第38卷第30期 2 0 1 2年1 0月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURE Vo1.38 No.30 Oct.2012 ・179・ ・桥梁・隧道・ 文章编号:1009—6825(2012)30-0179-03 谈砂性土层中盾构隧道施工技术 王摘青刘伟诚 高俊强 210009) (南京工业大学测绘学院,江苏南京要:针对南京地铁1O号线TA02标如何在砂性土层中保证盾构的安全推进的难点,采取冻结加固体,水中进洞,同步及二次注 浆,监控量测等一些措施,较好的解决了在砂性土层中出现的流砂,渗漏,超挖等施工难题。施工应用表明,该技术实施有效地控 制了地表的沉降及隆起,使盾构安全到达。 关键词:盾构隧道,砂性土层,水中进洞,监控量测 中图分类号:U455.43 文献标识码:A 1 工程简介 1.1 工程概况 坡度,2%0为最小坡度,埋深范围在10 m~20 m。 松花江一绿博园盾构区间左线起始里程为DK8+290.6一 南京市地铁10号线松花江一绿博园盾构法施工区间为左右 DK9+297.594(右DK9+299.118),采用5号土压平衡式小松盾 途经向 双洞双线,左线长1 006.71 m,右线长1 008.518 m,349.851 m为 构机,由绿博园盾构井向东始发,右转穿越中华中学食堂,幸福沟桥、月安街,到达松花江站接收井,沿线周边建筑物多, 最小半径,2 499.978 m为最大半径,纵坡为V形坡,22.6%o为最大 阳河、黄土路堑边坡的破坏变形,可分为坡面破坏和坡体破坏两种 小于0.90即可。2)Ⅱ级湿陷性黄土对2 m深度内地基湿陷性进 采用350 kN・m以上重锤夯实,现有重锤夯实机具一般 类型,坡面破坏主要是剥落和冲刷,坡体破坏主要有崩塌、坡脚坍 行改良,塌和泥流。黄土路堑边坡防护技术主要有植物防护,也称为绿色 难以实现大于400 kN・m级。3)Ⅲ,Ⅳ级湿陷性黄土对3 m深度 防护,工程防护和土工格栅防护。防护设计要具有预见性和经济 内地基湿陷性进行改良,应采用1 000 kN・m级强夯处理(影响 性,同时也有风险性,设计时的经验和资料调查尤为重要。山西 深度3 m一6 m)。4)当周围环境原因不能采用重锤或强夯时,可 省土质挖方边坡规定“有条件时需采用植物护坡”。太原以北的 采用灰土换填处理,防止地表水渗入湿陷性黄土中,换填厚度设计 地区和二级路边坡以上不适合设计植物护坡。 要求:a.I级湿陷土质:40 cm;b.II级湿陷土质:60 cm;c.m级,Ⅳ级 湿陷土质:80 cm。 3.3边坡的压实 填方路段和挖方路段并没有根本的差别,后者以原地基代替 5讨论 了前者的填方,因此土基回弹模量和路床压实度的要求与填方路 t)土基承载力能否与 /e建立相互关系还值得探讨,通过 基相同。由于路床下部路基回弹模量对于整个路基回弹模量的 研究黄土物理力学性质,结合现有土基承载力的评价方法力求得 影响较小,压实度没有明确要求。 出土基承载力与相关参数的关系。2)黄土压实质量的控制采用 4湿陷性黄土处理 4.1 黄土湿陷性判断 压实度与较最佳含水率高2%的施工含水率控制,可得到较大的 CBR值和较小的路基变形,从而得到较好稳定性的路基。3)路堑 应取原状土样检测的C, 值,无法取样时,可 黄土土质是否具有湿陷性由代表性原状土样湿陷系数 确 高边坡稳定性验算,定,与平微区土层中含水量多少受季节影响无直接关系。黄土湿 根据当地已有工程资料取用。提倡绿色坡面防护,但不易成活的 陷等级的确定因素是自重湿陷量和总湿陷量,因此“在黄土湿陷 地区不应采用。4)对于黄土路基设计施工,应先判断是否是湿陷 性的勘察中,应通过钻探或探坑等方法确定不同类型黄土层的分 性黄土,并根据不同等级的湿陷性分别进行处理。 布厚度,并收集具有代表性的土样检测湿陷系数”。 参考文献: 4.2 湿陷性黄土的处理方法 湿陷性黄土的处理方法应依据相关规范要求设计: [1] 郭成超,钟燕辉,李嘉,等.路基承载力的评定[J].华北水 利水电学院学报,2006(5):85—87. 支喜兰.黄土地区公路路基地基承载力评价方法研究[D]. 1)I级湿陷性黄土地基需对1 m深度内地基湿陷性进行改 [2]西安:长安大学,2005. 