9m级盾构侧穿机场货运通道施工控制.pdf

163420238Building Construction-MUNICIPANGINEERING市政程9m级盾构侧穿机场货运通道施工控制陈春喜上海三维工程建设咨询有限公司上海200060摘要：依托上海轨道交通市域线机场联络线工程12 标9 m级盾构侧穿机场货运通道施工，对工程施工采用有限元模拟等方法进行工况模拟，分析得出盾构施工地层损失率限值，以此确定盾构推进隆起控制参数，采取措施并加以调整监控，最终保证了机场货运通道安全，得到了成功经验。关键词：9 m级盾构；穿越；模拟分析；施工控制中图分类号：U455.43文献标志码：A文章编号：10 0 4-10 0 1(2 0 2 3)0 8-16 3 4-0 3DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.040Construction Control of 9 m Grade Shield Side TunnelingThrough AirportFreight PassageCHEN ChunxiShanghai Sanwei Investment Management Co.,Ltd.,Shanghai 200060,ChinaAbstract:Relying on the construction of the 9 m level shield side tunneling through the airport freight passage in the 12thbid section of the Shanghai Rail Transit City Line Airport Liaison Line Project,finite element simulation and other methodsare used to simulate the working conditions of the project construction,analyze the limit value of the ground loss rateduring shield tunneling,and determine the control parameters for shield tunneling uplift,and some measures are taken andadjusted,which the safety of the airport freight passage was ultimately ensured,and successful experiences were obtained.Keywords:9 m grade shield;tunneling through;simulation analysis;construction control1工程概况1.1工况介绍本文所讨论工况为上海轨道交通市域线机场联络线工程12 标7 风井一浦东机场站区间右线9 m级盾构穿越机场货运通道桩基。机场货运联络通道桥墩承台基础为钢筋混凝土钻孔灌注桩，11桩基桩径8 0 0 mm，桩长3 8 m，桩底标高一3 6.3 0 m。左、右隧道分别自11桩基两侧近距离侧穿过（图1），桩基与左线隧道最小水平净距2.12 m，与右线隧道最小水平净距3.42 m，区间隧道穿越段埋深15.0 5 m，穿越段土层为灰色淤泥质黏土、1灰色黏土。1.2工程水文地质1）地质状况。7 风井一浦东机场站区间右线盾构穿越机场货运通道桩基的主要土层为灰色淤泥质黏土、1灰色黏土。灰色淤泥质黏土为流塑性、高压缩性，工程性质差，为本场地主要软弱层之一，标贯平均击数2.6 击，静探锥尖阻力0.7 10 MPa，侧壁摩阻力14kPa；1灰色黏土以软塑为主，高压缩性，工程性质较差，标贯平均击数5.4作者简介：陈春喜（19 8 5 一），男，本科，高级工程师。通信地址：上海市普陀区澳门路3 5 6 号三维大厦2 0 楼B座经营部（2 0 0 0 6 0）。电子邮箱：10 40 12 46 9 收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 212#桥墩11#桥墩10#桥墩5.02m消防水池档墙底-1.2 5 m8288010.06m.10.06m14.53m14.53m16.65m左线15.76m右线1o94m机场货运联络通道11*桩基：11桩径8 0 0机场货运联络通机场货运联络通道12#桩基：道11桩基：桩径10 0 0桩径8 0 036.10m36.30m-35.80ml图1盾构与机场货运通道位置关系击，静探锥尖阻力1.0 13 MPa，侧壁摩阻力17 kPa。2）水文条件。本文讨论工况场地揭露的地下水分为赋存于浅部土层中的潜水以及中下部1、2 层中的承压水（该2 层水相连通）。