盾构下穿芙蓉大道隧道沉降控制技术研究.pdf
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1、77建筑科技2023 年 第 4 期盾构下穿芙蓉大道隧道沉降控制技术研究王盛(中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司)摘要:黏质粉土土层空隙率大,含水比较丰富,颗粒间作用力小,局部易液化,自稳性极差。以无锡至江阴城际轨道交通工程盾构区间在黏质粉土层中近距离下穿芙蓉隧道的施工为例,针对盾构近距离穿越黏质粉土地层对地层扰动大、穿越风险高的特点,通过选取试验段,选取合适的掘进参数及控制措施;由现场试验得出总结,确定了穿越过程中掘进技术参数,将沉降控制在要求范围内顺利穿越芙蓉大道,为相似穿越情况提供一定的参考经验。关键词:地铁隧道;盾构穿越;黏质粉土;沉降控制;注浆;监测中图分类号:U455.43 文
2、献标识码:A 文章编号:2096-3815(2023)04-0077-041工程概述1.1工程概况无锡至江阴城际轨道交通南门站汽车客运站区间线路为出南门站后向南拐入虹桥南路直行,侧穿天虹桥,下穿华侨路后下穿通道、侧穿应天桥后下穿虹桥隧道,之后沿虹桥南路直行进入汽车客运站。本区间采用3段曲线,曲线半径分别为1 200 m、3 000 m、2 500 m。线路中心线间距为1421 m。区间纵断面成节能坡,线路出南门站以28坡度下降,然后以缓坡上升,最后再以28.5坡度上坡至汽车客运站。隧道埋深约为10.730.5 m。区间盾构在左线ZJXDK6+322.3707ZJXDK6+352.8204,右线
3、YJXDK6+319.5295YJXDK6+349.9973下穿芙蓉隧道,分别对应环数为473环506环、471环504环。1.2工程地质及水文地质条件1.2.1工程地质条件汽车客运站南门站区间主要穿越土层为1淤泥质粉质黏土、3淤泥质粉质黏土、2-1黏质粉土、4粉质黏土、2黏土、3T粉砂、3粉质黏土。地基土特征自上而下如表1所示。表1汽车客运站南门站区间主要穿越土层特征层号地层名称颜色状态分布特征描述1-1粉质黏土 灰黄色软塑局部为软土上部硬壳层,切面稍有光泽,韧性和干强度中等1淤泥质粉质黏土青灰灰色流塑局部含少量腐殖质,夹薄层粉土;稍有光泽,干强度低,无摇振反应2黏质粉土灰色松散局部很湿,摇
4、振反应迅速,含云母碎屑,夹少量有机质及薄层粉质黏土2-1黏质粉土灰色稍密局部很湿,摇振反应迅速,含云母碎屑,含云母碎屑2-2黏质粉土灰色稍密中密局部很湿,摇振反应迅速,含云母碎屑,含云母碎屑3淤泥质粉质黏土灰色流塑局部含少量腐殖质,夹薄层粉土;稍有光泽,干强度低,无摇振反应4粉质黏土青灰灰色软塑局部稍有光泽,干强度低,无摇振反应1粉质黏土暗绿灰黄色可塑为主均有分布切面稍有光泽,韧性和干强度中等,含有铁锰质结核2黏土暗绿灰黄色硬塑均有分布局部可塑,切面有光泽,韧性和干强度高,含有铁锰质结核和钙质结核3粉质黏土灰黄灰色可塑、为主均有分布局部软塑,切面稍有光泽,韧性和干强度中等3T粉砂灰黄色中密密实
5、局部湿很湿,切面粗糙,干强度低,韧性低,摇振反应迅速1.2.2水文地质条件本标段地下水根据其埋藏条件,分为潜水、微承压水及承压水。潜水含水层主要存在于全新统Q4填土层、2黏质粉土层中,其透水性不均匀,主要接受大气降水的入渗补给。微承压含水层由1黏质粉土夹粉砂、2粉砂夹黏质粉78建筑科技2023 年 第 4 期土组成,具微承压性。承压水赋存于2粉土夹粉砂、2粉质黏土夹粉土、2粉砂和3粉砂中,含水层的补给来源主要为承压水的越流补给及地下迳流补给。1.3隧道下穿芙蓉大道工程难点分析南门站汽车客运站区间盾构下穿芙蓉大道隧道,该地层为黏质粉土,其特性空隙率大,含水比较丰富,颗粒间作用力小,局部易振动液化