良,施工程序为清表后用30 t或以上振动压路机压实至压实度不 On exploration for design and construction of loess foundation MA Xue.wen (ChangzhiMunicipalManagement Offwe,Changzhi 046000,China) Abstract:The paper explores the design and construction of the loess foundation,the loess high—filled foundation,and high cut slopes。intro— duces the design points for each foundation and the compaction and quality control measures,and illustrates the treatment methods or fthe eollaps— ible loess,SO as to ensure the usual utility of the roadbed of the loess foundation. Key words:loess foundation,loading capacity,cutting,hish-iflled,collapsible loess 收稿日期:2012-08-10 作者简介:王青(1987.),女,在读硕士 ・180・ 第38卷第30期 2 0 1 2年1 0月 山 西 建 筑 宽度21 m;加固高度为区间隧道轮廓上下各3 nl范围实桩加固, 加固体以上适当减少水泥掺量空搅。加固后的地层应具有良好 的自立性和连续性,其28 d无侧限抗压强度g ≥O.8 MPa,渗透系 数不大于1.0×10~em/s。 保护措施 影响大,盾构区间与周边建筑的关系见表1。 表1 松花江站一绿博园盾构区间与周边建筑物关系 建筑物名称 与盾构区间位置关系 奥体新城海棠园 富城220 kV变电站 幸福沟桥 中华中学 侧穿,与隧道净距18.4 In 侧穿,与隧道净距l5.7 m 下穿,1根灌注桩 侵入区间结构 在桩基群中穿越, 侧边距桩最近2 in 保护,加强监测 拆除 对穿越部分磨桩, 加强对桥体保护 预先地基加固 空 桩 弱 —— 旋喷桩实桩 顶标高0607 .奥体新城青桐园 金基G51地块 在建,地下室与隧道最近15.4 m 在建,地下室最近9.42 m, 桩基最近244 m .保护,加强监测 地基加固,Z二==■—一 加强监测 加 固 强 \盾构推进方 ●’。‘‘ ——’。。。‘‘ 一 1.2地质条件 松花江一绿博园盾构区间埋深约10 m一20 m,该盾构区间地 处长江边缘,地下水资源丰富,沿线地下水主要为松散岩类孔隙 水及基岩裂隙水,在其深度范围内从上而下为粉质黏土、淤泥质 旋喷桩底标高一11.593 :........・............!-.L 图2松花江路站北端头井加固剖面图 粉质黏土、粉细砂;再下以砾粉细砂、中粗砂、砾砂及卵砾石为主, 2.1.2加固体冷冻 考虑到该盾构区间处于砂性土层并且周边建筑物复杂,一旦 Ⅳ值相对较大。 管涌现象,风险将急剧加大。本文对旋喷、搅拌加固体采 该土层具有透水性强,孔隙水压变化大,低强度及高压缩性 有流砂、并开设两个坑外降水井作为应急手段。 等特点,若产生流砂或涌砂现象,将对整个隧道推进过程产生不 取人工低层冻结,利的影响。 1)首先对洞门地下连续墙后0.8 in内土体进行盐水冻结加 固,该盾构区间采用排垂直全深冻结方式,加固深度达到洞门下 2 m标高。冻结管内通入低温盐水循环,使地层中水体,土颗粒凝 结成冻土,拟加固的土体冻结交圈。 2)在冷冻过程中,定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩 展情况,必要时调整冻结系统运行参数。根据实测,群孔冻结内部 冻土平均速度为45 mm/d以上,外部冻土发展速度为25 mm/d,冻 土墙与槽壁完全胶结时间为29 d。 2砂性土层盾构技术控制 确保盾构安全到达的关键是控制好进出洞施工技术和盾构 掘进过程中的参数控制,而砂性土层土体随水流动,易出现涌砂, 流砂现象,土体加固方法及临时止水装置的选择将直接影响盾构 进出洞的顺利与否。 2.1 进出洞施工技术 为防止洞圈内封门拆除后缝隙内发生渗漏,流砂等,通常采 3)通过测温孔测定温度,判断冻土墙交圈后,打设深为1 m 用坑外降水方法降低地下水位,绿博园始发井和松花江接收井均 的水平探孔,探孔内无水流出,并且从探孔内测定冻结体和地连 处于南京河西闹市区,周边建筑物复杂,降低地下水位仅仅作为 墙交界处温度达到一10℃后,即可进行地连墙的破除。 