潜水位埋深一般为地表下0.3 1.5m，受降雨、潮汛、地表水的影响有所变化，年平均水位埋深为0.5 0.7 m，盾构推进断面不涉及承压水层。2穿越前分析和模拟计算2.1盾构穿越风险概述对于本文讨论的9 m级盾构穿越机场货运通道工况，穿越期间主要存在以下几点风险：建筑施工第45 卷第8 期1635陈春喜：9 m级盾构侧穿机场货运通道施工控制1）9 m 级土压盾构近距离侧穿运营中的货运通道高架桩基，无类似工程经验参考，容易引起高架桩基础与地表沉降变形，造成运营线路高架的变形、失稳等风险。2）灰色淤泥质黏土、1灰色黏土为软黏性土层，含水量高、强度低、压缩性高，对施工扰动反应较为敏感，易产生沉降现象。3）区间隧道断面内存在灰色淤泥质黏土，可能造成螺旋机喷涌及盾尾渗漏的风险。结合规范及工程实践经验，施工对桥梁的影响按如下几点进行控制或评估。墩台顶水平位移的容许限值：本次施工暂定承台允许水平位移5 mm。相邻墩台间的不均匀沉降：本次施工暂定墩台允许差异沉降(10 一4)mm（4为桥梁已发生的差异沉降）。为保障盾构穿越安全顺利，为制定施工控制措施提供一定的参考，本次穿越前采用计算机建模的方式对盾构穿越货运通道桩基进行模拟，同时也为穿越后的结果判断提供参照。2.2建模分析本次仅从桩体变形和受力机理以及盾构、土层、桩体相互影响的角度进行建模分析。建模时采用对桩身弹性模量进行折减的方法模拟桩：Ep=4E,+(1-元D元DEs(1)41式中：Es为桩墙的弹性模量；E,为桩体弹性模量；E。为土体弹性模量；I为桩间距；D为直径。计算范围内土体参数按勘察报告选取，结构参数按实际情况选取。设计要求控制地层损失率2.0%，本次分析取地层损失率为1.0%进行计算。根据平面有限元计算分析和计算结果，当地层损失率控制在1.0%时，右线施工引起最大水平位移（累计值）发生在10 桥墩桩基，为0.8 mm；最大竖向位移（累计值）发生在11桥墩桩基，为3.3 mm。相邻承台的最大差异沉降为2.2mm，承台倾斜率为0.0 8 1%；盾构区间施工引起深层最大竖向位移发生在隧道拱顶，为6.8 mm；盾构区间施工引起地表最大竖向位移为4.0 mm。2.3沉降控制值根据Attewell公式，可以求得地表面任意一点的沉降，并得到与隧道轴线平行沉降点的时序曲线，可知，隧道开挖面位置（x=0处）的沉降为最大沉降Smax的5 0%。而根据沈培良、张海波和殷宗泽在2 0 0 3 年的监测数据，上海地区盾构法施工过程中隧道开挖面上方地表处的沉降值一般为最大地面沉降的2 0%左右。因此，如要将盾构通过后的最终沉降值控制在4mm以内，应将切口上方地表沉降值控制在0.8 mm以内。3制定施工控制措施3.1设置试验段推进9m级盾构穿越桩基无类似工程经验，故本次盾构进入穿越段前2 0 环设置为推进试验段（右线17 3 9 17 5 8环），试验段推进阶段做好相关措施：1）货运通道桩基沉降会出现滞后情况，在试验段推进期间，调整切口土压控制盾构切口与盾尾地面沉降都在0.8mm内，减少土体损失，控制后期沉降在可控范围内。2）在穿越期间合理控制盾构姿态，做到勤测、缓纠；及时进行施工总结，对推进试验段数据进行仔细分析。掌握此段区间盾构推进的土体变形规律，摸索同步注浆量和压力的特征效果：在盾构切口前地面沉降控制不大于0.8mm或微隆起状态，通过控制姿态、同步注浆，保持地面沉降不发生较大变化，仍能维持在0 4mm范围内，尤其是脱出盾尾10 环后地面沉降仍保持稳定。3）盾构进入试验段阶段，穿越过程中要求盾构维保人员全程保驾。3.2盾构穿越施工措施根据盾构埋深按45 影响槽考虑盾构对桩基的影响，将区间右线盾构切口到达第17 6 3 环设为穿越段开始，直至盾尾脱出第17 7 3 环范围设为右线穿越段。该阶段施工时，根据穿越前试推阶段总结的推进参数和施工数据来指导施工，以下施工措施和参数在试验段阶段应落实到位，为穿越段提供明确指导。1）正面平衡压力设定。根据本工程9 m级盾构实际推进过程中实际土压反算实际值，取土的侧向静止平衡压力系数k值为0.9，土体的平均重度取18 kN/m，隧道中心埋深h=14.878m，计算正面平衡压力P=koyh=241kPa。盾构在掘进施工中均可参照以上方法来取得平衡压力的设定值。根据试验段情况及穿越段盾构埋深情况，计算得到盾构穿越时的理论土压力，具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及监测数据进行实时优化调整，每次调整的幅度为10 kPa。2）出土量。出土量计算值为12 3.3 m，根据盾构及管片之间的建筑间隙及各土层特性合理控制出土量，为开挖断面的9 8%10 0%，即每环出土量为12 0.8 12 3.3 m。通过分析调整，寻找最合理的数值。3）推进速度。控制合理的推进速度，使盾构匀速慢速施工，盾构掘进速度控制在3 4cm/min，减少盾构对土体的扰动，达到控制地面变形的目的-2 。