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浅谈盾构施工穿越建 (构) 筑物风险保护措施

 

1 盾构机穿过建(构)筑物的施工风险
    盾构施工穿越地下带压管线时,土体的扰动会导致包裹地下管线的回填土体出现松动,地下局部范围内发生塌方,导致土体无法继续对既有管线起支撑防护作用,由于管线的自重与覆土压力作用,会导致管线局部结构发生沉降变形,管线内部压力存在,即可造成泄漏甚至爆炸的危险。当盾构施工穿越河底时,盾构机顶部的覆土高度过少,将直接影响盾构施工的安全和质量。河水会通过土体内部的间隙发生渗透作用,如若存在地下孔洞,则会形成土体内部水囊。如果盾构机刀盘切削掌子面扰动土体引起局部土体失稳发生形变,致使水囊的稳定性遭到破坏,土体失去支撑下沉至河底会发生贯穿孔洞,造成河水倒灌入盾构施工范围,发生涌水涌砂施工事故。当盾构机穿越地下、地表既有结构时,其对地层的挤压扰动或者同步注浆量不足会引起地表的沉降或者隆起,使既有结构产生裂缝,甚至会发生地基、基础的结构破坏而导致坍塌事故,造成人员伤亡。当盾构机穿越经硬化行人、行车路面时,由于刀盘扰动土体,使松动土层向下沉积,从而导致硬化层以下形成中空结构现象。硬化的路面在上部行人、行车等不稳定荷载的长期作用下,会导致裂缝、塌陷后果。此种不良后果隐秘性、突发性较强,难以预见,风险性非常大。
2 盾构穿越建(构)筑物保护措施要点
2.1 盾构穿越建(构)筑物前采取的措施
    盾构机在通过既有建(构)筑物前,需对建(构)筑物采取严格保护措施,避免在盾构机掘进过程中对建(构)筑物造成结构破坏。
    目前建筑施工常用且安全快速的加固保护措本文列举三种。
2.1.1 双重管高压旋喷桩加固措施
    双重管高压旋喷桩施工的主要施工工艺,首先对施工场地进行“三通一平”,将施工现场内低洼处采用土体回填并进行机械夯实。根据风险源场地测量基准定位点,保证高压旋喷钻机能够准确到位。将搅拌机放置在指定旋喷桩位置附近,利用桩机底部步覆装置,对其所处位置进行微调,保证桩位准确,并安排专职指挥人员校准桩机的垂直和水平位置,使桩机确保处于水平,导向架和钻杆应与地面垂直,倾斜率小于1%。桩位的设置应按照设计图纸及规范要求,桩位的位置偏差应小于等于5cm。如果施工中存在倾斜旋喷桩,桩位的位置偏差应小于等于2cm。旋喷桩施工采用双重管高压喷射法,喷嘴作360°顺时针旋转并利用压缩空气在喷嘴处形成同轴高速射流切割土体、砂层,同时由泥浆泵在周边土体及砂层中注入素水泥浆,置换其中砂土,与碎石混合成砼喷浆时必须先达到预先计算确定的喷射压力、喷浆量后再缓缓提升注浆杆。旋喷桩每次喷射完成以后,必须立即在喷浆孔内进行静压灌入水泥浆,直至注浆孔口部水泥浆顶面不再下降,确保注浆孔顶部表面不会发生凝结离析导致凹陷现象。
2.1.2 袖阀管注浆加固措施
    袖阀管注浆加固措施的主要施工工艺,其注浆孔成孔主要是采用钻孔机进行实施。而后在袖阀管外部浇筑套壳料,在袖阀管钻入到设计标高后从孔内灌入套壳料,封闭袖阀管和管孔边缘之间的空隙,高压下使其从注浆小孔开环,高压冲出的水泥浆撑破套壳料注入周围地层。在套壳料填充完成后,按照施工要求在应实际注浆处打下花管,不进行注浆加固的部分打下实管,管顶超出地表高度0.2~0.3m,为了检查其气密性应在管内充注清水。将6cm带双活塞的注浆钢管按照排好的顺序图,待套壳料达到设计强度要求时,即可插入袖阀管直到达到注浆部位,进行分段注浆,每次注浆长度0.5m。在注浆过程中,应观察相邻注浆孔的排气、反水、串浆、冒泡等情况,及时做好记录。
2.1.3 隔离桩加固措施
    隔离桩加固措施的主要施工工艺,在设备进场前先开挖探沟,探沟开挖前先了解附近沿线管线情况,施工场地管线复杂,为保证管线安全,深度应达到地表标高4m以下。开挖宽度 1.5m。探沟沿隔离桩位置中心两侧外扩0.75cm开挖,开挖长度25m,在不能确定管线位置时应继续开挖,直至原状土或确定管线位置为止,探明所有地下管线后方可施工。然后进行护筒下埋施工,护筒可以在施工过程中起到保护孔口和对桩进行定位的作用。埋设时顶面低于地面 0.3m。埋设护筒时,其周围用粘土分层夯实,采用挖坑埋设,开挖前应将桩中心调至开挖面以外,设置四个防护桩,埋设护筒时将桩中心合理的引回原位,其中心应与桩中心重合,并严格控制其垂直度,要求不大于0.1%。