应急手段。 2.1.3 水中进洞 2.1.1 土体加固 松花江一绿博园盾构区间采用水中进洞,利用水土压力平衡 松花江一绿博园盾构区间进出洞阶段均采用三轴搅拌桩配 原理控制地下水土流失,从而确保对周边建筑物没有较大的影响 合双排三重管高压旋喷桩工艺进行土体加固,对土体进行改良,防 (见图3)。 止凿除洞门时大量的流水流砂,保证土体的稳定(见图1,图2)。 车站与区间设计分界里程 旋喷桩包角处理 而 磊 —.f_丽 基座安装l l水回灌l I水土抽挖 I鲞堡姿型墨查 —.1塑 堂 H盾构进洞阶段主要技术措施: 圭查 堡I I塑里塾塑l 图3盾构水中进洞流程图 1)松花江站北端头井砌筑封堵墙,使端头井形成一个封闭的 空间。 2)在北接收井洞圈内设置两道弹簧钢板,减小盾构与洞圈之 间的间隙,端头井内回土回水直至达到地下水的标高后 再进行 盾构进洞掘进。 3)一次进洞:停在加固区的盾构机向前推进,刀盘碰到地下 连续墙时盾构机尾部已停在加固区,对盾尾后4环一13环管片进 图1松花江路站北端头井加固平面圈(1:150) 行双液浆环箍注浆,注浆量每孔1.5 m ,由上往下逐个压注,形成 一1)盾构出洞纵向加固长度:加固体总长9 ha_,其中双排三重管 高压旋喷桩1.2 ITI、三轴搅拌桩7.8 in; 道环箍挡水,同时起到控制隧道沉降的作用。 4)二次进洞:待浆液达到预期效果后实施二次进洞,当盾构 2)受施工区域影响,盾构进洞纵向加固3.5 In加固范围内采 机机头出洞门1 m左右时,将进洞处的帘布橡胶板、翻板箍住盾 用7排旋喷桩 0o@500加固,其中强加固区水泥掺量为350 ke/m, 构机壳体。在盾构推进最后4环时,盾构每推进完1环,就在盾尾 弱加固区水泥掺量180 kg/m。 注入双液浆,待浆液有一定强度后,盾构再次向前推进。 加固宽度为区间隧道轮廓左右各3 m范围需要加固,加固总 5)确定盾构的主体进入接收井后,对井内水土进行抽挖,过 第38卷第30期 2 0 1 2年1 0月 王青等:谈砂性土层中盾构隧道施工技术 ・181・ 程中逐步露出的盾壳与洞圈部分用弧形钢板封闭,再向盾壳与洞 4)盾构姿态。盾构姿态(平面、高程)控制在设计值的-'50 mln 圈建筑空隙内压注水泥浆等堵漏材料,进行混凝土或砂浆浇筑, 内,及时复测地下控制点,并定时复测吊篮,防止因为控制点的变 混凝土或砂浆浇筑时须捣固密实、牢固,将管片与土体之间的空 动导致的隧道纠偏。 松花江一绿博园盾构区问右线在里程DK8+679.5处需穿越 隙全部填满。 6)施工过程对盾构沉降、隧道变形等重要参数进行高频率监测。 乐山路幸福沟桥一根,1,80o深35 m的钻孔灌注桩,需要增加 2.2盾构掘进控制措施 2.2.1 盾构参数控制 3O把先行刀,在R7o0~R2 860范围内先行刀采用等距布置,先行 刀的高度按照大于标准割刀15 mm制作,磨桩过程中,利用装置 松花江一绿博园盾构区间采用土压平衡式盾构机小松掘进, 限速仪控制磨桩速度。平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键,这里包含推力、 2.2.2注浆参数控制 推进速度和出土量三者之间的关系。控制好三者之间参数设置, 就能防止因为土体的扰动而造成的地表沉降及隆起。 注浆分为同步注浆、即时注浆、后方注浆和二次注浆。施工 过程中,根据工程地质、地表沉降情况和环境要求选择其中一种 1)土压力。正面土压力:P=Ko7h。其中,P为水土压力;y为 或者多种并用。注浆的主要作用是:1)防止地层变形和地表沉降。2)保证管片处于稳定状态并 土体的平均重度,取18.6 kN/m ;^为隧道埋深,取10 m;Ko为土 的侧向静止压力系数,取0.7。得P=0.13 MPa=1.3 ks/cm ,P根 且受力均衡。3)提高隧道的抗渗性。4)阻拦盾构尾部流水,防止 出现涌水,流砂。 据埋深、土层状况、监测情况及时的调整。 2)推进速度。正常推进时速度宜控制在2 cm/min~4 cm/min 之间,盾构机推力控制在l 200 t一1 400 t。 1.2=37.864 m /环。 该盾构区间盾尾同步注浆浆液采用新型单液浆,同步注浆的 浆量充分考虑流失和超挖,该区间同步注浆量控制在不少于 穿越中华中学建筑物时,浆量 3)出土量。每环理论出土量:,rr/4×D2×£=-tr/4 X 6.34 X 3 m /每环,注浆压力约为0.5 MPa,控制在不少于4 m /每环。