浅埋大跨暗挖隧道下穿房屋保护方案研究

浅埋大跨暗挖隧道下穿房屋保护方案研究

1暗挖段主要参数设计随着经济和社会发展的加快，我国公共交通的发展也越来越快，但项目建设的环境也越来越复杂。越来越多的东西穿过建筑物和距离较近的现有建筑（结构）倒塌。隧道开挖将导致地面沉降，而地面建筑（结构）的沉降不会均匀下降。许多科学家在数值模拟和现场监控下进行了相关研究。目前国内外对地表建筑物的保护方法主要有平移法、顶升法、迫降法、桩基托换法和注浆保护法等。厦门机场路一期工程下穿隧道浦南暗挖段总长约650m,隧道埋深9~27m,最大跨度为33.6m,在密集的建筑物下通过,其影响范围内的建筑物多达67栋。该工程具有浅埋、大跨、围岩软弱、周边施工环境复杂以及地质条件差等显著特点,如何在隧道施工中保证既有建筑物的安全是该工程成功的关键。通过对隧道施工引起的建筑物风险进行分析和评估,掌握建筑物当前的风险状态,是后续施工过程中各种控制工作的基础,对保护建筑物的安全至关重要。在受影响的67栋楼房中,关键性的一栋楼房为南京军区家属住房(工程中编号为34#楼房),为防止隧道下穿时引起楼房变形、开裂等不良现象,必须对该楼房进行加固保护。为隧道安全通过34#楼房积累经验和确定安全、经济、可靠的技术方案,经过对各种房屋保护方案的可靠性和可操作性等方面进行综合考虑,施工中采取地表跟踪注浆施工方法对房屋进行保护,并以隧道施工区地表预留拆迁房104#,105#楼房作为对象进行跟踪注浆试验,对房屋保护施工方案、施工工艺、注浆材料、注浆参数以及安全控制性标准等进行确定,并根据抬升效果对试验阶段抬升注浆方案、工艺、参数等进行优化和总结。在穿越34#楼房时,根据前期104#,105#楼房试验结果对施工工艺和参数进行了相关的优化,创新性采用袖阀管和分流器注浆抬升工艺,可实现多次、多点及时注浆抬升的效果,保证了房屋抬升的整体性和均匀性,满足多孔同时注浆的要求。目前该隧道已全线贯通,安全通过34#楼房,确保了楼房及施工的安全。2项目总结2.13架混交结构住宅34#楼房位于YK7+660~672段,距离隧道洞顶16m,为7层、浅基、框架砖混结构住宅,房屋基础为浆砌整条毛石基础,埋深1.3m,房屋总体长56m,宽11.2m,基础厚75cm,宽1.14m。34#楼40m的宽度位于下穿隧道上方,楼房的3/4长度被隧道穿越。34#楼房基础与隧道位置关系如图1所示。2.2地质构造及地下水本段围岩由地表以下0~4m范围内为填筑土;4~10m范围内为泥质粗砂,呈松散~松软状,流动性较强;10m以下为全风化岩,稳定性很差,遇水很容易流失、塌陷。34#楼房地质断面如图2所示。本段水文地质单元主要为第四系松散类孔隙水分布区,洞顶以上无隔水层,地下水属潜水类型,地下水位与自然地面基本持平,大气降水为地下水的主要补给源。隧道从富水围岩中通过,掌子面呈渗水或滴水状出水。隧道开挖时极易发生渗漏水,从而导致全风化花岗岩失水后成砂状坍塌,且渗漏水易引起地表沉降。334#楼地板提升方案》3.1基础下地层注浆加固技术注浆抬升的设计理念是:在被抬升房屋基础下一定范围内形成一个反持力层,通过对房屋基础与反持力层之间的土体进行注浆,在注浆过程中由于反持力层的作用,起到对房屋的抬升。