成都地鐵2號線老舊建筑物穿越既有建筑物的改造

成都地鐵2號線老舊建筑物穿越既有建筑物的改造

1區(qū)間隧道概況成都地鐵2號線位于成都市老城區(qū)的蒼鷺村站。該房產(chǎn)已完成成都地鐵3號屋頂機(jī)的壓力容忍和完成。區(qū)間隧道左、右線長各約1km,平面線形由直線和曲線組成,曲線半徑400m,線間距13m,線路縱向呈V形坡,最大坡度21‰,區(qū)間軌面最大埋深28.5m,最小埋深12.8m。區(qū)間隧道在曲線段曾26次穿越長達(dá)480m的密集建筑群,建筑物為20世紀(jì)八九十年代的老舊樓房,大多為淺埋條形基礎(chǔ),磚混結(jié)構(gòu),樓高6～8層,這些樓房在汶川地震后均出現(xiàn)了不同程度的下沉和開裂,該區(qū)間目前在成都地鐵連續(xù)穿越建筑物數(shù)量最多,工程安全風(fēng)險(xiǎn)極大。盾構(gòu)掘進(jìn)地層為362稍密卵石土、363中密卵石土、364密實(shí)卵石土,卵石含量高達(dá)60%～85%,粒徑以50～100mm為主,個(gè)別卵石達(dá)到350mm,區(qū)間范圍內(nèi)局部夾透鏡體砂層。2土壤污泥注射技術(shù)2.1第四系改變式注漿機(jī)工程概況由于區(qū)間線路上方樓房周邊多為綠化或散水,地層較為松散,盾構(gòu)機(jī)在砂卵石地層中施工對周圍地層擾動(dòng)很大,極易造成地面沉降過大,進(jìn)而威脅房屋安全,所以在盾構(gòu)機(jī)穿越房屋之前需要提前對穿越的房屋進(jìn)行注漿加固。由于本標(biāo)段盾構(gòu)機(jī)穿越房屋眾多,選取其中比較有代表性的一棟樓(見圖1、2)進(jìn)行論述,根據(jù)施工前調(diào)查,該樓整體呈L形,上部為磚砌7層結(jié)構(gòu),下部為條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)深約2.5m,位于第四系全新統(tǒng)沖積層(Qal44al)中的卵石土<26>地層上,該處隧道埋深14m,盾構(gòu)區(qū)間左、右線均要穿越該樓。穿越前在該樓周邊共垂直打設(shè)了19根袖閥管注漿孔(見圖3～圖4),注漿孔平均深12.5m,間距3m。在盾構(gòu)機(jī)通過房屋前15d開始進(jìn)行注漿,采用單液注漿機(jī)施工,材料為早強(qiáng)水泥以確保加固強(qiáng)度。漿液由水、水泥配制而成,配合比為水∶水泥=1∶0.8。注漿壓力控制在0.4～0.6MPa,當(dāng)注漿壓力超過0.6MPa時(shí),易造成地面冒漿,同時(shí)壓力上升較快,易造成硬化地表隆起或堵塞附近雨、污水管。注漿方法為后退式注漿,即將與預(yù)埋袖閥管配套的袖閥槍插入袖閥管底,注入一段后向上提升,逐層對土體進(jìn)行加固直至地表,注漿完畢后及時(shí)清洗注漿孔,以便后續(xù)施工能繼續(xù)使用,該棟樓房預(yù)注漿情況見表1。通過地面鉆孔及預(yù)注漿情況,可以初步掌握樓房下部的地質(zhì)情況,為盾構(gòu)機(jī)順利穿越打下基礎(chǔ)。2.2注漿壓力和時(shí)間控制盾構(gòu)機(jī)穿過房屋后,由于對地層擾動(dòng)及少量超挖,當(dāng)洞內(nèi)同步注漿未及時(shí)對孔洞進(jìn)行填充時(shí),孔洞會(huì)向地表發(fā)展,地層易發(fā)生沉降變形,隨土體松動(dòng)范圍擴(kuò)大,還會(huì)引起地面沉降。跟蹤注漿的作用是及時(shí)填充和固結(jié)空隙,有效地控制地面下沉,采用雙液注漿機(jī)進(jìn)行注漿,利用預(yù)注漿時(shí)打設(shè)的袖閥管進(jìn)行注漿,因雙液漿比單液漿可以更快地固結(jié)土體,對及早控制房屋和地面沉降有很好的效果(見圖5)。