成都地铁2号线老旧建筑物穿越既有建筑物的改造

成都地铁2号线老旧建筑物穿越既有建筑物的改造

1区间隧道概况成都地铁2号线位于成都市老城区的苍鹭村站。该房产已完成成都地铁3号屋顶机的压力容忍和完成。区间隧道左、右线长各约1km,平面线形由直线和曲线组成,曲线半径400m,线间距13m,线路纵向呈V形坡,最大坡度21‰,区间轨面最大埋深28.5m,最小埋深12.8m。区间隧道在曲线段曾26次穿越长达480m的密集建筑群,建筑物为20世纪八九十年代的老旧楼房,大多为浅埋条形基础,砖混结构,楼高6～8层,这些楼房在汶川地震后均出现了不同程度的下沉和开裂,该区间目前在成都地铁连续穿越建筑物数量最多,工程安全风险极大。盾构掘进地层为362稍密卵石土、363中密卵石土、364密实卵石土,卵石含量高达60%～85%,粒径以50～100mm为主,个别卵石达到350mm,区间范围内局部夹透镜体砂层。2土壤污泥注射技术2.1第四系改变式注浆机工程概况由于区间线路上方楼房周边多为绿化或散水,地层较为松散,盾构机在砂卵石地层中施工对周围地层扰动很大,极易造成地面沉降过大,进而威胁房屋安全,所以在盾构机穿越房屋之前需要提前对穿越的房屋进行注浆加固。由于本标段盾构机穿越房屋众多,选取其中比较有代表性的一栋楼(见图1、2)进行论述,根据施工前调查,该楼整体呈L形,上部为砖砌7层结构,下部为条形基础,基础深约2.5m,位于第四系全新统冲积层(Qal44al)中的卵石土<26>地层上,该处隧道埋深14m,盾构区间左、右线均要穿越该楼。穿越前在该楼周边共垂直打设了19根袖阀管注浆孔(见图3～图4),注浆孔平均深12.5m,间距3m。在盾构机通过房屋前15d开始进行注浆,采用单液注浆机施工,材料为早强水泥以确保加固强度。浆液由水、水泥配制而成,配合比为水∶水泥=1∶0.8。注浆压力控制在0.4～0.6MPa,当注浆压力超过0.6MPa时,易造成地面冒浆,同时压力上升较快,易造成硬化地表隆起或堵塞附近雨、污水管。注浆方法为后退式注浆,即将与预埋袖阀管配套的袖阀枪插入袖阀管底,注入一段后向上提升,逐层对土体进行加固直至地表,注浆完毕后及时清洗注浆孔,以便后续施工能继续使用,该栋楼房预注浆情况见表1。通过地面钻孔及预注浆情况,可以初步掌握楼房下部的地质情况,为盾构机顺利穿越打下基础。2.2注浆压力和时间控制盾构机穿过房屋后,由于对地层扰动及少量超挖,当洞内同步注浆未及时对孔洞进行填充时,孔洞会向地表发展,地层易发生沉降变形,随土体松动范围扩大,还会引起地面沉降。跟踪注浆的作用是及时填充和固结空隙,有效地控制地面下沉,采用双液注浆机进行注浆,利用预注浆时打设的袖阀管进行注浆,因双液浆比单液浆可以更快地固结土体,对及早控制房屋和地面沉降有很好的效果(见图5)。地面跟踪注浆应结合地面和房屋监测情况进行,当地面和房屋沉降速率较小时,应在离盾构机盾尾后至少10m处进行注浆,注浆压力控制在0.5～0.8MPa,浆液初凝时间控制在30s左右,并在注浆过程中随时与盾构机操作室保持联系,确认注浆对盾构掘进有无影响;当地面和房屋沉降速度较大时,地面跟踪注浆应在盾构机盾尾后至少6m处进行注浆,并在盾构机掘进过程中进行,盾构机停机时立即清洗注浆管并停止注浆,以防浆液包裹住盾体或流入土仓,从而影响盾构正常掘进。