盾构法施工对风险的控制影响.doc

盾构法施工对风险的控制影响闫朝涛北京市市政工程设计研究总院 北京 100082Influence of Shield Construction Method to Risk Control YAN Chaotao (Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute, 100083)中文摘要：北京地铁某盾构区间下穿一座公路桥，局部区域采取了地层加固措施，根据监测结果，左右线不同的掘进工况对桥梁的影响是不同的，其中左线盾构掘进使得地层隆起，而右线盾构那么使地层下沉。同时，最终的监测数据亦说明，采取地层加固等措施并非总是有利于控制桥梁变形，有时，地层加固适得其反，反而加剧工程的风险。希望本文能对类似工程起到一定的参考作用。英文摘要：Abstract: Soil consolidation measure is taken in some area in a shield construction section in Beijing Metro project, which passes through a highroad bridge. Monitored data indicates that influence to the bridge from the left line and right line with different working conditions is different. In the left line of the Shield section, there is heave in the ground, in the right line, there is settlement. Meanwhile, final monitored data indicates that application of soil consolidation measures is not always helpful to control the bridge deformation; sometimes, the result of soil consolidation measures is just the contrary, it brings more risks to the project. The author hopes this article will be helpful for similar projects. 关键词：地铁盾构 土体加固 风险 Key words: shield construction for metro project, soil consolidation, risk随着城市轨道交通网络的形成与城市现代化的开展，地铁区间邻近穿越构建筑物的现象越来越普遍，伴随的施工风险也越来越高，而盾构法作为一种先进的施工工法也正在逐渐广泛地应用于地铁区间隧道中。在风险越来越大、盾构技术越来越成熟的当今，很多人过份悲观看重或夸张了风险的存在而无视了盾构工法本身的风险控制能力，往往出现舍本逐末的现象，一味地强调增加辅助措施，殊不知，这样的结果不仅造成工程本钱的增加、实施难度的加大，甚至可能对风险控制不利。本文结合具体工程的实施情况以及监测结果谈谈盾构技术对风险控制的看法以及自身的体会。一、工程概况北京地铁某6m直径盾构区间穿越的桥梁为一座10+17+10m三跨预应力连续梁桥面构造，下部桥基为桩根底，桩基上接承台，其中桥台桩基桩径1000mm，桩长16m，单排四桩承台； 桥墩桩基直径1000mm，桩长22m，双排四桩承台。桥梁呈南北向布置，根本与东西向敷设的盾构区间呈十字穿插关系。盾构区间在桥区埋深左右线分别为9m与14m，两线线间距约24m，其中左线从1#、2#两桥墩之间穿过，右线从0#桥台南侧外侧穿过，其桥梁与盾构区间相对位置关系见图1。图1：桥梁与区间隧道位置关系图Fig. 1: Ground Relationship between Bridge and Tunnel Section地质情况：桥区由上而下地层依次为1杂填土、素填土、粉土、粉质粘土、1细中砂、粉质粘土、2粉细砂，其中桥墩桩基底部位于2粉细砂中，桥台桩基底部位于1细中砂中，盾构区间穿越地层为粉质粘土、1细中砂，见图1所示。本场地揭露有三层地下水，分别为上层滞水、潜水与层间水。上层滞水位于粉土中，潜水位于1细中砂中，层间水位于2粉细砂中。根据桥区地质水文条件、桥梁资料、区间与桥梁的关系等，确定工程风险最可能出现在盾构右线穿越桥区时，因此提出如下几种措施以保证桥梁的平安：1. 盾构法施工区间，合理调整掘进参数，控制盾构掘进姿态，低速均匀通过桥区；2. 加固0#桥台桩基底部周围土体，减少桥基沉降变形加固情况见图2； 3. 设置支座千斤顶，控制桥面梁体变形。图2：0#桥台桩基底部土体加固图Fig. 2: Soil Consolidation at the Piling Bottom of Abutment 0# 二、施工情况0#台桩基底部土体加固采用袖阀管定向定量加固技术。钻孔采用全液压RPD-130C钻机斜向钻进，共计150个孔，用时约20天。盾构区间施工分别由两家队伍完成，其中左线采用面板式土压平衡盾构机推进，右线采用辐条式土压平衡盾构机推进。盾构推进方向由东向西进展，左线盾构先行通过桥区，右线盾构后行通过桥区。根据监测数据，两线分别采用了不同的掘进模式施工，桥梁出现了两种变形结果。三、监测1、地层变形根据北京地区修正的PECK公式计算结果，盾构掘进造成地面最大沉降量为8mm；按FLAC三维数值计算结果，盾构区间左右线推进产生的最大地层沉降量为9mm，最大差异沉降量为。2、桥梁变形控制指标根据上述计算结果并结合相关单位提供的桥梁评估报告，最终确定桥梁变形按如下指标控制：桥梁墩台隆陷量为±10mm； 相邻墩台的差异沉降5mm，墩台倾斜率2/1000。3、监测点布置为了监控地层加固过程中、左右线盾构分别通过桥区过程中桥梁变形情况，分别在桥梁各墩台、桥梁两侧50m范围内地面上布置了变形观测点。