34#楼房注浆抬升设计的主要思路如下:(1)防止对基础下地层注浆时浆液四溢,首先施作止浆墙形成封闭区域。(2)基础以下的地层主要为杂填土和泥质粗砂层,由于房屋基础下方地层比较松散,在补偿和抬升注浆前需要对房屋基底进行注浆加固,通过注浆加固改良,增加基底密实度,形成持力层,为以后的跟踪注浆创造条件,同时对房屋起到了一定的预抬升作用,基底预加固注浆孔分为三序,角度及深度各不相同,以尽可能减小注浆盲区使基础下方地层得到均匀加固。(3)动态跟踪注浆孔分为三序,角度及深度各不相同,实现在不同的工况下进行深孔抬升和浅孔抬升。动态跟踪注浆采用袖阀管施工工艺,后退式注浆方法进行注浆。3.2沉降量不大,比小,频繁进行地表注浆加固方案分隧道开挖工前、工中和工后3个阶段实施。动态跟踪注浆顺序按“自沉降最大处开始,至较小处结束;沉降量大的地方多注浆,沉降量小的地方少注浆;多次反复进行,控制流量、压力和抬升速度;采用多台设备对称施工”的原则进行。动态跟踪注浆应根据监测情况适时进行,当房屋沉降速率达到0.7mm/d或累计沉降量超过10mm时,应对房屋进行补偿注浆及时抵消房屋的沉降量,使房屋的沉降量和差异沉降始终在可控范围内,同时单次最大抬升值控制在3mm以内。(1)跟踪注浆施工首先对隧道开挖穿越区域段房屋四周进行止浆帷幕施工,然后利用WSS二重管注浆工艺对房屋基底注浆加固,使加固范围土体形成类似阀板基础,提高房屋基础的整体承载力。跟踪注浆分为补偿注浆和抬升注浆,均采用袖阀管注双液浆的施工方法。在隧道穿越34#楼房过程中,根据开挖施工对楼房引起的沉降进行适时注浆:(1)在抬升注浆之前,预加固施工完毕并到一定强度后,由于加固的土体固结压缩会造成地表沉降,此时实施补偿注浆对地层中的孔隙进行填补,以控制沉降并为抬升注浆提供条件;(2)在补偿注浆达到一定强度后开始抬升注浆。在隧道穿过房屋并封闭成环后,地层土体沉降仍然会持续发展,此阶段根据房屋沉降情况继续进行补偿抬升注浆,直至地层沉降稳定。3.3砂浆钻孔配置地表注浆孔根据其作用可分为止浆帷幕注浆孔、房屋基底预加固注浆孔、动态跟踪注浆孔。(1)垂直注浆孔型布置34#楼房前后和左侧需施作止浆帷幕注浆孔。小里程一侧采用旋喷咬合桩作为止浆帷幕,桩的深度为12.31m。大里程一侧采用垂直注浆作为止浆帷幕,分别距离房屋边缘4.0,4.5,5.0和5.5m,共4排注浆孔,梅花型布置,孔间距0.75m,排距0.5m,孔深12.3m。房屋左侧设置2排垂直注浆孔为止浆帷幕,位于隧道开挖轮廓线外2.5m处,梅花型布置,孔间距0.75m,排距0.5m,孔深12.3m。止浆帷幕、房屋基础加固、抬升注浆孔平面布置图如图3所示。(2)排注浆孔布置方案在34#楼房前后两侧和房屋左侧施作3排注浆孔对房屋基底进行注浆加固,房屋前后3排注浆孔距房屋边缘分别为3.0,3.5,4.0m,房屋左侧3排注浆孔在隧道开挖轮廓线外2.0,2.5,3.0m处,孔间距1.5m,3排注浆呈梅花形布置,为了使房屋基底地层得到充分加固,3排注浆孔分别采取不同的角度和深度。3排注浆孔由内到外与水平面的夹角分别为30°,45°,60°,孔深分别为11,13,15m。基底注浆孔沿止浆墙内部布设,地表注浆加固纵剖面图如图4所示。