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摘要:由于经济发展和城市建设,造成了城市交通问题,为缓解交通,隧道越来越多地投入建设。因为城市具有特殊的环境条件,往往形成小净距的隧道。在隧道建设的过程中,首先应当注重施工给周围环境所造成的影响,比如,地质环境,地下水环境,建筑物体以及地下管线。隧道施工必须要考虑到对这些环境造成的影响,全面分析,采取有效的控制措施。城市环境的特点,决定了隧道施工的特点,开挖跨度大,埋深浅以及小净距等等,因此对施工技术提出了较高的要求。在隧道施工过程中,必须要能够保证城市结构安全,环境稳定。本文结合具体的实际案例,提出了沉降控制的方案及措施,主要阐述了动态跟踪注浆的控制方法。
关键词:城市小净距隧道;施工环境;沉降变形;控制
1、引言
在城市小净距隧道的施工过程中,造成沉降的原因主要在于以下几方面:地层土质特征,地下水,地层应力释放,隧道相互作用的叠加,施工方法,开挖进尺,施工速度,支护结构等。综合分析这些引起沉降的主要原因,总结出在施工过程中,对于沉降的控制应该按照图1的方案进行。
2、工程概况
2.1 工程情况
某市小净距隧道总长约800m,其中650m采用浅埋暗挖法施工,在密集的建(构)筑群下穿过。双线隧道开挖跨度达34m,埋深仅10~30m,地质条件差,地下水位较浅,是国内罕见的城市浅埋复杂工程。隧道在某段斜穿过一楼房,该段底板埋深约为23.7~30.4m;隧道拱顶距地表平均大约为16.5m。穿越宽度约为40m,楼房的3/4长度被隧道穿越。
2.2 地质情况
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以下为全风化花岗岩,稳定性很差,遇水很容易流失,塌陷。水文地质单元主要为第四系松散类孔隙水分布区,涧顶以上无隔水层,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,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,对初期支护造成很大困难,且渗漏水易引起地表沉降。
2.3 建筑物概况
该楼为砖混结构住宅楼,其基础是浆砌整条毛石基础,埋深1.5111。该楼7层,总高度为20.1m,平面形状呈矩形,长56m,宽10.5m。首层高2.1m,其余各层层高为,3.0m。现场踏勘发现该楼屋顶楼板钢筋锈蚀严重,混凝土保护层严重脱落,可以明显看见钢筋外露。
3、相关施工情况
3.1 隧道设计
隧道穿越该楼段的支护参数如表1所示。
3.2 开挖方案
开挖所用方法是CRD,研究后决定单洞通过该楼,左洞先行,在左洞二次衬砌结束后,进行右洞的开挖。
4、数值模拟
首先,结合该隧道工程的具体情况进行数值模拟,以地质勘察资料和相关的工程类比为基础,计算参数情况如表2所示。
分析上表中的数据,因为该隧道模型左线隧道先行沉降的时间效应较长,且隧道从建筑物左侧下穿而过所以建筑物沉降最大值基本发生在左侧部位。根据计算结果分析六种工况条件下建筑物的最大沉降值如表3所示。
观察表3中的数据能够发现,二次初支,地表旋喷桩加固,全断面注浆,注浆管棚这几种控制沉降的措施,在控制效果上存在明显的不同。其中注浆管棚是最有效的控制措施,全断面注浆控制效果比较好,二次初支的控制效果不明显,地表旋喷桩加固能够对隧道上覆地层沉降起到控制作用,而对建筑物沉降没有太大的控制作用。
5、沉降控制策略
对于图1的沉降控制方案,本文重点论述其中的动态跟踪注浆。在开挖隧道的过程当中,会造成地表整体沉降及不均匀沉降。动态跟踪注浆能够在施工全过程中随时监测,并根据监测信息实施注浆抬升,并对注浆全过程监测,防止注浆过度。这种动态机制将能较好的控制建筑物的沉降。应用此控制方法时,应该注意工艺方法。
5.1 旋喷桩施工工艺
采用水泥单液浆。原材料:早强水泥。浆水灰比w:c=0.8:1~1:1。注浆参数如表4所示。
5.2 WSS重管无收缩注浆工艺
采用普通水泥——水玻璃双液浆。
原材料:早强水泥,35Be’以上水玻璃。
浆液配比:A液:水玻璃浆液——波美度35Be’。
B液:水泥浆——水灰比W:C=0.8:1~1:1;
A液:B液=1:1。
参数:底部加固注浆压力控制在0.6~1.5MPa。基础加固注浆针对不同地层每延米注浆量如表5所示。
5.3 袖阀管注浆工艺
采用普通水泥(参加一定量的膨润土)——水玻璃双液浆。
原材料:普通硅酸盐水泥,35Be以上水玻璃、膨润土。
浆液配比:A液:水玻璃浆液——波美度35Be;B液:水泥浆——水灰比w:c=0.8:1~1:1,膨润土掺量占膨润土和水泥总质量的20~30%,A液,B液=1:1。抬升注浆时不必掺加膨润土。注浆参数:补偿注浆时注浆压力控制在0.5~1.5MPa,抬升注浆时注浆压力控制在2.5MPa以下。
6、对该楼沉降的监测和分析
因为地层的沉降是有一定周期性的,在应用动态跟踪注浆的方法进行控制时,必须要设置科学合理的监控点,加强监测工作。施工过程中,在该楼的承重部位安排了23个监控测点,各个监测点之间相隔大约5m。左线隧道导洞通过该楼的某一天,进行监测的数据资料如表6所示,这一天中进行了两次沉降值的检验,第一次检验时间为六点和十点,发现问题后,及时跟踪注浆,然后在十八点进行了第二次检验,观察表6中的数据能够发现,注重注浆的监测工作并且及时采取措施,对控制沉降是十分有帮助的。
