盾构穿越锚索处理技术研究

盾构穿越锚索处理技术研究

0侧穿大型向建筑大建筑网络锚索植物施工近年来，我国长距离铁路的快速发展，大型公共建筑不可避免地侧重于地铁线路的建设。因建筑群地下室结构多采用桩锚体系,部分锚索还侵入到规划道路范围内,给盾构施工带来诸多不便。以深圳地铁13号线后科区间盾构工程为研究背景,结合后科区间盾构成功穿越舜远金融大厦锚索群案例1项目总结1.1线路工程概况深圳地铁13号线后海站至科苑站区间左线起止里程为:ZDK2+910.454～ZDK3+646.091,长735.637m;右线起止里程为:YDK2+910.454～YDK3+646.095,长735.641m。下线拟采用2条平行单洞单线结构形式,线路间距12～17.2m,隧道埋深11.1～22.5m,线路最大纵坡2.8%,最小曲线半径600m,区间在里程YCK3+300处设置联络通道和废水泵房。区间正线采用盾构法施工,联络通道采用矿山法施工。线路出后海站向北敷设,依次侧穿卓越后海国际、阳光保险总部大厦(在建)、舜远金融大厦、中国南方电网大楼后进入滨海大道;区间线路在滨海大道南侧下穿既有秀丽电力隧道,然后下穿滨海大道向北敷设,依次下穿垃圾转运站、侧穿深圳市燃气站后沿东北方向拐入科苑南路,最终进入科苑站。1.2原始地貌:海积平原地貌深圳市城市轨道交通13号线工程后海站至科苑站区间,地形略有起伏,区间左线地质纵断面如图1所示。地面高程4.20～9.42m,原始地貌为海积平原地貌。区间地貌自上而下为:素填土<1-1>、淤泥质土<4-1-2>、砾砂<5-3-5>、可塑砾质黏性土<8-1-1>、全风化黑云母花岗岩<11-1>、强风化黑云母花岗岩(土状)<11-2-1>,洞身主要位于砾质黏性全风化花岗岩、强风化花岗岩、局部微风化花岗岩地貌。1.3预应力锚索成孔与注浆舜远金融大厦支护桩桩径Ф1.2m,桩间距1.6m,嵌固深度7.0m;预应力锚索采用专业锚杆钻机成孔,孔径Ф150;锚索2次注浆,第1次为常压注浆,第2次为高压注浆,注浆压力不少于2MPa,注浆液为P.O.42.5R纯水泥浆,水灰比0.45～0.55。锚索群范围如图2所示,锚索参数见表1。2付款措施2.1清理锚索的施工控制区间正线隧道在里程范围ZDK3+028.000～ZDK3+117.500,YDK3+029.000～YDK3+116.650内(隧道80～134环)正穿舜远金融大厦支护结构预应力锚索,由小里程往大里程方向正线盾构隧道线间距变小,埋深降低,且与舜远金融大厦水平净距减小。采用旋挖钻机钻孔与盾构掘进控制相结合的方式清理锚索。由于旋挖机钻孔技术清理锚索对地层扰动较大,会破坏地层内成型的注浆土体,影响防水效果,故旋挖钻成孔清理锚索工序要在注浆加固之前进行。舜远金融大厦锚索区旋挖桩位平面布置如图3所示。由图3可知,预应力锚索为4×7Ф5钢绞线,布置间距1.6m,最大设计拉力400kN。根据锚索选型、测量定位误差及旋挖机功率,选用钻头直径为1.2m的中型旋挖机进行施工作业,距离右线隧道边2m处布置旋挖桩(Ф1.2m,线路纵向桩心距1.6m),桩深以穿过坑底2.0m为准,共计51根。布置旋挖桩要有一定的时间间隔,防止同时施工引起土体松动,清除锚索后需及时回填钻孔。2.2地层开仓区域为防止盾构停机时发生地面坍塌以及因挖开面暴露时间过长造成地表沉降等状况,在锚索影响区设置地层加固区以提高土体的承载力保证盾构机安全掘进各地区地层情况复杂多样,故旋喷桩施工前要对本区域土体进行试桩。