(3)外2.0.2.5,3.0m处在34#楼房前后两侧和房屋左侧施作3排跟踪注浆孔,房屋前后3排注浆孔距房屋边缘分别为3.0,3.5,4.0m,房屋左侧3排注浆孔在隧道开挖轮廓线外2.0,2.5,3.0m处。第一排动态跟踪注浆孔与水平面的夹角为30°,深11m,跟踪注浆孔中心距为1.5m。第二排动态跟踪注浆孔与水平面的夹角为45°,深13m,跟踪注浆孔中心距为1.5m。第三排动态跟踪注浆孔分为2序:(1)1序跟踪注浆孔与水平面的夹角为60°,深15m,注浆孔中心距为1.5m;(2)2序跟踪注浆孔与水平面的夹角为80°,深13m,注浆孔中心距为1.5m。动态跟踪抬升注浆布孔情况如图3,4所示。3.4主砂浆的参数设计(1)注浆及灌浆配比房屋加固注浆采用普通水泥–水玻璃双液浆,浆液配比如下:水泥浆水灰比(W∶C)=0.8∶1~1∶1,水泥∶水玻璃比(C∶S)=1∶1,水玻璃浓度35Be′。注浆结束标准按注浆压力和注浆量相结合的方式进行控制,注浆压力为0.6~1.5MPa,注浆量为200~300L/m,当注浆压力达到设计压力范围或注浆量达到设计注浆量时均可结束注浆施工。补偿注浆和抬升注浆均采用袖阀管进行注浆施工,因此要求浆液凝胶时间可控,强度不能太高,以保证袖阀管反复可注性,满足房屋抬升施工要求。注浆材料采用水泥–水玻璃双液浆,浆液配比如下:水泥浆水灰比(W∶C)=0.8∶1~1∶1,水泥∶水玻璃比(C∶S)=1∶1,水玻璃浓度35Be′。注浆量根据监测结果和注浆压力控制,注浆结束标准以压力为主要控制,即0.5~1.0MPa。434[建筑涂料]4.134.4#楼沉降监测4.1.1测量点的配置为了实时掌握楼房的沉降情况,指导注浆抬升施工,在34#楼房周边总共布置了23个监测点(见图5)。4.1.2制工前的沉降隧道各分部开挖情况见图6,各分部及二次衬砌通过34#楼的时间统计详见表1。从图7,8可以看出:(1)在进行止浆帷幕、基底加固及跟踪注浆管预埋时,不同程度上引起了楼房的沉降;2008年3月8日之后进行跟踪注浆管预埋,在此期间引起较大的沉降。主要原因为注浆管预埋过程中,最开始采用的是水钻引孔,塌孔现象比较严重,对基底多次扰动,造成较大的沉降。后期为了控制工前房屋的沉降,采用矿岩钻机干钻引孔,一定程度上避免了塌孔的现象,沉降发展趋势变缓。(2)左洞在进行大管棚及洞内全断面注浆的过程中房屋被抬升,抬升值达到20mm左右,说明前期的基底注浆加固效果比较明显,起到了较好的效果,但是同时造成差异沉降增大,最大差异沉降值为1.2‰,达到了预警值1.0‰。在(1)部穿越34#楼房时,楼房明显存在沉降,此阶段没有进行地面注浆抬升,主要原因是为了将前期洞内注浆造成的抬升进行回落,控制房屋的差异沉降。(3)(3),(4)部在开挖的过程中沉降明显地加剧,但是楼房整体的差异沉降比较小,楼房的开裂也在可控状态,只进行了浅孔注浆抬升(30°和45°注浆孔),在此过程中初支还没有封闭成环,浅孔注浆抬升效果比较明显,对隧道初支的影响比较小。(4)左洞二次衬砌完成后,对房屋左侧进行了多次深孔注浆抬升(60°和80°注浆孔),房屋的沉降逐渐减小。右洞在开挖的过程中没有造成太大的沉降,主要原因为洞内围岩失水比较少,掌子面开挖一直处于稳定状态。