4）盾尾油脂。9 m级盾构穿越过程中应前期实际经验设定盾尾油脂压注量，压注盾尾油脂过程中保证油脂均匀压注，同时注意盾尾密封情况，实时调整油脂压注量。5）同步注浆及二次注浆。通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。每环建筑空隙体积为163620238Building Construction上接第16 3 3 页陈春喜：9 m级盾构侧穿机场货运通道施工控制8.81m；同步注浆量取建筑空隙的13 0%140%，即穿越阶段同步注浆量为11.45 12.3 3 m。压浆量和压浆点视压浆时的压力值、地层变形监测数据及脱出盾尾后的管片情况而相应调整。穿越施工过程中，根据监测数据反馈注浆量，必要时利用管片增设注浆孔采取跟踪二次注浆。6）盾构壳体注浆。在穿越过程中若壳体位置沉降较大，考虑需通过壳体预留注浆孔采用克泥效进行壳体注浆，及时填充壳体与土体的间隙，减弱上方土体沉降 3 。7）控制拼装速度。9 m级盾构每环由8 块管片组成且管片尺寸较大，拼装时间较长。在管片拼装过程中，应安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装时间，缩短盾构停顿的时间，减少土体沉降。4监测数据位于地面的沉降监测点监测数据表明，盾构穿越货运通道期间，地面最高沉降值为一2.6 mm，达到施工控制要求。位于桥墩位置的监测点的监测数据显示，盾构穿越货运通道期间，10 桥墩与11#桥墩最终的累计沉降控制均在土0.8 mm以内，差异沉降1.0 3 mm，小于有限元1%地层损失率的工况模拟引起的沉降值，达到施工控制要求。盾构穿越机场货运通道期间，盾构断面水平位移在加固，增加土层的自稳性，并加固横通道与斜坡通道连接处的格栅拱架，施工过程中严格控制开挖进尺，及时施作格栅拱架、喷射混凝土等支护措施，加大监控量测频率，及时对土层、支护结构的应力与变形进行监测。2）反向扩大断面施工。过渡段施工完成，监控量测数据稳定收敛后，通过挑顶对斜坡通道与横通道连接部位进行反向扩挖施工，得到设计断面。施工工序流程为：拆除过渡段临时格栅拱架开挖土方，扩大断面及时施作格栅拱架、喷射混凝土等支护措施。施工过程中，应遵循从斜坡通道向横通道，格栅拱架拆除一榻，架设一榻的原则，严禁一次拆除2 榻及以上的临时格栅拱架。临时格栅拱架拆除前，向土层开挖方向打设3.5 m超前小导管。挑顶过渡见图8。回挖2 次安装拱架横通道格栅钢架锁脚锚管打设密排超前小导管过渡段格棚安装横通道斜坡扶梯通道图8挑顶过渡示意一3.7 13.3 9 mm间波动，最终穿越完成时，盾构断面土体的累计水平位移最大值为一3.7 1mm，达到了施工控制目的。5结语1）通过有限元建模分析盾构穿越桩基的工况，得出穿越后桩体位移、变形符合设计和规范要求的地面沉降值。2）通过Attewell公式积分式和当地沉降数据的统计，归纳隧道开挖面位置的沉降与最大沉降间的关系，确定穿越过程中隧道开挖面位置沉降的控制范围。3）按照确定的隧道开挖面位置沉降的控制范围制定施工参数，并设置穿越前试验段，进行验证分析。4）正式穿越时执行前期经过验证的施工参数，并通过监测数据反馈实时分析，保障施工安全顺利。参考文献1 王衍丰.盾构近距离下穿既有古建筑物施工技术研究 J.现代隧道技术,2 0 16,5 3(4):16 5-17 1.2任力青.新建地铁隧道穿越另一运营地铁隧道的施工风险控制技术 .建筑施工,2 0 10,3 2(12):12 3 8-12 41.3吴亚东.大直径盾构下穿运营地铁变形控制研究 建筑技术开发,2022,49(9):113-116.3结语综上所述，复杂暗挖站台隧道采用非爆破高频破碎锤、铣挖头、挖机等设备联合配套开挖作业技术先进，有效提高了复杂暗挖站台隧道开挖施工工效，降低了材料消耗，缩短工序循环时间，减少了爆破法施工对围岩的扰动。在确保复杂暗挖站台隧道开挖过程安全的前提下，有效控制地表下沉（设计预留沉降15 0 mm，实际沉降14.6mm），降低了暗挖开挖施工安全隐患，为后继在复杂多变地层中的暗挖站台隧道（特别是隧道群）施工积累了宝贵经验。参考文献1李克先,李术才,赵继增.大跨度暗挖地铁车站开挖工序优化研究1.地下空间与工程学报,2 0 17,13(5):13 2 9-13 3 7.2袁运涛,李苏春,韩霜,等.土体扰动对地铁车站开挖的影响分析 1施工技术,2 0 19(增刊1):6 6 3-6 6 7.3宋建,樊赞赞.复杂条件下地铁车站施工关键技术 1 现代隧道技术,2 0 12,49(1):143-147.4】李围,何川.地铁车站施工方法综述 .西部探矿工程,2 0 0 4,16(7);109-112.5】陈世凯,李坤杰,闫洪江,等.超大埋深基坑降水开挖结构安全性分析及对地表沉降影响 J.路基工程,2 0 2 0(2):5 3-5 7.