CN110359921B - 一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法 - Google Patents

一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法。该施工方法具体包括以下步骤：在盾构通过前，施工角度为15至30度的MJS工法桩，对建筑物下部地层进行加固，在建筑物与隧道之间的正面区域采用素混凝土桩进行隔离保护；在素砼桩中间，靠近隧道侧钻孔埋设袖阀管，对素桩未咬合的薄弱处进行隔离保护；在建筑物周边布置回灌井，在建筑物周边布置水位、沉降和倾斜监测点，在盾构掘进过程中，控制盾构参数，并通过监测点进行监测，隧道掘进完成后，在靠近建筑物侧的隧道内部120度范围内布置小导管注浆，避免后期运营过程中对建筑物的长期累计影响。本发明避免了盾构隧道近距离施工对建筑物的影响，保证了建筑物的结构稳定，使穿过区域内的沉降能有效控制。

Description

一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法
技术领域
本发明属于城市轨道交通工程领域，具体是针对盾构近间距过建筑物时针对建筑物及建筑物与隧道之间的位置进行加固处理、以及针对盾构参数进行特殊设定的一种盾构近间距侧穿建筑物的施工方法。
背景技术
近年来，全国以轨道交通建设为主的城市地下空间开发建设方兴未艾，城市综合管廊、电力水利隧道、公路铁路隧道等采用盾构法施工的项目逐渐增多，市场拓展的同时，对盾构施工技术也有着越来越高的要求。由于大部分盾构施工都在人群密集区域，因此，盾构穿越既有建筑物施工不可避免。
为了保证建筑物的安全，针对盾构穿既有建筑物的施工传统做法是在建筑物周围进行袖阀管注浆，对既有建筑物下方的地质进行约束，以增加整个地质的承载力。但这种处理措施对于地质较差的建筑物不能达到预期效果，容易造成建筑物发生不均匀沉降，加上有些建筑物业主不配合不同意拆房，因此，研究一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法是十分必要的。
目前，大部分建筑物发生沉降，是由于盾构在掘进过程中对地层进行扰动，使建筑物附近的地层发生水土流失，从而造成建筑物沉降。针对此种现象，在盾构侧穿建筑物时，防止水土流失，是控制建筑物沉降的关键。为进一步保证建筑物安全，可以对建筑物下部地层进行加固，采取防止地面沉降的措施，在盾构通过时尽量控制对地层的扰动。
发明内容
本发明根据现有技术的不足提供一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，该处理方法是在盾构近距离侧穿建筑物前，对建筑物进行加固，并在隧道与建筑物之间进行处理，保证在隧道施工过程中地面建筑物的安全稳定。
为了实践上述施工方法，本发明提供的技术方案为：所述一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)盾构通过前，在建筑物临近盾构隧道一侧距离建筑物1～2m的位置施工多排相互咬合的MJS工法桩，每根MJS工法桩从地面向建筑物底部呈15～30°倾斜状；所述MJS工法桩施工的喷射流初始压力为40MPa，浆液流量控制在90～130L/min；
(2)在建筑物与隧道之间的正面区域施工一排不相互咬合的素混凝土桩，所述素混凝土桩采用跳桩法施工，用旋挖钻机成孔后浇筑混凝土形成，其桩底垂直延伸至隧道底面以下至少2m，相邻素混凝土桩之间的中心距与桩体直径相等；
(3)在步骤(2)中的素混凝土桩施工完成后，在相邻素混凝土桩的接缝处临近隧道的一侧钻孔埋入袖阀管，通过袖阀管注入水泥浆在素混凝土桩未咬合区域形成注浆帷幕，其注浆压力为0.5～1MPa；
(4)在建筑物与素砼桩隔离墙之间布置多个回灌井，回灌井间距为8～10m；
(5)在建筑物周边布置水位监测点和沉降监测点，水位监测孔沿隧道走向布置，并在建筑附近布置倾斜监测点，在建筑物四角布置沉降监测点，多个监测点的布置间距为10～15m；
(6)在盾构掘进过程中，控制土压力1.0～1.1bar，盾构的掘进速度35～45mm/min，刀盘转速控制在1.1～1.3r/min，并在盾构掘进过程中进行地下水位监测，若发现水位观测井水位低于稳定地下水位2m，立即通过步骤(4)中的回灌井进行回灌，回灌压力控制在0.03-0.08MPa，同时在回灌过程中要进行水位监测，在水位回位到原始水位上下浮动60cm以内时停止回灌；；
