土体加固技术在跨地铁基坑施工中的应用

摘 要：介绍了南京火车站站前广场地下停车场基坑西出口跨地铁盾构段开挖前的土体加固技术,通过监测,证明采用多种土体加固技术相结合对跨地铁段基坑土体进行处理是行之有效的。

在基坑开挖施工中,土体加固技术常用于加固被动土压力区。土体加固有利于控制基坑变形、渗漏水、坑底回弹、沉降及其他环境效应等。主要方法有[1]:坑内降水、水泥搅拌桩、高压旋喷、压力注浆、人工挖孔桩、化学加固法,因水泥搅拌法较经济且加固质量易于控制,所以,较为常用。其原理均是通过不同的手段提高土体的物理力学指标。在一些特殊的基坑工程中,综合应用多种土体加固技术,有利于基坑的开挖与周边的环境安全。

1、工程概况

南京火车站站前广场地下停车场西出口基坑骑跨地铁1号线盾构双线隧道,基坑底距盾构管片顶最小距离为1.67ｍ,骑跨盾构隧道段长度约76.5ｍ。在骑跨盾构隧道处基坑围护采用1200@1150的挖孔咬合桩,桩长8.2ｍ～16.0ｍ,坑内盾构隧道外侧3ｍ处设四排800钻孔抗拔桩(每排5根),以加固盾构隧道四周土体及防其上浮。挖孔咬合桩外侧采用800@500的二重管高压旋喷桩作止水帷幕(桩长16ｍ),总长39.5ｍ。坑内采用二重管旋喷满布加固,加固区(距Ｄ1轴)长36.4ｍ,在盾构隧道外加固深度在开挖面以下8.95ｍ,盾构隧道处逐根缩短,其基坑开挖面以下的水泥掺量由现场试喷确定,开挖面以上的旋喷水泥掺量减半。基坑支撑采用609×11ｍｍ钢支撑,间距为4.8ｍ,设上下两道钢支撑。基坑降水采用管井与轻型井点降水,且盾构隧道两侧对称降水,地下水位降至标高3.0ｍ。

地铁盾构的保护要求很高,主要是对隧道位移、错台、环纵缝张开量等的要求较严。如果这些情况一旦发生且超过允许量,可能导致隧道渗漏、管片破坏等情况的发生,甚至导致隧道外部泥砂从管片间缝隙流入隧道造成更为严重的后果。为此,隧道设计院与地铁指挥部提出盾构隧道的保护要求:盾构隧道绝对最大沉降不超过15ｍｍ,最大隆起变形不超过10ｍｍ,变形曲率半径必须大于15ｋｍ,相对变形必须小于1/2500,施工产生的振动对盾构隧道引起的峰值速度不大于2.5ｃｍ/ｓ。综合考虑这些因素,主要采取了以下加固措施。

2、盾构隧道顶压密注浆

2.1 施工组织

盾构隧道管片与旋喷桩及挖孔咬合桩桩底间隙采用压密注浆进行封堵,浆液采用水泥与水玻璃液浆,采用32镀锌钢管为注浆管。注浆参数:水泥水灰比Ｗ∶Ｃ=1.33～1.5∶1,水玻璃浓度35Be′,缓凝剂1.5%,水泥∶水玻璃=1∶1(体积比),注浆压力0.6ＭＰａ～1.0MPa,注浆孔间距50cm,以梅花形布置。

