭間距不小于1.8m。圍護(hù)樁普通鋼筋籠與玻璃纖維筋籠分段吊裝，在孔口連接，保證連接質(zhì)量。圍護(hù)樁鋼筋籠上預(yù)埋盾構(gòu)過(guò)站后下層鋼筋砼圍檁所需錨筋。

3.2 端頭加固

“先盾后井”工法區(qū)別于“先井后盾”技術(shù)，不需要在節(jié)點(diǎn)井與盾構(gòu)隧道交界處做過(guò)大范圍旋噴加固，節(jié)約了盾構(gòu)刀盤切屑旋噴加固部分而影響盾構(gòu)推進(jìn)的速度的時(shí)間。

端頭旋噴加固范圍為洞身上下左右各3m，加固長(zhǎng)度由原始發(fā)端8m、接收端6m，縮減為始發(fā)端與接收端均是3排旋噴樁。

端頭加固采取Φ550雙重管高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固，形式為Φ550@400mm，相鄰樁間咬合為150mm。旋噴樁無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa。

3.3 盾構(gòu)截樁通過(guò)

圍護(hù)樁與端頭加固施做完成，強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，盾構(gòu)機(jī)方可穿越節(jié)點(diǎn)井范圍，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)端頭旋噴加固范圍時(shí)，應(yīng)放慢推進(jìn)速度，防止對(duì)圍護(hù)樁沖擊過(guò)大，損壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)。拼裝圍護(hù)樁軸線上的管片時(shí)，適當(dāng)加大同步注漿量，將盾構(gòu)機(jī)與管片外間隙填充密實(shí)，避免基坑挖土?xí)r，該部位縫隙土掉落，基坑失穩(wěn)。“先盾后井”工法施工難點(diǎn)在于盾構(gòu)管片的拆除，為方便拆除管片，節(jié)點(diǎn)井范圍內(nèi)需拆除的管片采用通縫拼接方式。

圖3 盾構(gòu)通過(guò)BIM模型展示

圖4 管片縱縫拼裝

3.4 內(nèi)支撐體系

通過(guò)加大圍護(hù)樁樁徑，采用“混凝土支撐+鋼支撐“體系。加強(qiáng)圍護(hù)樁配筋及樁徑，增加樁體強(qiáng)度，保證基坑開(kāi)挖過(guò)程中的穩(wěn)定性。非盾構(gòu)隧道范圍：為防止盾構(gòu)切斷的吊腳樁踢腳變形，首道和盾構(gòu)管片上部一道采用砼支撐，中間采用鋼支撐。盾構(gòu)隧道范圍：由于樁體強(qiáng)度增加，支撐布置間距可增大，內(nèi)支撐可避開(kāi)盾構(gòu)隧道范圍。

3.5 隧道內(nèi)加固

吊腳樁摩擦力降低，自重壓迫至管片上產(chǎn)生豎向壓力，直接導(dǎo)致洞口環(huán)管片受力狀態(tài)改變，可采用管片內(nèi)支撐的方法抵消此部分力即可。因此提前在隧道內(nèi)，吊腳樁下的一環(huán)管片設(shè)置“米”字撐：①提前測(cè)量在隧道內(nèi)管片上定位出吊腳樁的樁中心點(diǎn)，并做好標(biāo)記；②采用Φ108的鋼管運(yùn)輸至標(biāo)記位置，進(jìn)行安裝；③鋼管柱一頭為鋼板封口，另一頭安裝機(jī)械千斤頂，安裝時(shí)，用千斤頂進(jìn)行加力頂緊；④鋼管按如圖“米”字布置，鋼管中心及端部采用鋼筋連接，保證支撐形成整體。

圖5 提前進(jìn)行“米”字撐施工

3.6 基坑開(kāi)挖

在基坑開(kāi)挖前將盾構(gòu)區(qū)間與節(jié)點(diǎn)井接口處兩環(huán)管片的連接螺栓拆除，最大程度的避免由于拆除的管片變形引起成型盾構(gòu)管片位移，需對(duì)兩側(cè)管片進(jìn)行縱向拉緊加固和內(nèi)部環(huán)向加固處理。

降水方式采用逐層降水、逐層開(kāi)挖，保證降水的連續(xù)性，降水水位保證在開(kāi)挖面下1m左右，避免因降水太深導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力引起管片沉降超限。