(7)隧道掘进完成后，在靠近建筑物侧的隧道内部120度范围内布置3.5～5.0米的注浆导管对隧道临近建筑物侧进行注浆加固，其注浆压力为0.5～1.0Mpa。
本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中MJS工法桩设有3～5排，相邻两个桩体咬合300～400mm。
本发明较优的技术方案：在步骤(2)和步骤(3)中的素混凝土桩以及注浆帷幕施工完成之后，在素混凝土桩隔离墙两端外延布置2排相互咬合的高压旋喷桩，其高压旋喷桩的桩底垂直延伸至隧道底面以下至少2m，相邻两个旋喷桩咬合距离为350～450mm，每个旋喷桩施工时钻孔平面位置偏差应≤50mm、钻孔垂直度应≤1.5％、钻孔深度偏差应≤150mm。
本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中在素混凝土桩旋挖钻孔时，采用粘度控制在16～22s，比重1.2～1.3g/cm3，含砂率小于5％的泥浆进行护壁，在成孔之后，在孔洞内埋设护筒，并采用导管法浇筑C30混凝土形成桩体，浇筑混凝土前保证孔底沉渣不大于10cm。
本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中的袖阀管采用直径为48mm的袖阀管，埋设间距与素混凝土桩的直径相等，且注入的水泥浆为水灰比1:1的水泥浆，注浆半径至少为2m。
本发明较优的技术方案：所述步骤(4)中在建筑物垂直于素混凝土桩的两侧也分布有多个回灌井，所述回灌井采用D160硬质PVC管、底部至少3m开有孔径4～6mm的透水孔，并在透水孔部位包裹尼龙纱布。
本发明较优的技术方案：所述步骤(6)的水位监测点、沉降监测点和倾斜监测点的监测信号均与控制系统连接，通过控制系统对接收的监测信号进行分析汇总并传递给电脑终端，在监测数据异常时，使用WSS进行对建筑物底部跟踪补偿注浆，终止注浆压力为0.3～0.5MPa，扩散半径为800mm，使建筑物下方土层能够自始至终保持正常土压。
本发明较优的技术方案：所述步骤(7)中的注浆导管采用直径为32mm的缝钢管，其注浆半径为0.8m；具体是先在隧道管片上进行钻孔，然后埋入注浆导管。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用MJS工法桩对建筑物底部进行加固，MJS工法桩的成桩质量好，桩体桩径大，施工设备灵活，可以全方位任意角度施工；MJS在传统工法基础上采用高压力注浆泵，并且采用特有的地内压控制系统，最终实现直径大、饱满、均匀的优质桩体；而且，MJS在施工过程中，可以调整地内压力，控制地面沉降；集中排泥系统，施工环境绿色环保。
(2)本发明改变了传统的咬合素砼桩隔离墙形式，采用未咬合的素砼桩加袖阀管注浆形成的隔离墙，这种形式的隔离墙减少了素砼桩的数量，降低了施工的成本，缩短了工期。
(3)本发明加入袖阀管注浆弥补了传统的素砼桩隔离墙咬合部位出现水土流失的问题，使形成的隔离墙隔离效果更加明显，同时，通过袖阀管注浆，让浆液充分填充地层中的孔隙，对建筑物和隔离墙之间的地层进行加固。
(4)本发明中，在建筑物与隧道之间还存在的影响区域(素砼桩隔离墙两端)布置高压旋喷桩隔离墙，有效地降低了盾构通过过程中，非中心区域的影响区域内水土流失的风险；同时，用咬合的高压旋喷桩隔离墙取代素砼桩隔离墙即降低了施工的成本，又保证了施工的安全。
(5)本发明中布置的回灌井，可以通过回灌减缓建筑物区域内潜水水位下降的趋势，有效地解决了在盾构通过过程中，由于地下水位变化，引起地面及建筑物发生沉降的问题，降低了由于隧道的施工，对建筑物附近地下水位的影响。
(6)本发明通过在建筑物周边布置水位监测点、沉降监测点以及倾斜监测点，能够在盾构掘进过程中及时掌握地面及建筑物沉降情况，采取相应的措施。
(7)本发明在盾构近距离侧穿建筑物过程中控制掘进参数，放缓掘进速度，尽量减小对地层的扰动，以减小盾构掘进给建筑物带来沉降；同时，在掘进过程中及时利用WSS进行跟踪注浆，保证建筑物下方土层能够维持正常土压。
(8)本发明在盾构隧道施工完成之后，通过导管注浆对隧道靠近建筑物的一侧进行加固，其中导管采用有缝钢管，通过小导管注浆，使浆液填充地层空隙凝固后形成具有一定强度的“结石体”，使盾构隧道周围成为一个壳体，增强周围地层的自稳能力，防止在隧道通过后引起建筑物发生不规则沉降。
