为了确保邻近结构物的安全,隧道施工时应对地表建筑物的变形进行密切观测,及时预警预报,并根据监测情况采取一定的措施,使地层位移及邻近建筑物变形控制在允许范围之内。实际盾构隧道施工过程中,主要根据“匀速通过、严注浆、勤测量、二次注浆”来控制建筑物的变形。
1.匀速通过
掘进施工中,地层的变形主要是隧道开挖所造成的,不同的地层和不同的掘进参数对地层的变形影响很大。工作人员需密切关注土舱出土情况,根据刀盘前的地层正确选择盾构机掘进参数,以“平稳、匀速推进、低扭矩、顶住正面、调整压力、封住盾尾”的技术内涵为基础,以“保头护尾”的技术为方针,控制好刀盘扭矩、推进速度、泡沫参数、渗入尺度、渣土情况等施工参数,尽量减少故障,避免发生意外造成停机。快速匀速通过邻近建筑物,可缩短围岩的暴露时间和变形。在掘进时,控制好土舱内的压力平衡,控制好出土量,防止超挖。圆形土压平衡盾构理论排土体积V 为:V=π/4· r 2· L (式中:r 为开挖直径,L 为推进长度)。
2.严注浆
由于刀盘直径比盾构直径大,开挖出来的隧道与盾体或隧道衬砌之间形成一定量的空隙;而且由于盾壳与地层之间的摩擦阻力作用,必然会产生一个滑动面。临近滑动面的土层中会产生剪切应力,当盾构刚通过受剪切破坏的地层时,因受剪切而产生的拉应力导致土壤立刻向盾构后面的空隙移动;当管片脱出盾尾后,如不及时充填该空隙,就会被周围土体占领,最终形成较大的地面沉降。壁后注浆是对盾尾形成的施工空隙进行填充注浆,是控制地层沉降的一个重要环节之一。
严格控制同步注浆量和浆液质量,务必做到以下三点:
(1)保证每环要达到注浆总量。
(2)保证盾构推进每箱土的过程中均匀合理地压注。
(3)浆液的配合比必须符合标准,可以根据实际情况合理修改浆液配合比。
不同的地层条件需要调整注浆的方法,对于背后注浆对象而言,有软土和硬土之分,盾构工法的对象主要是软土层。在软土层中,浆液会流失到掘削空隙以外的周围土体中去,粒径小的黏性土 (以黏土、粉砂土为主且渗透系数小的土层),优于粒径大的砂质土 (以砂、砾石为主且渗透系数大的土层),其中砾石层浆液漏失更为明显。就强度而言,软土强度低,土层受盾体摩擦扰动,或土层的内应力影响会填充施工空隙而引起地层扰动。所以遇到软土层时,要求浆液保水性好、水泥含量要高,并采用较高的注浆压力以提高注浆量,降低浆体因排水固结收缩引起的地层损失。(www.xing528.com)
3.勤测量
在隧道过建筑物时,地表沉降必须全线进行,并沿纵轴线每3~5 m 布置地表桩测点,进行连续测量。对位于沉降槽影响范围的建筑物,做重点保护监测,加强监测力度。
隧道内的盾构机要控制好姿态,盾构姿态变化不可过大、过频。根据盾构姿态合理顶进,纠偏幅度不宜过大,尽量保持机体平稳推进,避免由于机体扰动周围土体和超挖引起地层损失,对地面沉降控制造成不利影响。
4.二次注浆
盾构经过的地层,会在相当长一段时间内仍延续沉降。盾构机通过后的后续沉降属于地基土的徐变特性的塑性变形,该沉降起因是土层的本身性质和隧道周围土体受扰动引起土体结构发生变化。因此,在盾构施工中要阻止和减小这种沉降的发生,通常采取二次注浆的方式来阻止地层发生进一步沉降。
二次注浆的形式为管片壁后注浆,即从相应位置的管片注浆孔实施浆液的压注。二次注浆的压力、压注量应根据实际情况而定。
同步注浆的砂浆凝固变硬需要一定的时间,条件差的地层或扰动后的地层稳定会滞后,施工中通常在盾构通过时进行同步注浆;在盾构机通过后,如果后续沉降比较大,则需要进行二次注浆。二次注浆可以进行单液注浆和双液注浆,两种浆液各有优缺点,详见表4.4.1。
表4.4.1 单液浆与双液浆对比
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