沈阳地铁盾构穿越铁路桥施工技术

'沈阳地铁盾构穿越铁路桥施工技术摘要：针对沈阳地铁土压平衡盾构穿越公铁桥施工，分析盾构穿越建筑物后沉降的发生机理和特点，概括了沉降控制措施及人法。Abstract：BasedontheconstructionofShenyangMetroearthpressurebalanceshieldcrossingrailwaybridge，thispaperanalyzesthemechanismandcharacteristicsofthesettlementoftheshieldaftercrossingthebuilding,andsummarizesthesettlementcontrolmeasuresandmethods.关键词：盾构；沉降；注浆；施工监测Keywords:shield；sedimentation；grouting；constructionmonitoring中图分类号：U231+.3文献标识码：A文章编号：1006-4311(2017)11-0163-030引言土压平衡盾构在地铁施工过程易造成地面及建筑物沉降和隆起现象。通过沉降和隆起产生原因和机理的分析，找出控制的重点，通过施工监测测量，收集准确数据，调整推进参数、同步注浆和二次注浆数据，达到控制沉降的冃的，进而满足施工耍求。 1工程地质概况皇姑屯站〜北一路站区间为盾构法施工区间，区间全长右线807.05延长米。线路沿兴华街向北下穿兴华街公铁地道桥后至皇姑屯站。区间下穿的兴华街公铁地道桥为箱型框架结构，桥基底距隧道顶最小埋深6.9m，风险等级为二级。框构桥与区间位置关系如图1所示。2盾构施工沉降原因分析在盾构施工过程屮，由于刀盘对开挖面土体切削和开挖的作用，产生挠动破坏了土体的原始应力平衡状态，使土体单元产生了应力增量，进而引起周围地层的位移，因此盾构施工地表沉降变形是一个不断累加的过程。以隧道轴线地表点的纵向时变位曲线为例，将地表点的地层移动经历划分为五个阶段，如图2所示。①盾构到达前阶段，掘进过程屮土仓压力和出土量的控制决定了地表的变形，当设定土仓压力小而出土量大时，地表呈沉降状态；反之，则地表呈隆起状态。②盾构到达阶段，地表变形呈接阶段性发展，但变化速率增大。此阶段是地表隆陷的峰值段。③盾构通过阶段，通常情况地表会呈沉降变化；若注浆及时饱满，充填率超过250%时，地表会隆起。④盾尾通过阶段，最易发生突沉，突沉量可达30mm,若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉。⑤盾尾通过后阶段，地表沉降速率逐渐减缓，沉降曲线趋于稳定。后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降，一般沉降时间较长，但沉降量也相对较小。3沉降控制措施 3.1合理科学施工组织盾构掘进至公铁桥前后20m范围处，为下穿公铁桥延伸影响范围。在盾构掘进至距铁路桥100m，建立试掘进段。首先，在试掘进过程中，根据工程地质条件确定土压力、推进速度、推力等盾构推进参数。然后，检查盾构及后配套设备，保证盾构和后配套设备运行良好。最后，合理调配施工人员，保证施丁.人员充足到位。3.2控制施工参数3.2.1土众压力为了盾构下穿铁路桥时不产生沉降和隆起现象，首先将盾构设置为土压平衡自动控制模式，然后将土仓压力值P和刀盘处地层土、静水压力之和P0设置为接近平衡，根据经验将土压力设定值设置比理论计算值略大一些。施工过程中，根据盾构机所处位置、土层状况及地表监测结果对土压力进行动态调整。保证土压力控制与地面监测密切配合。3.2.2出土量根据盾构每环掘进长度1.2m为准，每环出土理论计算量为37m3。根据盾构施工经验及本段的土质情况，按1.3〜1.35倍的系数计算，即每环需运输土方量为46〜48m3,盾构司机应根据推进的距离长短严格观察渣土箱接土量，保证盾构不出现超挖和欠挖现象。