(5)右洞二次衬砌完成后,对房屋整体进行了多次抬升注浆,进行了一个多月的沉降观测,房屋的沉降发展趋势比较平缓,处于稳定状态,最终房屋的各测点累计沉降和差异沉降都控制在标准范围内。4.23地下主采裂缝分布在地表加固施工前对34#楼房已存在的裂缝进行调查统计,并在施工过程中对裂缝进行跟踪监测,根据裂缝的宽度、发展速率等对房屋保护情况进行评估,确保房屋主体结构安全。主要裂缝分布如图9所示,其中裂缝16,17,18,19和20为施工过程中产生的裂缝,其他裂缝1~15,+1~+7为既有裂缝。部分裂缝发展趋势如图10所示。从既有裂缝的分布情况来看,小里程一侧裂缝主要分布在沉降缝附近和房屋右半部分,大里程一侧的裂缝则分布较广。裂缝大部分都分布在一层储物间窗间墙的位置,在隧道施工过程中,裂缝变化很小,绝大部分裂缝呈现弥合的趋势。隧道开挖过程中产生了个别新缝,主要集中在小里程一侧沉降缝附近,裂缝累计发展为0.1~0.2mm,现已稳定。经厦门市房屋鉴定所鉴定认为房屋处于安全状态,施工对其影响很小。5深孔注浆升降工程在隧道穿越34#楼房时,为了确保建筑物结构的安全,在实际施工中提出了以过程控制和工后恢复为核心的注浆抬升方案。通过成功穿越34#楼房的施工经验,得出以下结论和建议:(1)房屋的开裂主要是房屋的差异沉降造成的,隧道在穿越既有建筑物的过程中,初支还没有完全封闭。在该过程中,主要目的是为了控制房屋的差异沉降不超标,因此采用浅孔(30°和45°注浆孔)注浆抬升,注浆压力不宜超过1MPa,浅孔注浆效果比较明显,对隧道的初支影响比较小。(2)工后注浆抬升尤为重要,目的在于进一步降低建筑物的绝对沉降和差异沉降,有利于建筑物的裂缝闭合。在该阶段主要利用洞内已施工好的二衬作为反力层,可适当提高注浆压力,注浆压力不宜超过2MPa,利用深孔(60°和80°注浆孔)注浆抬升,深孔注浆抬升最大的优点是可以整体抬升房屋。(3)本工程中最大的创新点就是利用袖阀管进行注浆抬升,袖阀管有预埋性好、多次重复注浆、多点同步注浆抬升的优点,可以利用少量注浆机和浆液分液器实现多点同步注浆抬升,同时每根袖阀管的利用次数可达5次以上,大大减少了由于多次引孔对房屋基地土体的扰动。袖阀管预埋的过程中引孔尽量采用干钻引孔的方法,袖阀管和孔之间的缝隙必须采用水泥砂浆或棉纱封堵,以免注浆过程中冒浆。(4)房屋结构安全性最直观的表现就是裂缝,房屋本身产生的差异沉降是房屋产生裂缝和裂缝发展的关键,隧道在穿越既有建筑物的过程中,如果差异沉降在可控范围内,不宜过多地进行注浆抬升。由于注浆抬升的过程中,房屋将会经历由升到降的过程,势必会造成裂缝不断地发展。(5)房屋基础加固施工以及补偿注浆孔、抬升注浆孔的施作应尽早实施,并在隧道开挖施工至房屋基础下方前10~12m时,对基础进行一定的预抬升。(6)跟踪注浆应采用稳定性浆液,避免浆液干缩泌水造成房屋沉降的波动。同时跟踪注浆应采用流量小,压力稳定性好的注浆泵,以便精准控制抬升量,避免局部抬升过快,引起房屋开裂。(7)施工中采用一台注浆泵利用分液器分流后可同时向4个孔进行跟踪注浆施工,在注浆泵流量满足的条件下,使得注浆效率提高4倍,加快房屋跟踪注浆施工进度,