桥梁墩台上测点在土体加固、盾构通过前后进展重点观测；桥梁两侧地面上测点在盾构到达前与通过后进展重点观测，目的是获得左右线盾构掘进对地层变形的影响，判断盾构行进姿态。4、监测结果根据第三方监测单位提供的监测数据，分析比拟了土体加固、左右线盾构通过桥区三种工况下的地面及桥梁变形曲线图，发现如下现象：1） 土体加固使桥梁0#桥台、1#桥墩产生较大变形，墩台均出现45mm下降，变形曲线呈现加固开场时变形较大，而后逐渐变小的特点。这说明土体加固扰动了桥桩周围的土体，桥桩随着土体发生变形。图3、图4为土体加固过程中墩台沉降变形曲线横轴为日期，竖轴为沉降变形值，单位毫米，以下同：图3：0#桥台累计沉降变形曲线Fig. 3: Curve of Accumulated Settlement Deformation of Abutment 0#图4：1#桥墩累计沉降变形曲线Fig. 4: Curve of Accumulated Settlement Deformation of Pier 1#2） 左线盾构在通过桥区前后过程中桥梁两侧地面一直处于隆起状态，见图5地面隆起变形曲线图；通过桥区时，左线区间两侧1#桥墩、2#桥墩均表现为隆起变形，最大隆起量，发生在左线二次注浆过程中。整个过程盾构姿态应处在饱压掘进状态，土仓压力大。图6为1#桥墩在左线盾构通过过程中隆起变形曲线图，图7为2#桥墩在左线盾构通过过程中隆起变形曲线图。图5：2#墩东侧20m处地面累计隆起变形曲线Fig. 5: Curve of Accumulated Heave Deformation at place 20m to the east of Pier 2#图6：1#桥墩累计隆起变形曲线Fig. 6: Curve of Accumulated Heave Deformation of Pier 1#图7：2#桥墩累计隆起变形曲线Fig. 7: Curve of Accumulated Heave Deformation of Pier 2#3） 右线盾构在通过桥区前后过程中桥梁两侧地面一直处于下沉状态，见图8地面沉降变形曲线图；通过桥区时，右线区间紧邻的0#桥台表现为沉降变形，最大沉降量4.4mm，发生在右线管片脱出过程中。整个过程盾构姿态应处在欠压掘进状态，土仓压力偏小。图9为0#桥台在右线盾构通过过程中沉降变形曲线图。图8：0#台东侧30m处地面累计沉降变形曲线 Fig. 8: Curve of Accumulated Settlement Deformation at place 30m to the east of Abutment 0#图9：0#桥台累计沉降变形曲线Fig. 9: Curve of Accumulated Settlement Deformation of Abutment 0#四、总结1、理论计算的地层变形与盾构施工实际监测结果不符，过分地依赖理论计算来指导施工可能会导致严重后果。2、本工程地层加固作为盾构区间施工的一项辅助措施，其对桥梁的影响不亚于区间盾构推进对桥梁的影响。这意味着土体加固可能是一个潜在的风险点，其危害程度同样值得重视与研究。而类似的辅助措施可能会对保护对象产生不平等的加强或消弱作用，破坏原有的平衡状态，反而不利于风险保护。3、左右线盾构推进对地层及桥梁产生的截然不同的变形结果说明，地层变形很大程度上依赖于盾构施工技术水平。从桥梁墩台变形的绝对值也可以看出，不管地层下沉或隆起，盾构法施工对地层的扰动轻微，桥梁墩台产生很小的升降变形，盾构工法控制风险的能力是显著的。4、盾构施工技术开展至今已有180多年的历史，我国于1966年开场施工的第一条盾构隧道上海打浦路过江隧道，距今也有近50年的时间，在这几十年的时间里，我国的盾构理论与研究、盾构施工技术水平都有了长足的开展。进入二十一世纪以来，我国进入了城市地铁的快速开展期，盾构施工技术被大量而广泛地应用其中，这一期间积累了大量不同地质条件下盾构穿越各类地下、地上构建物的工程经历，盾构推进对地层的扰动影响变得越来越小，盾构把控风险的能力越来越强。比方，2001年广州地铁二号线越三区间盾构下穿广场火车站场、2021年郑州地铁盾构区间下穿郑州火车站场等，在没有采用地层加固、扣轨等辅助性措施的前提下，盾构区间均成功下穿了这些多股道的大型站场，地表隆陷及轨道变形均在几个毫米范围内。目前我国各类盾构机市场保有量达400多台，专业施工队伍几十家，盾构技术正朝着专业化、精细化、规模化方向开展，与其它工法相比，除在进度、工程造价、适用性方面存在优势外，随着技术的进步，盾构控制风险的能力愈加明显。对于盾构法隧道而言，根据地层、环境条件，选用适宜的盾构类型与提高盾构施工技术是解决穿越风险问题的主要手段，而对于辅助性措施，应慎重选用。参考文献：References: 1、 张凤祥、朱合华、傅德明 盾构隧道 人民教育出版社 2004 ZHANG Fengxiang, ZHU Hehua, Fu Deming, Shield Construction Tunnel, Peoples Education Press, 20042、 何川 水下隧道 西南交通大学出版社 2021HE Chuan, Underwater Tunnel, Southwest Jiaotong University Press, 20213、 陈馈 盾构施工技术 人民教育出版社 2021CHEN Kui, Shield Construction Technology, Peoples Education Press, 2021作者信息：闫朝涛，北京市市政工程设计研究总院，设计人员，工程师，北京海淀区西直门北大街32号3号楼804C，100082.About the Author: YAN Chaotao, design engineer, Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute，804C, Building No. 3, No. 32 Xizhimen North Street, Haidian District, Beijing 100082TEL:+86 -Email: 第 9 页