地面跟蹤注漿應(yīng)結(jié)合地面和房屋監(jiān)測情況進(jìn)行,當(dāng)?shù)孛婧头课莩两邓俾瘦^小時(shí),應(yīng)在離盾構(gòu)機(jī)盾尾后至少10m處進(jìn)行注漿,注漿壓力控制在0.5～0.8MPa,漿液初凝時(shí)間控制在30s左右,并在注漿過程中隨時(shí)與盾構(gòu)機(jī)操作室保持聯(lián)系,確認(rèn)注漿對盾構(gòu)掘進(jìn)有無影響;當(dāng)?shù)孛婧头课莩两邓俣容^大時(shí),地面跟蹤注漿應(yīng)在盾構(gòu)機(jī)盾尾后至少6m處進(jìn)行注漿,并在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中進(jìn)行,盾構(gòu)機(jī)停機(jī)時(shí)立即清洗注漿管并停止注漿,以防漿液包裹住盾體或流入土倉,從而影響盾構(gòu)正常掘進(jìn)。待盾構(gòu)機(jī)重新掘進(jìn)時(shí)繼續(xù)注漿,注漿終壓為0.3～0.5MPa,漿液初凝時(shí)間控制在20s左右,該棟樓房地面跟蹤注漿量見表1。注漿過程中隨時(shí)與盾構(gòu)機(jī)操作室保持聯(lián)系,若盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)土倉壓力升高、推力增大等異?，F(xiàn)象應(yīng)立即停止注漿,待盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)后再開始注漿。主要注漿參數(shù):水泥漿水灰比為1∶0.8,水波璃濃度為25～30波鎂度,水泥漿和水玻璃的體積比為2∶1,初凝時(shí)間30s內(nèi)。通過調(diào)整水玻璃波鎂度,可對雙液漿的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。雙液注漿施工工藝比單液注漿相對復(fù)雜,操作不好較易堵管。施工中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn):1)雙液注漿施工應(yīng)保持連續(xù)進(jìn)行,盡量避免中斷,若確需暫停,應(yīng)將注漿孔清洗干凈,保證可重復(fù)注漿。2)由于房屋周邊注漿孔提前做過預(yù)注漿,當(dāng)再次進(jìn)行注漿時(shí),一開始可能會(huì)出現(xiàn)注漿壓力較大的情況,這時(shí)應(yīng)與操作室聯(lián)系觀察盾構(gòu)機(jī)是否有異?，F(xiàn)象,若無則繼續(xù)注漿,當(dāng)跟蹤注漿漿液沖破原有注漿層時(shí),注漿效果會(huì)更好。3)在非硬化地面注漿時(shí),開始可能出現(xiàn)地面冒漿,這時(shí)應(yīng)間歇注漿,利用較快凝固的漿體地表封堵,然后注漿可順利進(jìn)行。3隧道內(nèi)注入砂漿3.1同步注漿和注漿壓力成都地鐵盾構(gòu)區(qū)間選用的管片外徑為6.0m,幅寬1.5m或1.2m。由于盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑為6.28m,在盾構(gòu)開挖面與管片背后存在140mm的空隙,為及時(shí)填補(bǔ)空隙,在盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)從盾尾向管片外圍進(jìn)行同步注漿,考慮到漿液固結(jié)收縮、漿液流失、上層擾動(dòng)及超挖后的固結(jié)沉降等因素,注入率一般為150%～200%。