小曲線半徑盾構施工重難點及控制措施

中電建武漢建設管理有限公司 湖北 武漢 430000

地鐵設計規范中線路平面最小曲線半徑的取值標準為切入,指出曲線最小半徑的取值和地鐵線路的分類有關,認為其他行業對盾構隧道的最小半徑取值標準規定未基于實際使用服役環境工況,預測未來城市復雜環境下地下管廊基礎設施的規劃、設計和建設不可避免面臨更多的小半徑曲線盾構隧道。結合工程實測數據,對小半徑盾構隧道管片行為進行了分析,發現小半徑曲線段盾構施工總推力與直線段存在明顯差異,認為合理控制小半徑曲線段施工管片所承受的不平衡推力、保證管片與圍巖體之間開挖空隙的有效注漿填充及提高注漿體初凝強度應成為預防管片病害的關鍵性技術。

1 工程概況

某軌道交通盾構下穿降橋市場人行天橋為例。左線隧道與樁底豎向凈距約1．0m,右線隧道與樁底豎向凈距約0．6m,下穿地質條件為泥巖、粉砂質泥巖,且下穿段處于右轉450m的小半徑曲線上,施工風險極大。

2 施工難點分析

由調查顯示,天橋為四跨等截面連續鋼箱梁,天橋橋墩采用異形橋墩造型,主梁基礎采用1．2m鉆孔灌注樁,樁長14m,梯道基礎則采用直徑為0．8m的鉆孔灌注樁,樁長10m。現場已經發現橋梁伸縮縫滲水嚴重,上部結構混凝土構件及墩臺底部混凝土剝落嚴重,鋼筋露出、銹蝕嚴重。右線隧道盾構穿越時距天橋樁基底部僅0．6m(刀盤約0．46m),且處于450m小半徑的曲線上,如果盾構穿越過程中控制不當,那就有可能造成天橋發生不均勻沉降,導致天橋裂縫發育,危及天橋及盾構。

3 關鍵施工技術措施

3．1 超前控制措施

3．1．1 斜管注漿 對天橋樁側土體采用袖閥管進行斜管預注漿加固。注漿采用低壓慢注,于樁基兩側對稱同步注漿。根據現場周邊管線情況布設袖閥管并調整埋設角度。注漿過程中對天橋及周邊重要管線進行直接監測,嚴格控制注漿對天橋及管線的影響。

3．1．2 型鋼支撐 盾構穿越過程臨時封閉天橋,對盾構下穿橋墩處采用型鋼支架支托措施,型鋼支架頂部安裝千斤頂,如盾構穿越天橋時不均勻沉降超過5mm,應采用千斤頂于天橋支座處對橋梁主體進行頂升至不均勻沉降小于5mm,并在其支座處加人橡膠支座墊片。型鋼支架待天橋樁基沉降穩定且結構確認安全后方可拆除。

3．1．3 特殊管片 盾構掘進時,將在盾構隧道位于橋樁下方位置安裝預制鋼管片,為天橋的結構安全及盾構的順利施工創造條件。

3．1．4 監控量測 盾構掘進距離人行天橋樁基礎20m前,即對人行天橋樁基礎及周邊土體進行持續監測。

1)施工全過程安排測量人員24h監測巡視。

2)沉降監測 橋墩沉降監測點直接設置于橋墩上并進行保護,具體布置位置及數量由現場確定。

3)傾斜監測 使用投影法計算傾斜角進行實時監測。

4)裂縫監測 在監測建筑物上設置裂縫監測點,對裂縫使用布設鐵皮的方法進行監測。

3．2 掘進過程控制

3．2．1 參數控制 1)嚴格控制盾構姿態,在盾構到達下穿天橋前10環內將姿態控制在適宜范圍內。2)嚴格控制土倉土壓,防治土體因超挖量過大造成的塌陷。3)控制驅動速度控制在30～40mm/min,刀盤轉數1．2～1．6r/min。4)同步注漿壓力小于0．3MPa,注漿量至少保證理論注漿量的120%～150%。

3．2．2 盾構姿態控制 下穿人行天橋時,盾構處在右轉450m小半徑曲線段,為了確保隧道的最終控制軸線在技術規范允許的范圍內的偏差,同時保證天橋的安全,提前將盾體前端水平姿態控制在＋10～30mm,前點姿態控制在－20～0mm。

4 參數現場施工控制措施

4．1 掘進參數 為保安全快速的下穿天橋;根據以往掘進經驗及該段的相關理論依據。盾構在實際掘進過程中,速度控制在驅動速度控制在30～40mm/min,推力控制在1200～1500t,刀盤轉速控制在1．2～1．6r/min,扭矩控制在2600～3200k Nm,螺旋機的轉速根據掘進速度與土倉壓力的變化來控制;由于該段轉彎半徑較小,采用短行程多循環的掘進方法,也就是說,在推進過程中,每隔400～500mm適當收縮千斤頂,不但可以釋放千斤頂與管片的不均勻應力,而且有助于調整盾構掘進的方向,同時水平油缸壓力差值不宜過大,差值應不大于40bar,以避免推進時壓力過大對管片造成損傷。

4．2 渣土改良 盾構在掘進過程中向掌子面和土倉內適當注入泡沫劑能有效降低泥巖強度以利于開挖,降低了刀盤扭矩,減小了刀具磨損,同時減小了渣土透水性。發泡劑的使用量參數主要取決于3個參數:稀釋液濃度(x)、發泡倍率(FER)和注入率(FIR),根據計算每環泡沫劑用量為48L。實際施工過程中根據出土的流塑性、刀盤扭矩、推力來調整泡沫劑的比值和注入量,實際用量約為60～70L/環。

4．3 出土量控制 對出土量進行三控,即體積、重量、實測。1)體積根據土箱體積計算。2)重量根據龍門吊稱重系統進行計算。3)實測根據天然狀態下泥巖地質密度及每環加水量然后經過實測出渣土的密度反算出每環出土量是否與實際匹配來判斷超挖并采取相應措施。掘進過程中可通過掘進300mm出渣0．7斗,每斗容積為17方來控制。

4．4 注漿控制 根據下穿天橋處地質情況,在實際施工過程中,同步注漿方量按照理論注漿方量的130%～150%控制,即5．3～6．0m3/環,管片寬度1．5m。同時,在隧道與天橋樁基礎交匯區及前后10m范圍進行洞內二次注漿,充填管片背后的空腔。注漿過程中根據監控的數據反饋,實時調整注漿參數。

5 結語

綜上所述,本工程小曲線半徑土壓平衡盾構超近距離下穿橋梁施工難點及特點鮮明,技術措施效果明顯,可參考性強,對其它類似工程可以起到參考和借鑒作用。