本区域土体中旋喷桩有效扩散半径为0.5m,通过调整水泥参入量(15%～35%)及注浆压力等参数,满足无侧限抗压强度大于1.0MPa,渗透系数小于1.0×10以每2环(单环管片宽度1.5m)为1加固单元和掘进单元进行区域划分,均匀布置地层加固区,确保盾构掘进,遇到掘进参数异常等情况能及时进行停机开仓处理。具体加固形式如图4～5所示:沿隧道线路纵向每间隔3m设置1个加固区(3m×8.7m阴影区域),加固采用双重管高压旋喷桩(Ф0.6m,横纵向桩心距0.45m),旋喷桩水泥参入量20%。加固范围:盾构外轮廓上部、下部、左右分别为3,2,1m。3采井控制措施3.1地层开仓检查盾构穿越锚索段主要为砾砂层,地层十分敏感,自稳性差。在盾构掘进过程中,地层受扰动很容易发生沉降变形。由于锚索段掘进需定期开仓检查,在停机过程中,地层中的地下水受扰动汇向土仓可能性增大,一旦地层失水严重,将会造成地面坍塌、周围管线及建筑物沉降等破坏。掘进过程中刀盘上锚索缠绕过多,使刀盘扭矩增大,刀盘开口减小;锚索段被切割后进入土仓及螺旋机,造成螺旋机卡死,导致螺旋机闸门无法正常关闭,成型隧道与刀盘掌子面无法隔离,一旦发生涌水涌沙情况将导致大面积塌方。3.2处理措施盾构掘进过程中,地层受扰动发生沉降变形时可采取以下应对措施:11挖掘前预处理在地面进行注浆加固,提前填充松散砾砂层,能够对管线起到一定保护作用。2掘进至1.0掘进过程中采用土压平衡模式掘进,掘进至1300mm时减少或不出土,掘进至1500mm时使土仓顶部压力达到或略高于设定值以稳定开挖面,控制地表沉降,将对地层的影响降到最低;掘进速度控制在20mm/min,出土量控制在70～80m3锚索开仓检查及时进行地质雷达探测,确认下方有无空洞发育。若发现空洞,需通过地面注浆对地层进行加固。锚索段掘进过程中,尽可能做到有计划开仓检查,定期检查刀盘,清理锚索,避免因掘进困难造成被动开仓;开仓位置尽量选在地面预注浆加固过的范围内;停机开仓检查次数按实际施工情况进行选择;避免因扭矩增大、出渣不畅或螺机闸门卡死等原因导致被动开仓。3.3锚索段主要掘进情况盾构掘进前需根据标准段掘进参数确定通过锚索区域的各项参数及掘进控制措施,具体措施如下:1)掘进速度控制:盾构掘进时速度不宜过快,控制在20mm/min为宜,速度过快将导致1处锚索没有通过,又与下处锚索重叠,增大刀盘扭矩。刀盘扭矩随地层锚索分布情况变化较大,锚索区拟定掘进初始控制值1400kN·m。2)刀盘转速及方向控制:控制范围为1.2～1.3rpm,刀盘转速不宜过快,防止刀齿崩裂;需定时转换刀盘旋转方向,防止锚索缠绕。3)总推力控制范围1400～1600kN,保证刀盘贯入度,更好磨断锚索。4)密切关注螺旋输送机出土情况,检查是否有锚索排出,同时密切关注渣温情况,若渣温升高,应及时进行渣土改良。区间正线隧道在里程范围ZDK3+028.000～ZDK3+117.500,YDK3+029.000～YDK3+116.650内(隧道82～134环)正穿舜远金融大厦支护结构预应力锚索,锚索区段(80～134环)实际掘进参数如图6所示。后科区间右线锚索区覆盖范围以后海站为起点,盾构机总掘进环数82～134为终点区域。在盾构机进入锚索区前停机进行重大风险源施工前条件核查,该处参数变化较大。锚索区盾构掘进预设参数:掘进速度20mm/min;刀盘转速1.25rpm;总推力1500kN;刀盘扭矩1400kN·m。由图6可知,锚索区内盾构机掘进各项参数变化幅度较大,掘进过程中实际总推力大于预设推力、实际刀盘扭矩远大于预设扭矩、实际刀盘转速小于预设刀盘转速。