7、结束语
总之,城市的环境特征,使城市隧道工程建设面临着复杂多变的因素,很多施工环境控制技术和措施仍然需要进一步的探究。
关键词:城市小净距隧道;施工环境;沉降变形;控制
1、引言
在城市小净距隧道的施工过程中,造成沉降的原因主要在于以下几方面:地层土质特征,地下水,地层应力释放,隧道相互作用的叠加,施工方法,开挖进尺,施工速度,支护结构等。综合分析这些引起沉降的主要原因,总结出在施工过程中,对于沉降的控制应该按照图1的方案进行。
2、工程概况
2.1 工程情况
某市小净距隧道总长约800m,其中650m采用浅埋暗挖法施工,在密集的建(构)筑群下穿过。双线隧道开挖跨度达34m,埋深仅10~30m,地质条件差,地下水位较浅,是国内罕见的城市浅埋复杂工程。隧道在某段斜穿过一楼房,该段底板埋深约为23.7~30.4m;隧道拱顶距地表平均大约为16.5m。穿越宽度约为40m,楼房的3/4长度被隧道穿越。
2.2 地质情况
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以下为全风化花岗岩,稳定性很差,遇水很容易流失,塌陷。水文地质单元主要为第四系松散类孔隙水分布区,涧顶以上无隔水层,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,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,对初期支护造成很大困难,且渗漏水易引起地表沉降。
2.3 建筑物概况
该楼为砖混结构住宅楼,其基础是浆砌整条毛石基础,埋深1.5111。该楼7层,总高度为20.1m,平面形状呈矩形,长56m,宽10.5m。首层高2.1m,其余各层层高为,3.0m。现场踏勘发现该楼屋顶楼板钢筋锈蚀严重,混凝土保护层严重脱落,可以明显看见钢筋外露。
3、相关施工情况
3.1 隧道设计
隧道穿越该楼段的支护参数如表1所示。
3.2 开挖方案
开挖所用方法是CRD,研究后决定单洞通过该楼,左洞先行,在左洞二次衬砌结束后,进行右洞的开挖。
4、数值模拟
首先,结合该隧道工程的具体情况进行数值模拟,以地质勘察资料和相关的工程类比为基础,计算参数情况如表2所示。
分析上表中的数据,因为该隧道模型左线隧道先行沉降的时间效应较长,且隧道从建筑物左侧下穿而过所以建筑物沉降最大值基本发生在左侧部位。根据计算结果分析六种工况条件下建筑物的最大沉降值如表3所示。
观察表3中的数据能够发现,二次初支,地表旋喷桩加固,全断面注浆,注浆管棚这几种控制沉降的措施,在控制效果上存在明显的不同。其中注浆管棚是最有效的控制措施,全断面注浆控制效果比较好,二次初支的控制效果不明显,地表旋喷桩加固能够对隧道上覆地层沉降起到控制作用,而对建筑物沉降没有太大的控制作用。
5、沉降控制策略
对于图1的沉降控制方案,本文重点论述其中的动态跟踪注浆。在开挖隧道的过程当中,会造成地表整体沉降及不均匀沉降。动态跟踪注浆能够在施工全过程中随时监测,并根据监测信息实施注浆抬升,并对注浆全过程监测,防止注浆过度。这种动态机制将能较好的控制建筑物的沉降。应用此控制方法时,应该注意工艺方法。
5.1 旋喷桩施工工艺
采用水泥单液浆。原材料:早强水泥。浆水灰比w:c=0.8:1~1:1。注浆参数如表4所示。
5.2 WSS重管无收缩注浆工艺
采用普通水泥——水玻璃双液浆。
原材料:早强水泥,35Be’以上水玻璃。
浆液配比:A液:水玻璃浆液——波美度35Be’。
B液:水泥浆——水灰比W:C=0.8:1~1:1;
A液:B液=1:1。
参数:底部加固注浆压力控制在0.6~1.5MPa。基础加固注浆针对不同地层每延米注浆量如表5所示。
5.3 袖阀管注浆工艺
采用普通水泥(参加一定量的膨润土)——水玻璃双液浆。
原材料:普通硅酸盐水泥,35Be以上水玻璃、膨润土。
浆液配比:A液:水玻璃浆液——波美度35Be;B液:水泥浆——水灰比w:c=0.8:1~1:1,膨润土掺量占膨润土和水泥总质量的20~30%,A液,B液=1:1。抬升注浆时不必掺加膨润土。注浆参数:补偿注浆时注浆压力控制在0.5~1.5MPa,抬升注浆时注浆压力控制在2.5MPa以下。
6、对该楼沉降的监测和分析
因为地层的沉降是有一定周期性的,在应用动态跟踪注浆的方法进行控制时,必须要设置科学合理的监控点,加强监测工作。施工过程中,在该楼的承重部位安排了23个监控测点,各个监测点之间相隔大约5m。左线隧道导洞通过该楼的某一天,进行监测的数据资料如表6所示,这一天中进行了两次沉降值的检验,第一次检验时间为六点和十点,发现问题后,及时跟踪注浆,然后在十八点进行了第二次检验,观察表6中的数据能够发现,注重注浆的监测工作并且及时采取措施,对控制沉降是十分有帮助的。
7、结束语
总之,城市的环境特征,使城市隧道工程建设面临着复杂多变的因素,很多施工环境控制技术和措施仍然需要进一步的探究。