3.2.3推力与速度推进过程中避免速度突变，减少盾构推进对周边土体的扰动，保持一个“均匀、快速”的推进理念，兼具稳定和速度优势。本段推进速度控制 在30mm/min；保证推进速度和注浆速度相匹配。控制盾构的推进力为2800〜3000t。3.3注浆3.3.1同步注浆随着盾构推进，脱出盾尾的管片与土体间产生“建筑空隙”，此间隙应由同步浆液填充。浆液要求和易性好，泌水性小等，浆液配合比如表1所示。①同步注浆量。根据理论计算盾尾建筑空隙为：V1=1.2XitX(6.362-6.22)/4=1.894m3,由于压入管片背面的浆液会发生失水收缩固结、部分浆液会劈裂到周围地层中等现象，使得实际注浆量要超过理论建筑空隙体积。由经验公式确定每环的压浆量为建筑空隙的200%〜250%，即每?h同步注浆量为3.32m3〜4.Mm3,定为3.5m3。注浆位置采用上、下4个注浆点位，根据试掘进总结经验设置上、下部注浆孔注浆量比例为3:1。②注浆时间。注浆压入时间应控制在盾尾脱离管片时为宜，确保浆液压入时间与管片脱出盾构同步。盾构通过公铁桥时采取掘进和注浆同时开始和同时结束。③注浆压力控制。注浆压力取决于地质情况和地下水压力，因此注浆压力要大于该点的静止水、土压力之和，保证注浆尽量填补充实又不产生劈裂。一般情况下，设定值比外界水土压高出0.1〜0.15MPa。注浆压力控制在0.3MPa。3.3.2二次注浆根据实测监测结果，在管片脱出盾尾5环后，在隧道拱顶120°范围内，利用管片吊装孔对建筑空隙进行二次注浆，浆液为水泥、水玻璃双液 浆，注浆压力0.3MPa〜0.5MPa。二次注浆根据地面监测情况动态调整，配合比如表2所示。3.4施工监测3.4.1沉降基准点埋设利用交桩单位所提供的GPS首点和精密高程首点作为平面和高程基点，设置至少3个水平变形工作基点，并与业主所提供的GPS首点和精密导线点形成附合精密导线点；地面沉降监测工作点是以业主所提供的精密水准点首点作为基点依据，在施工场地附近根据场地情况布设加密沉降工作基点。控制点埋设深度处于冻土线以下1.5m，在建筑物上布设，需找地基稳定的建筑物。3.4.2工作基点的复核测量每隔3个月对沉降监测的基点进行复测，每周进行控制点检测，复测按照沉降监测基点控制网的测量要求进行复测。3.4.3铁路地表沉降监测地表沉降测点标准埋设，首先在地面开？准100醐-?准150mm的孔，打入顶部磨成椭圆形的？准22mm?A钢筋，长度应超过冻土线深度，然后在标志钢筋周围填入细砂填实。观测方法采用精密水准测量方法，利用已知水准控制点对各监测点进行监测。3.4.4公铁桥结构沉降公铁桥沉降点应根据实地观测条件选取合适的位置，用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔，然后放入长200-300mm,直径20_30mm顶端磨圆的弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实。布置点如图3所示。 3.4.5轨面沉降钢轨沉降测点可直接用红油漆在钢轨上做标志，测点布设与轨道观测点平行。监测点按照图4布设，共计17个断面，每个断面15个监测点。3.4.6轨道线路偏移观测轨道线路偏移观测采用全站仪极坐标法监测轨道的偏移景，极坐标法是采用高精度测距全站仪直接测量工作基点至轨道上观测点的距离和角度，通过两次距离该算变化得出位移值，对于视线不垂直于轨道的点要进行方向改正。4结束语通过对盾构推进过程屮地表及建筑物沉降机理的分析，确定施工屮重难点，并采取一系列的控制方法和措施，保证了盾构顺利通过公铁桥。施工过程中总结的经验也为类似工程提供参考。参考文献：[1]张风祥，傅德明，等.盾构隧道施工手册[M].北京：人民交通出版社，2005.[2]刘建航，候学渊.盾构法隧道[M].北京：中国铁道出版社，1991.[3]徐永福.盾构推进引起地表变形分析[J].地下工程与隧道，2002(1).[4]黄宏伟，张冬梅.盾构隧道施工引起地表沉降及现场监控[J].岩土力学与工程学报，2001.'