由于“先盾后井”基坑開(kāi)挖時(shí)，端頭洞門處圍護(hù)樁已被截?cái)啵幱凇暗跄_樁”狀態(tài)，此時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)十分不穩(wěn)定，應(yīng)放緩?fù)谕了俣龋芮斜O(jiān)控基坑邊水平位移和沉降。

3.7 管片破除

在盾構(gòu)區(qū)間未完成之前，基坑土方開(kāi)挖不能拆除及損壞節(jié)點(diǎn)井內(nèi)的盾構(gòu)管片，挖掘機(jī)挖土至管片位置時(shí)，應(yīng)放慢挖土速度，避免對(duì)管片產(chǎn)生過(guò)大沖擊，必要時(shí)可采用人工挖土。

由于后續(xù)基坑開(kāi)挖會(huì)對(duì)盾構(gòu)隧道產(chǎn)生顯著影響，影響區(qū)域主要集中在靠近基坑外側(cè)10環(huán)管片范圍內(nèi)，拆除管片會(huì)改變已成型的盾構(gòu)隧道的受力狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)井兩端管片因井內(nèi)管片拆除而出現(xiàn)臨空面，節(jié)點(diǎn)井兩端管片會(huì)產(chǎn)生向井內(nèi)方向收縮的趨勢(shì)，因此需對(duì)靠近基坑兩側(cè)的10環(huán)管片進(jìn)行縱向拉緊加固和內(nèi)部環(huán)向加固處理。

在基坑開(kāi)挖及管片拆除施工過(guò)程中需加強(qiáng)監(jiān)控和量測(cè)，嚴(yán)格記錄盾構(gòu)區(qū)間在工藝井各個(gè)開(kāi)挖階段產(chǎn)生的位移和變形，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)即時(shí)反饋，做到動(dòng)態(tài)施工，若有情況能及時(shí)有效的采取應(yīng)急措施。

管片拆除為了保證管片內(nèi)外部土壓平衡，又能兼顧考慮人與機(jī)械的安全同行，施工方法步驟如下：

圖6 管片拆除的施工方法

①機(jī)械開(kāi)挖至管片上方，露出管片；

②在管片上破除400*400的孔，間距6m；

③將土方從孔洞灌入隧道內(nèi)；

④拆除管片兩側(cè)B塊，并隨之清理土方至下一道拆除標(biāo)高；

⑤如此以便拆除管片、一邊開(kāi)挖土方直至拆除完成。

此種作業(yè)方法大大減少了管片拆除的風(fēng)險(xiǎn)，也方便了人與機(jī)械的通行，是相對(duì)穩(wěn)妥的管片拆除方法。

3.8 主體結(jié)構(gòu)施工

節(jié)點(diǎn)井內(nèi)管片拆除完畢，基坑開(kāi)挖到底后，開(kāi)始施做節(jié)點(diǎn)井主體結(jié)構(gòu)。

施工區(qū)間洞門處結(jié)構(gòu)時(shí)，嚴(yán)格控制洞門處結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量，避免后期出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

4 監(jiān)測(cè)

基于先盾構(gòu)后井施工方式的特點(diǎn)及工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為實(shí)現(xiàn)高頻率數(shù)據(jù)采集，引進(jìn)巖土工程云監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)用于節(jié)點(diǎn)井關(guān)鍵結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)能夠及時(shí)給現(xiàn)場(chǎng)提供準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)施工，為施工安全提供保障。施工期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常可控。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)先盾后井施工中遇到的實(shí)際問(wèn)題而展開(kāi)研究，形成了一整套相對(duì)完備的關(guān)鍵技術(shù)，主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

①解決盾構(gòu)施工速度快，節(jié)點(diǎn)井不滿足在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前完成主體結(jié)構(gòu)施工的問(wèn)題；取消盾構(gòu)接收與始發(fā)的過(guò)程，提高盾構(gòu)掘進(jìn)效率，避免盾構(gòu)進(jìn)出洞的風(fēng)險(xiǎn)；

②節(jié)點(diǎn)井端頭加固范圍減少，節(jié)約了由于盾構(gòu)刀盤切屑旋噴加固部分降低盾構(gòu)推進(jìn)速度的時(shí)間，降低旋噴加固費(fèi)用；

③避免其他因素影響盾構(gòu)施工進(jìn)度，保證盾構(gòu)施工工期，工程綜合效益好。