在旋挖钻机成孔截断清除锚索过程中,82～96环段实际地下锚索位置与舜远大厦基坑围护结构设计图点位较吻合,锚索清理效果较好,盾构机掘进时未截断的锚索较少;97～134环段地下锚索位置与设计图点位差异较大,旋挖钻机截断清理效果较差,盾构机掘进时未截断的锚索较多。对比分析82～96环段(推力以预设参数为基准值得到实际参数标准差如下:推力由上述实际参数极差和标准差可知,锚索区段盾构掘进参数(推力、扭矩、转速)在锚索截断清理效果较好的82～96环段(3.4锚索开仓清理旋挖钻机成孔截断技术并不能将掘进施工过程中遇到的锚索完全清除,因此在掘进过程中需根据掘进参数变化及土仓可视化系统确认刀盘上锚索缠绕情况,必要时需开仓人工清除锚索,如图7所示。在后科区间锚索加固段中间里程点及终点共进行2次开仓清理,包括刀具检查和锚索清理。刀具检查工艺流程:开仓准备→开仓确认→进仓→鉴定工况→检查刀盘锚索缠绕情况→出仓转动刀盘重新进仓;锚索清理流程:开仓准备→开仓确认→进仓→鉴定工况→刀盘清理→切除锚索(采用液压钳进行锚索切除)→出仓。锚索段掘进过程中,尽可能做到有计划开仓检查,开仓位置尽量选在地面预注浆加固过的范围,停机开仓检查次数按实际施工情况进行选择。施工过程中要定期检查刀盘,清理锚索,避免因扭矩增大、出渣不畅或螺机闸门卡死等因素导致被动开仓。4土壤沉降和监测4.1锚索段周边监测在盾构施工过程中,受地质、荷载条件等外界因素影响,从理论上很难预测工程中遇到的问题,必须结合周边环境周期性监测结果,及时调整施工进度并采取相应措施,确保道路、市政管线及建(构)筑物的正常使用。为了解盾构掘进施工对锚索段周边环境产生的影响,需加强对周边环境的监测,确保施工引起的隆起或沉降值在控制范围内。主要监测对象为周边重要建筑物及管线、施工区域地表沉降和土体分层沉降。监测频率:掘进前至少监测3次并取平均值作为初始值;掘进过程中监测12次/d;掘进后15～30d内每2d复测1次,各监测项目预警值见表2。4.2远金融新城监测点沉降为做好全面监测,在盾构掘进施工前布设好监测点。后科区间地面沉降监测点共布设263个。周边建(构)筑物沉降监测点共61个,舜远金融大厦布设沉降监测点15个。现取加固区前、中、后阶段线路正上方的地面沉降监测点DBC16-6(裸露土)、DBC21-6(裸露土)、DBC23-2(裸露土)及舜远金融大厦部分建筑物沉降监测点进行分析。图8～9分别表示舜远金融大厦锚索区监测点布设和锚索群加固区域实景图。监测点DBC16-6、DBC21-6及DBC23-2检测值变化如图10所示,舜远金融大厦监测点沉降值见表3。由图10(a)可知,10月21日盾构机通过监测点DBC16-6后,监测数据变化较明显,沉降值15.4mm,10月20日～11月15日总沉降值为21.12mm;由图10(b)可知监测点DBC21-6在10月27日～28日沉降变化较明显,沉降值31.85mm;由图10(c)可知监测点DBC23-2在11月8日～9日沉降变化较明显,沉降值10.67mm。结果表明:各地面测点(各测点位置为裸露地表,无建筑物)在盾构机穿越前后数据变化平稳,穿越测点当日监测数据波动较明显,沉降变化符合常规盾构掘进地表沉降规律且未达到沉降预警值。由表3可知舜远金融大厦监测点累计最大沉降值在第2周,JGC8-06累计沉降1.76mm,其余各点累计沉降值均未超过1.76mm,并且该测点沉降量测值在第3周相对第1周已减小至1.29mm。在整个锚索群区域掘进过程中,地面沉降点位监测值变化较规律,均未达到沉降预警值;舜远金融大厦各监测点的监测值变化较小,累计沉降值及沉降速率变化较小。5硬塑砾质土锚索区支护结构的加固设计1)深圳地铁13号线后科区间盾构穿越舜远金融大厦锚索群是较为成功的工程案例,该工程采取