6、,自稳性极差。芙蓉大道隧道为箱涵结构,桩基础,宽27.2 m,箱涵高度7.85 m,芙蓉大道下穿隧道的800 mm立柱桩从隧道底往下长16 m,桩基础底标高约22.029 m。受影响桩基有Z9-A1、Z9-A2、Z9-A3、Z9-A4、Z9-B1、Z9-B2、Z9-B3、Z9-B4、Z9-C1、Z9-C2、Z9-C3、Z9-C4,桩径均为800 mm,桩基距隧顶最近处约1.184 m(Z9-A3/B3/C3)。盾构穿越隧道过程中,若土压过大、出土少,则前方土体受到挤压,土压升高1,芙蓉大道隧道原四周的受力状态就会发生变化,产生变形;若土压过小,就会发生局部超挖,造成开挖面土体坍塌,芙蓉大道隧道
7、四周受力平衡受到破坏,发生沉降。盾构穿越芙蓉大道隧道是保证隧道沉降不超允许值,是本工程施工控制的重点及难点。2关键施工技术控制2.1盾构施工参数设定盾构穿越芙蓉大道隧道,采用试验段的方法确定盾构掘进参数和沉降控制,确保盾构机安全平稳地穿越芙蓉大道隧道。按照以往施工经验确定穿越前50环为试验段长度,即左线423环473环,右线421环471环为试验段(50环)。试验段线路位于圆缓曲线上,右转半径为2 500 m,坡度从28.583变为24.083,隧道顶部覆土23.13 27.24 m。在试验段进行盾构掘进参数及沉降控制方法的调整及测试,正式穿越时,地表沉降变形及建构筑物沉降均处在可控范围内2,
8、主要施工参数如表2所示。表2盾构穿越芙蓉大道隧道试验段施工参数序号设定参数参数设定要求1土仓压力值P的选定盾构在掘进过程中土压力的设定值为0.320.35 MPa,实际施工时,根据盾构所在的埋深、土层状况及地表监测结果综合进行调整2刀盘转速总推力:1 1001 500 t,根据土层情况及埋深情况实时调整;刀盘转速:1.01.2 rpm,螺旋机转速1.0 rpm;刀盘扭矩:1 1001 500 kNm(适时加入泡沫剂调节)3掘进出土量控制(1)每环理论出土量=3.146.970 21.2/4=45.8 m。考虑岩土的松散系数为1.2,实际每环出土量(虚方)约为54.96 m。(2)盾构穿越芙蓉大
9、道隧道段推进出土量控制在97%99%,即54 m/环55 m/环4渣土改良按2%3%配比,适当加入泡沫序号设定参数参数设定要求5掘进速度推进速度控制在4050 mm/min,手动操作,便于稳定螺旋机转速,从而控制排土量6同步注浆每环控制注入量6.0 m。背衬同步注浆压力控制在0.20.4 MPa7二次注浆管片脱出盾尾68环位置处实施二次注浆,每环控制量控制值为1.5 m,并及时打入环箍;在二次注浆后,根据监测数据,及时实施三次乃至多次注浆,二次补充注浆压力控制在0.51 MPa8管片拼装盾构机推进完成后等候510 min,等到周边土体稳定时再进行千斤顶的回缩,保持开挖面的平衡压力,管片拼装应平
10、稳、快捷,缩短时间,拼装完成控制在30 min内2.2同步注浆施工隧道内同步注浆采用“准厚浆”,注浆压力不得小于注浆量的最小值。结合试验段的经验,掘进过程中注浆压力控制在0.20.4 MPa,注浆量控制在6 m3/环左右。实际穿越芙蓉大道隧道中注浆速度随掘进速度实时调整。根据试验段掘进参数并根据下穿芙蓉大道时掘进速度与地面监测及掘进情况,严格控制推进过程中注浆量、注浆压力及注浆速度(包括浆液稠度严格控制在1012.5 cm),掘进时具体参数如表3、表4所示。表3同步注浆浆液配比材料水水泥粉煤灰消石灰膨润土砂每立方米重量/kg36010028080980表4同步注浆浆液性能表名称性能指标稠度/c
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