为保证盾构隧道结构安全,注浆孔底标高控制在距盾构隧道结构外侧15ｃｍ处,进场两台注浆机,每条隧道共分两次对称注浆。

2.2 注意事项

1)施工时必须严格按对称施工,并加强隧道内监测控制。

2)注浆过程中密切注视注浆压力,防止爆管伤人。

3)当注浆压力突然升高时,要立即暂停注浆,查明原因后再继续施工。

4)施工中派技术人员全过程跟踪旁站,并记录注浆孔的位置、浆液配合比、注浆压力、每孔注浆量等。

5)严格控制注浆持荷时间,以3min为宜,不得太长,以免造成隧道变形及位移。

3、基坑内土体旋喷加固

3.1 施工组织

西出口骑跨地铁盾构段坑内采用Φ800@600二重管高压旋喷桩满樘加固,加固区长度约36.4ｍ,共1055根。盾构隧道附近土体加固深度从基坑底至距盾构管片50cm范围,盾构隧道两侧土体加固桩深度在开挖面以下8.95ｍ,高压旋喷桩在加固面以上继续注浆提升,水泥掺量减半。待止水帷幕施工结束后,4台机械进入基坑内进行满樘加固。为确保地铁盾构隧道结构安全,坑内加固遵循“分步、对称、跳幅、慢速”原则。

3.2 注意事项

1)施工前根据设计计算出整个过地铁段的旋喷桩根数且画出其桩位图,用竹签或短钢筋在现场标注出各桩的桩位。

2)盾构隧道范围内的旋喷桩施工时,机械要对称布设,同时施工,以保证盾构隧道两端压力均衡。

3)严格控制其施工参数,在盾构隧道范围内浆压控制不得大于20MPa,气压控制在0.7MPa,旋喷提速在盾构隧道范围(距盾构隧道结构2.4ｍ范围内)开挖面以下为10cm/min,开挖面以上为20cm/min;其他部位提速开挖面以下为15cm/min,开挖面以上为30cm/min。水泥掺量由现场试喷确定。

4)钻机安放保持水平,钻杆保持垂直,其倾斜度不得大于1.5%。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50ｍｍ,钻机就位后经检查达到要求后方可开钻。

5)喷浆前必须保证高压设备及管路系统完好,制备好的浆液不得离析,泵送必须连续,拌制浆液的箱数、泵送浆液的时间等应有专人记录。

6)喷浆中途拆卸钻杆时,为保证桩身的连续性,重新喷浆孔段要与前段搭接0.1ｍ～0.2ｍ。

7)确保每米水泥用量。主要通过控制注浆管提升速度来确保。做好浆桶的标定及记录。

4、降水措施

连续性,重新喷浆孔段要与前段搭接0.1ｍ～0.2ｍ。7)确保每米水泥用量。主要通过控制注浆管提升速度来确保。做好浆桶的标定及记录。

4、降水措施

4.1 施工组织

基坑降水采用管井(井内径300)与轻型井点降水相结合的方式,在地铁盾构隧道两侧对称降水,地下水位降至标高3.0ｍ。开挖前提前3周降水,每个断面两个降水井,既作降水井,兼作回灌井以控制地下水位。过地铁盾构段基坑三个断面共设六个降水井,井深12ｍ,为保证降水效果与准确控制水位保持在标高3.0ｍ位置,在每个断面的两个降水井间各设一口水位观察井,并在基坑北侧围护桩外的两隧道间设一口水位观察井,井深12ｍ。

4.2注意事项

1)基坑降水采用管井(井内径300)与轻型井点降水相结合的方式,在地铁盾构隧道两侧对称降水,地下水位降至标高3.0ｍ处。开挖前提前3周降水,每个断面两个降水井,既作降水井,兼作回灌井以控制地下水位。

2)保证基坑在开挖前3周开始降水。

3)项目部派专人负责降水及观察水位,每天至少均匀间隔测量详细做好水位记录,确保水位控制在标高3ｍ位置。

4)过地铁段底板混凝土浇筑时,将坑内水位观察井与基坑北侧的降水井封堵,剩余的三口降水井待土方回填完后封堵。

5、结语

通过压密注浆对盾构隧道周边进行加固,旋喷加固坑内(盾构影响范围内)开挖土体,通过降水改善周边土体的物理力学指标。与西出口仅一步之隔的龙蟠路新隧道,开挖前地铁已有2mm的回弹量,采取了同样的加固方案,经人工抽土条开挖,至顶板浇筑完毕。监测数据反映,仅有8mm左右的回弹,很好地证明了多种土体加固技术相结合对跨地铁段基坑土体进行处理是行之有效的。