在PLC上設(shè)定同步注漿最大壓力時(shí),要根據(jù)地層的水土壓力來計(jì)算確定注漿:如果注漿壓力過小,克服不了水土壓力,注漿注不進(jìn)去;如果注漿壓力過大,則會(huì)擊穿盾尾刷而漏漿。注漿壓力1、4號注漿管壓力控制在0.8×105Pa以下,2、3號管則控制在(1.5～2.5)×105Pa之間。以幅寬f=1.5m管片為例,每推進(jìn)一環(huán)則同步注漿量Q=π[(D1/2)2-(D/2)2]×f×(150%～200%)=3.14×[(6.28/2)2-(6/2)2]×1.5×(150%～200%)=6～8m3。同步注漿漿液由水、水泥、砂、粉煤灰、膨潤土配制而成,其配合比為水∶水泥∶砂∶粉煤灰:膨潤土=3.75∶1∶5.83∶2.33∶0.83,初凝時(shí)間在12～16h。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中實(shí)施同步注漿,在拼裝管片過程中將漿液及時(shí)運(yùn)輸至區(qū)間內(nèi)盾構(gòu)砂漿罐中,為保證穿越房屋的連續(xù)性,盾構(gòu)穿越房屋過程中同步注漿需及時(shí)和連續(xù),避免因漿液不到位引起盾構(gòu)機(jī)意外停機(jī)。漿液注入前要充分?jǐn)嚢杈鶆?同步注漿過程中要以注漿壓力和注漿量作為重指標(biāo)控制,保證注漿量能夠填充管片背后空隙。同步注漿是盾構(gòu)穿越房屋過程中極為重要的一個(gè)施工環(huán)節(jié),對于及早控制地面和房屋沉降非常有效。3.2管片下二次注漿在成都特有的富水砂卵石地層下,盾構(gòu)同步注漿有時(shí)難以保證管片外空隙的注漿密實(shí),加之要穿越樓房跨度較大,地面注漿擴(kuò)散半徑有限,達(dá)不到樓房下部,這就需要在隧道內(nèi)進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿(見圖6),以確保樓房下面土體密實(shí)。二次注漿漿液是由水泥漿和水玻璃組成的雙液漿,注漿位置需結(jié)合地面監(jiān)測及建筑物情況來選擇,一般選擇在隧道拱頂點(diǎn)120°范圍內(nèi),在樓房下面拼裝的管片已在預(yù)制時(shí)增加了注漿孔。當(dāng)盾構(gòu)正常掘進(jìn),出渣量控制較好時(shí),二次注漿在已拼裝管片后12～14環(huán)(1.5m管片)進(jìn)行跟進(jìn)式注漿,即在12～14環(huán)上方120°范圍以內(nèi)打設(shè)1.5m長注漿管,利用管片上吊裝孔及預(yù)先埋設(shè)好的孔位,對管片上方地層進(jìn)行注漿加固。注漿參數(shù):水泥漿灰水比為0.8∶1,水波璃濃度為20～25波美度,水泥漿和水玻璃的體積比為2∶1,初凝時(shí)間控制在40s左右,注漿壓力為0.4～0.6MPa。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)超方量較大或地面監(jiān)測變形速率較大時(shí),二次注漿在已拼裝管片后6環(huán)(1.5m)處進(jìn)行注漿,即在第6環(huán)拱部60°范圍以內(nèi),利用吊裝孔及預(yù)先埋設(shè)好的注漿孔在11點(diǎn)、1點(diǎn)及12點(diǎn)方向打設(shè)1.5m深的注漿孔注漿。