待盾构机重新掘进时继续注浆,注浆终压为0.3～0.5MPa,浆液初凝时间控制在20s左右,该栋楼房地面跟踪注浆量见表1。注浆过程中随时与盾构机操作室保持联系,若盾构机出现土仓压力升高、推力增大等异常现象应立即停止注浆,待盾构机正常掘进后再开始注浆。主要注浆参数:水泥浆水灰比为1∶0.8,水波璃浓度为25～30波镁度,水泥浆和水玻璃的体积比为2∶1,初凝时间30s内。通过调整水玻璃波镁度,可对双液浆的凝结时间进行调整。双液注浆施工工艺比单液注浆相对复杂,操作不好较易堵管。施工中应特别注意以下几点:1)双液注浆施工应保持连续进行,尽量避免中断,若确需暂停,应将注浆孔清洗干净,保证可重复注浆。2)由于房屋周边注浆孔提前做过预注浆,当再次进行注浆时,一开始可能会出现注浆压力较大的情况,这时应与操作室联系观察盾构机是否有异常现象,若无则继续注浆,当跟踪注浆浆液冲破原有注浆层时,注浆效果会更好。3)在非硬化地面注浆时,开始可能出现地面冒浆,这时应间歇注浆,利用较快凝固的浆体地表封堵,然后注浆可顺利进行。3隧道内注入砂浆3.1同步注浆和注浆压力成都地铁盾构区间选用的管片外径为6.0m,幅宽1.5m或1.2m。由于盾构机刀盘直径为6.28m,在盾构开挖面与管片背后存在140mm的空隙,为及时填补空隙,在盾构推进的同时从盾尾向管片外围进行同步注浆,考虑到浆液固结收缩、浆液流失、上层扰动及超挖后的固结沉降等因素,注入率一般为150%～200%。在PLC上设定同步注浆最大压力时,要根据地层的水土压力来计算确定注浆:如果注浆压力过小,克服不了水土压力,注浆注不进去;如果注浆压力过大,则会击穿盾尾刷而漏浆。注浆压力1、4号注浆管压力控制在0.8×105Pa以下,2、3号管则控制在(1.5～2.5)×105Pa之间。以幅宽f=1.5m管片为例,每推进一环则同步注浆量Q=π[(D1/2)2-(D/2)2]×f×(150%～200%)=3.14×[(6.28/2)2-(6/2)2]×1.5×(150%～200%)=6～8m3。同步注浆浆液由水、水泥、砂、粉煤灰、膨润土配制而成,其配合比为水∶水泥∶砂∶粉煤灰:膨润土=3.75∶1∶5.83∶2.33∶0.83,初凝时间在12～16h。在盾构掘进过程中实施同步注浆,在拼装管片过程中将浆液及时运输至区间内盾构砂浆罐中,为保证穿越房屋的连续性,盾构穿越房屋过程中同步注浆需及时和连续,避免因浆液不到位引起盾构机意外停机。浆液注入前要充分搅拌均匀,同步注浆过程中要以注浆压力和注浆量作为重指标控制,保证注浆量能够填充管片背后空隙。同步注浆是盾构穿越房屋过程中极为重要的一个施工环节,对于及早控制地面和房屋沉降非常有效。3.2管片下二次注浆在成都特有的富水砂卵石地层下,盾构同步注浆有时难以保证管片外空隙的注浆密实,加之要穿越楼房跨度较大,地面注浆扩散半径有限,达不到楼房下部,这就需要在隧道内进行二次补充注浆(见图6),以确保楼房下面土体密实。二次注浆浆液是由水泥浆和水玻璃组成的双液浆,注浆位置需结合地面监测及建筑物情况来选择,一般选择在隧道拱顶点120°范围内,在楼房下面拼装的管片已在预制时增加了注浆孔。