本发明整体施工方法简单，采用MJS工法桩的方式对建筑物下部进行加固，然后通过素砼桩隔离墙、袖阀管注浆、高压旋喷桩隔离墙、回灌井等一系列措施防止水土流失，再配合盾构掘进参数的控制，隧道内部小导管注浆加固，有效的解决了盾构近距离侧穿建筑物的问题，保证隧道的成型质量和地面建筑物的安全稳定。
附图说明
图1是本发明的平面图；
图2是本发明的横向剖面图。
图中：1—建筑物，2—MJS工法桩，3—盾构隧道，4—素混凝土桩，5—袖阀管，6—回灌井，7—注浆导管，7-1—注浆加固层，8—高压旋喷桩，9—监测点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至图2均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例是针对某地铁施工段，该区域的盾构区间全长1099.986m，区间线路距离1栋建筑物距离较近，且小于1倍隧道埋深。其中隧道距离新建的A7商业大厦最小距离为4.15m，该处隧道埋深为9.2m，为地铁施工期间新建建筑物，建筑物为框架结构，采用预应力管桩基础，直径为400mm，管桩长13～17m。该区域砂层、淤泥层较厚，地基稳定性及沉降控制均有不利影响。软土属高压缩性土，极易因其体积的压缩而导致地面和建筑物沉降，且地下水丰富，静止水位埋深1m～2.0m。
针对该施工项目，采用本发明中的盾构近距离侧穿建筑物的施工方法进行施工，其施工结构如图1和图2所示，具体施工步骤如下：
(1)在距离A7商业大厦1m处施工3排直径为800mm的MJS工法桩2，桩体间距为450mm，MJS工法桩2是从地面向A7商业大厦底部呈15～30°倾斜状，对建筑物下部地层进行加固；施工过程中，严格把控成桩质量，要求喷射流初始压力控制在40MPa，浆液流量控制在90-130L/min，控制孔位误差在50mm以内，钻杆倾斜角度误差控制在1％以内。施工完成后，并在相应位置进行钻孔取芯，经检测发现成桩质量良好；
(2)为防止在盾构掘进过程中，建筑物下部出现大规模水土流失，引起建筑物沉降，在A7商业大厦与盾构隧道3之间的正面区域施工一排Φ800mm的素混凝土桩4，素混凝土桩4之间的间距为800mm，采用跳桩法施工，浇筑C30混凝土，保证桩底在隧道底部2m。为保证施工进度，采用旋挖钻施工，并制备泥浆进行护壁，泥浆粘度控制在16～22s，比重1.2～1.3g/cm3，含砂率小于5％。在施工过程前要先埋设护筒，采用导管法浇筑混凝土，浇筑混凝土前保证孔底沉渣不大于10cm，桩体直径误差控制在10mm以内；
(3)由于素混凝土桩4未咬合，为进一步防止水土流失，在相邻素砼桩交接位置，靠近隧道侧钻孔，埋入直径为48mm的袖阀管5，间距为800mm，袖阀管5底部在隧道以下2m。通过袖阀管注入水灰比1:1的水泥浆，注浆半径2m，注浆压力为0.5-1MPa，对素桩未咬合区域的薄弱处进行加固，形成一道致密的隔离墙，避免在掘进过程中，发生水土流失，导致建筑物发生不规则沉降；
(4)在建筑物与隧道之间还存在影响的区域(素砼桩隔离墙两端)外延布置2排Φ800mm的高压旋喷桩8，旋喷桩隔离墙的长度为5m，咬合距离为400mm，保证桩底深度在隧道以下2m；每个旋喷桩施工时钻孔平面位置偏差应≤50mm、钻孔垂直度应≤1.5％、钻孔深度偏差应≤150mm；
(5)根据现场情况，在沿A7商厦四周布置6口直径为250mm的回灌井6，回灌井间距为10m，回灌井深度为10～12m，保证回灌井底部到达稳定隔水层，井管采用D160硬质PVC管、底部3m开5mm孔眼并包裹2层尼龙纱布；
(6)为保证隧道掘进过程中掌握建筑周边沉降情况，在A7商业大厦周边布置多个监测点9，监测点9包括水位监测点、沉降监测点和布置在建筑附近布置倾斜监测点，监测点9布置间距为10～15m，并在建筑物四角布沉降监测点，所述多个不同监测点9的信号输出端均与控制系统的信号输入端连接，其监测信号通过控制系统进行处理后输出至电脑终端，进行监测；在盾构通过过程中，按照一定的时间间隔定期监测，并及时针对监测情况进行总结，及时调整掘进参数；若发现监测数据有较大变化，及时采取相关措施；