二次注浆使隧道与加固区域的间隙得 进而确保地表沉降得到控制,二次注浆浆液选定为 盾构机为日本小松(直径6.34 m,管片长I.2 m),实际出土 到及时补充,双液浆,水灰比为1:1,CS比为4:1。 量为理论值的98%~100%之间。 5.0 0.0 童一5.0 捌一10.0 -一本次变量 +累计变量 150 ..枷-。25.0 DB24—1 DB24-7 DB21—2 DB19-4 DBI7一l DBl4_1 DB14_7 DBI1-2 DB09_4 DBo7-2 DB06.1 DB24—4 DB22—1 DB19-l DB19-7 DB16-2 DBI【44 DBI2-I DB09 1 DB08—1 DB07-5 点号 图4松花江一绿博园盾构区间左线地表沉降周变化 2.2.3监测成果分析 本文通过控制进出洞,在推进过程中控制注浆,监控量测等技术 较好解决了周边建筑物和地表的沉 盾构区间主要对隧道拱顶下沉、拱底隆起,隧道洞周收敛,隧 措施对盾构的质量进行控制,控制施工过程中的涌水、流砂现象,对砂性土层盾构隧道的质 道地表沉降,地下管线,地表建筑物等主控监测项目进行监测,图4 降, 为松花江一绿博园盾构区间左线盾构进加固体一周的地表沉降变 量控制具有一定的借鉴作用。 化,采用拓普康精密水准仪,开挖面距联测断面小于20 m,1次/1 d; 参考文献:开挖面距量测断面前后小于50 m,1次/3 d。该区域处于乐山道 [1]孙林.砂性土中的地下连续墙施工技术[J].建筑施工, 路下面,从图4上看出地表存在部分小于5 mm的轻微隆起,最大 的累计沉降量不到2 cm,远小于报警值60 mm,说明注浆量与推 进速度均适中,盾构质量处于可控状态。 2011(15):32-33. [2] 李罡,黄宏伟.超大直径盾构水中进洞风险分析[J].地下 空间与工程学报,2009(8):63-64. [3] 樊姝芳.同步注浆技术在盾构隧道掘进中的应用[J].施工 技术,2011(20):61—62. 桥与防洪,2010(11):89-90. 3结语 园站右线盾构始发过程中出现暗浜、流砂,给施工带来不利条件。 由于本盾构区间处于砂性土层,施工环境较为恶劣,如绿博 [4] 张连凯.青草沙过江管隧道盾构水中进洞技术[J].城市道 On construction technique of shield tunnel at sandy soil stratum WANG Qing LIU Wei-cheng GAO Jun-qiang (Nanjing University ofTechnology Institute fSuroveying and Mapping,Nanjing 210009,China) Abstract:According to the TA02 Part of No.10 Line of Nanjing subway,the paper adopts some measures,including the frozen consolidated body,the tunneling in wate,the simultaneous and secondary groutingand the supervision and measurement,SO as to ensure the dififculties in ,the safety progress of the shield in the sandy stratum,Solves some construction diicultfies,including the flowing sandthe leaking,and the extra ,excavation in the sandy soil layer,and proves by the construction application that the technique can control the settlement and upheavals of the surface effectively,SO the shield can be constructed safely. Key words:shield tunnel,sandy soil stratum,tunneling in water,supervision and measurement