由于此處注漿位置距離盾體較近,所以此處注漿壓力應(yīng)嚴(yán)格控制,宜控制在0.2～0.3MPa,漿液初凝時(shí)間控制在20s內(nèi),若注漿壓力過大,漿液初凝時(shí)間過長將會(huì)影響盾尾同步注漿的質(zhì)量,甚至出現(xiàn)漿液流入土倉而影響盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。漿液水泥漿灰水比為0.8∶1～1∶1,水波璃濃度為25～30波鎂度,水泥漿和水玻璃的體積比為1∶1～2∶1,該棟樓房的二次注漿量見表2。由于上述兩種二次注漿均是在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)同時(shí)進(jìn)行的,對盾構(gòu)正常掘進(jìn)存在干擾,注漿管打設(shè)長度僅有1.5m,對埋深較大的地層不能有效加固到,所以需要在盾構(gòu)機(jī)5號臺車掘進(jìn)后再次對房屋進(jìn)行深孔注漿(見圖7),深孔注漿位置選擇樓房下面的面注漿未能完全覆蓋的區(qū)域。錨桿機(jī)把鋼質(zhì)注漿管沿管片預(yù)留的注漿孔頂入隧道上方土層內(nèi),在砂卵石地層中,注漿管向上頂入7m,頂管過程中發(fā)現(xiàn)管片上方有2m厚的硬殼層,表明隧道內(nèi)二次注漿達(dá)到了加固的效果。深孔注漿同樣采用雙液漿,壓力可適當(dāng)增大至0.5～0.8MPa,水泥漿灰水比為0.8∶1～1∶1,水波璃濃度為15～20波鎂度,水泥漿和水玻璃的體積比為3∶1,漿液初凝時(shí)間至60s。隧道內(nèi)二次注漿需要注意的事項(xiàng)如下:雙液注漿施工應(yīng)保持連續(xù)進(jìn)行,盡量避免中斷,當(dāng)注漿位置距離盾體較近時(shí),應(yīng)隨時(shí)注意觀察盾構(gòu)機(jī)各參數(shù)變化情況,調(diào)整注漿參數(shù)或暫停注漿;打設(shè)注漿管過程中注意觀察地層情況,避免從注漿管中流出過多水及砂,注漿完畢后及時(shí)封堵注漿管;注漿過程中做好附近管片上吊裝孔或注漿孔的臨時(shí)封堵,避免漿液流出而影響注漿效果。4量規(guī)劃4.1測量點(diǎn)的配置該樓房建筑物沉降測點(diǎn)及周邊地面沉降測點(diǎn)布置見圖8所示。4.2地面沉降觀測在樓房周邊共布設(shè)了8個(gè)地面沉降觀測點(diǎn)D1-D8,監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)時(shí)先鉆孔去掉房屋周邊地面的硬化層,然后采用長約1m的鋼筋打入地表下土層,這樣更能真實(shí)地反映盾構(gòu)掘進(jìn)過程中地面的沉降情況,盾構(gòu)機(jī)穿越該棟樓房前后的地面沉降曲線見圖9。4.3建筑物的沉降在樓房周圍共布設(shè)了9個(gè)建筑物沉降觀測點(diǎn)J52-J60,盾構(gòu)機(jī)穿越該棟樓房前后的建筑物沉降曲線見圖10。4.4商品房裂縫情況在盾構(gòu)施工前已對該房屋既有的裂縫做了測量和記錄,盾構(gòu)穿越樓房后,通過觀察和測量發(fā)現(xiàn),該樓既有裂縫沒有繼續(xù)發(fā)展,樓房整體未出現(xiàn)新增裂縫。4.5沉降控制因素1)從地面和建筑物監(jiān)測結(jié)果來看,距離隧道較遠(yuǎn)的地面監(jiān)測點(diǎn)D1、D8和建筑物沉降觀測點(diǎn)J52、J53、J59、J60的沉降曲線較平緩,沉降量較小,而距離隧道較近的地面和建筑物觀測點(diǎn)的沉降量稍大,這符合成都砂卵石地層下盾構(gòu)施工對地層擾動(dòng)在一倍洞徑范圍內(nèi)這一規(guī)律。2)結(jié)合盾構(gòu)穿越樓房的施工過程,