当盾构正常掘进,出渣量控制较好时,二次注浆在已拼装管片后12～14环(1.5m管片)进行跟进式注浆,即在12～14环上方120°范围以内打设1.5m长注浆管,利用管片上吊装孔及预先埋设好的孔位,对管片上方地层进行注浆加固。注浆参数:水泥浆灰水比为0.8∶1,水波璃浓度为20～25波美度,水泥浆和水玻璃的体积比为2∶1,初凝时间控制在40s左右,注浆压力为0.4～0.6MPa。当盾构掘进超方量较大或地面监测变形速率较大时,二次注浆在已拼装管片后6环(1.5m)处进行注浆,即在第6环拱部60°范围以内,利用吊装孔及预先埋设好的注浆孔在11点、1点及12点方向打设1.5m深的注浆孔注浆。由于此处注浆位置距离盾体较近,所以此处注浆压力应严格控制,宜控制在0.2～0.3MPa,浆液初凝时间控制在20s内,若注浆压力过大,浆液初凝时间过长将会影响盾尾同步注浆的质量,甚至出现浆液流入土仓而影响盾构机掘进。浆液水泥浆灰水比为0.8∶1～1∶1,水波璃浓度为25～30波镁度,水泥浆和水玻璃的体积比为1∶1～2∶1,该栋楼房的二次注浆量见表2。由于上述两种二次注浆均是在盾构掘进时同时进行的,对盾构正常掘进存在干扰,注浆管打设长度仅有1.5m,对埋深较大的地层不能有效加固到,所以需要在盾构机5号台车掘进后再次对房屋进行深孔注浆(见图7),深孔注浆位置选择楼房下面的面注浆未能完全覆盖的区域。锚杆机把钢质注浆管沿管片预留的注浆孔顶入隧道上方土层内,在砂卵石地层中,注浆管向上顶入7m,顶管过程中发现管片上方有2m厚的硬壳层,表明隧道内二次注浆达到了加固的效果。深孔注浆同样采用双液浆,压力可适当增大至0.5～0.8MPa,水泥浆灰水比为0.8∶1～1∶1,水波璃浓度为15～20波镁度,水泥浆和水玻璃的体积比为3∶1,浆液初凝时间至60s。隧道内二次注浆需要注意的事项如下:双液注浆施工应保持连续进行,尽量避免中断,当注浆位置距离盾体较近时,应随时注意观察盾构机各参数变化情况,调整注浆参数或暂停注浆;打设注浆管过程中注意观察地层情况,避免从注浆管中流出过多水及砂,注浆完毕后及时封堵注浆管;注浆过程中做好附近管片上吊装孔或注浆孔的临时封堵,避免浆液流出而影响注浆效果。4量规划4.1测量点的配置该楼房建筑物沉降测点及周边地面沉降测点布置见图8所示。4.2地面沉降观测在楼房周边共布设了8个地面沉降观测点D1-D8,监测点布设时先钻孔去掉房屋周边地面的硬化层,然后采用长约1m的钢筋打入地表下土层,这样更能真实地反映盾构掘进过程中地面的沉降情况,盾构机穿越该栋楼房前后的地面沉降曲线见图9。4.3建筑物的沉降在楼房周围共布设了9个建筑物沉降观测点J52-J60,盾构机穿越该栋楼房前后的建筑物沉降曲线见图10。4.4商品房裂缝情况在盾构施工前已对该房屋既有的裂缝做了测量和记录,盾构穿越楼房后,通过观察和测量发现,该楼既有裂缝没有继续发展,楼房整体未出现新增裂缝。4.5沉降控制因素1)从地面和建筑物监测结果来看,距离隧道较远的地面监测点D1、D8和建筑物沉降观测点J52、J53、J59、J60的沉降曲线较平缓,沉降量较小,而距离隧道较近的地面和建筑物观测点的沉降量稍大,这符合成都砂卵石地层下盾构施工对地层扰动在一倍洞径范围内这一规律。2)结合盾构穿越楼房的施工过程,