    然后进行挖孔施工,钻机就位准确后,使用注浆泵将水泥浆注入护筒内,泥浆注到钻进时不外溢为止。为了防止对护筒发生扰动影响,钻机启动初期速度不宜太快。为了后续施工过程中能及时调整泥浆的参数和钻孔速度,在钻孔的过程中应详细记录钻孔数据。采用三点起吊的方式将预制钢筋笼沉入孔内达到设计标高后立即查验其位置是否准确放置在设计标高,有无偏离中心。混凝土在运输过程中罐车应不断搅动,以确保其到达施工现场后坍落度仍然满足设计规范要求,如发现其运至现场后已无法满足浇筑要求,应及时将其退回供应商。第一次浇灌的混凝土量是下一次浇灌前的重要数据,初灌后注意导管的埋深应大于1.0m。混凝土浇筑的高度上升过程中,应适当对导管进行拉升或拆解,导管底部埋入砼表面下方的深度应把控在2.5~5.5m,禁止导管被提升至砼表面。应确保每根灌注桩的混凝土浇筑过程连续进行,必须一次完成。
2.2 盾构穿越建(构)筑物时采取措施
    盾构穿越建(构)筑物时应熟悉将要穿越建 (构) 筑物的名称、里程 (位置)、距盾构施工范围的水平净距、建(构)筑物的周边环境、自身风险、结构特点等要素。盾构穿越建(构) 筑物时严格把控掌子面的水土压力值,盾构土仓的中部水土压力应依据埋深与周边土体情况而定,压力波动严控在±0.02Mpa 以内,盾构掘进过程中依据地表的监测数据,结合试掘进段施工时汇总分析得到的最佳掘进参数来设定盾构机在通过建(构)筑物的土压力数值。在土仓内部安装有敏感的土压传感器,能够及时地将盾构机掌子面的土压力数值传输到主控室的计算机上,盾构主司机根据地面监测信息的数据情况实时对土压力进行修改和重新设定。盾构机掘进过程中土压与螺旋机出渣速度和出渣量有密不可分的关系,合理地总结分析土压与出渣量,降低对盾构机周围土体的震动,以使得盾构机周围土体发生的位移量降到最低。盾构机掘进过程中利用土压传感器传输回来的数据来控制盾尾千斤顶的伸缩速度,伸缩速度应把控在 4~6cm/min,并严格控制千斤顶推进的速度、刀盘的转速、外排渣土的速度和同步注浆的速率相协调,并确保在掘进全过程保持均衡,与此同时要注意控制排土量及同步注浆量,严格按照设计要求进行。盾构机掘进过程中一旦发生位移偏差,在纠偏的过程中,盾体周围的建筑空隙注定增大,发生一定量的超挖现象。
    所以在盾构机掘进至建(构) 筑物的影响区域之前,必须将盾构机姿态进行提前调试并达到最佳状态。在盾构穿越建(构)物时应极力保持匀速掘进,速度最大应小于等于6cm/min;盾构机姿态不可有过大波动,严禁频繁纠偏,其单环的纠偏量应小于等于4mm (高程、平面),把控盾构机坡度变化应小于等于1‰,降低盾构机施工对周边土体的扰动。在盾构拼装管片的过程中,盾尾千
斤顶收缩过程会使盾构机发生轻微的倒退现象,所以在盾构掘进完成以后不应立即进行管片拼装作业,应在掘进完成 5min 后,盾构机的盾体与周围的土体有效结合后再进行缩回盾尾千斤顶的操作,千斤顶的回缩行程应尽可能地减小,其回缩空间可以满足管片的拼装操作即可。管片拼装应安排工艺纯熟的拼装工进行操作,提高管片的拼装效率和质量,避免在管片拼装过程中浪费时间。管片拼装完成后,应以最快速度恢复盾构机掘进状态。
2.3 盾构穿越建(构)筑物后采取的措施
    在盾构机进行同步注浆的过程中,浆液会发生沿土层间隙进行流窜而造成浆液流失导致管片与土体之间仍然存在一定的空间,并未填充密实,并且水泥浆液在凝结的过程中会发生收缩变形,从而引起地表土体发生变形或者侧向位移,扰动的土体而后再重新凝聚而导致地面的塌陷发生。
    此种情况应根据施工现场的监控测量数据或者路面巡视情况,在已拼装完成的盾构管片脱出盾构机尾部大约5环后,可针对地表塌陷部位或者管片环缝、纵缝发生渗漏情况的部位进行二次注浆处理,目前盾构二次注浆采取浆液大多为配比 1∶1 的水泥-水玻璃双液浆、二次注浆压力不宜过大,应使得注浆压力值0.3~0.5MPa;必要时可通过地表注浆对既有的建 (构) 筑物基础下方进行高压补注双液浆,以达到提升基础标高的目的,二次注浆所采取的参数应依据地表的监控量测数据及时进行调整,尽可能减少地表的塌陷量和隆起数值,以确保盾构施工安全。
3 结语
    盾构法施工是当代科技发展的重要成果,其应用范围将越来越广,因此盾构施工的安全可靠性即面临着巨大的挑战。在施工的全过程周期内对风险进行详细地分析与严格控制,将极大地提高盾构施工安全和质量。
文章来源:中国知网

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