(7)在盾构掘进过程中，控制参数，土压力设定在1.0-1.1bar，适当放慢盾构的掘进速度，刀盘转速控制在1.1-1.3r/min，速度35-45mm/min，以尽量减少对土体的扰动，严格控制土仓压力及出土量变化；在掘进过程中，发现沉降监测超过警戒值，为保证建筑物安全，防止沉降量继续变化，在建筑物对应位置使用WSS进行跟踪补偿注浆，终止注浆压力为0.3-0.5MPa，扩散半径为800mm，当监测发现沉降量不再发生变化时即可停止注浆，使建筑物下方土层能够自始至终保持正常土压；同时，在盾构掘进过程时刻进行地下水位监测，若发现水位观测井水位低于稳定地下水位2m，立即进行回灌，回灌压力控制在0.05MPa，同时在回灌过程中要进行水位监测，在水位回位到原始水位上下浮动60cm以内时停止回灌；
(8)盾构通过后，在靠近建筑物侧的隧道内部120度范围内埋设注浆导管7，先在盾构隧道管片上进行钻孔，然后埋入注浆导管7，在注浆导管埋设之后，通过注浆导管进行注浆对管片周边的地层进行加固形成注浆加固层7-1，防止在后期运营过程中隧道发生偏移；所述注浆导管7选用有缝钢管，管径32mm，管长采用3.5～5.0米，注浆半径为0.8m，注浆压力应根据地层致密程度决定，一般为0.5～1.0Mpa。
实施例的施工项目中采用了本发明中的盾构近距离侧穿建筑物的施工方法后，盾构安全通过了建筑物，保证了成型隧道的质量，为隧道贯通提供了有力保障。
以上所述，只是本发明的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)盾构通过前，在建筑物临近盾构隧道一侧距离建筑物1～2m的位置施工多排相互咬合的MJS工法桩，每根MJS工法桩从地面向建筑物底部呈15～30°倾斜状；所述MJS工法桩施工的喷射流初始压力为40MPa，浆液流量控制在90～130L/min；
(2)在建筑物与隧道之间的正面区域施工一排不相互咬合的素混凝土桩，所述素混凝土桩采用跳桩法施工，用旋挖钻机成孔后浇筑混凝土形成，其桩底垂直延伸至隧道底面以下至少2m，相邻素混凝土桩之间的中心距与桩体直径相等；
(3)在步骤(2)中的素混凝土桩施工完成后，在相邻素混凝土桩的接缝处临近隧道的一侧钻孔埋入袖阀管，通过袖阀管注入水泥浆在素混凝土桩未咬合区域形成水泥浆保护层，其注浆压力为0.5～1MPa；
(4)在建筑物与素砼桩隔离墙之间布置多个回灌井，回灌井间距为8～10m；
(5)在建筑物周边布置水位监测点和沉降监测点，水位监测孔沿隧道走向布置，并在建筑附近布置倾斜监测点，在建筑物四角布置沉降监测点，多个监测点的布置间距为10～15m；
(6)在盾构掘进过程中，控制土压力1.0～1.1bar，盾构的掘进速度35～45mm/min，刀盘转速控制在1.1～1.3r/min，并在盾构掘进过程中进行地下水位监测，若发现水位观测井水位低于稳定地下水位2m，立即通过步骤(4)中的回灌井进行回灌，回灌压力控制在0.03-0.08MPa，同时在回灌过程中要进行水位监测，在水位回位到原始水位上下浮动60cm以内时停止回灌；
(7)隧道掘进完成后，在靠近建筑物侧的隧道内部120度范围内布置3.5～5.0米的注浆导管对隧道临近建筑物侧进行注浆加固，其注浆压力为0.5～1.0Mpa。
2.根据权利要求1所述的一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)中MJS工法桩设有3～5排，相邻两个桩体咬合300～400mm。
3.根据权利要求1所述的一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于：在步骤(2)和步骤(3)中的素混凝土桩以及注浆帷幕施工完成之后，在素混凝土桩隔离墙两端外延布置2排相互咬合的高压旋喷桩，其高压旋喷桩的桩底垂直延伸至隧道底面以下至少2m，相邻两个旋喷桩咬合距离为350～450mm，每个旋喷桩施工时钻孔平面位置偏差应≤50mm、钻孔垂直度应≤1.5％、钻孔深度偏差应≤150mm。
4.根据权利要求1所述的一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中在素混凝土桩旋挖钻孔时，采用粘度控制在16～22s，比重1.2～1.3g/cm3，含砂率小于5％的泥浆进行护壁，在成孔之后，在孔洞内埋设护筒，并采用导管法浇筑C30混凝土形成桩体，浇筑混凝土前保证孔底沉渣不大于10cm。
5.根据权利要求1所述的一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于：所述步骤(3)中的袖阀管采用直径为48mm的袖阀管，埋设间距与素混凝土桩的直径相等，且注入的水泥浆为水灰比1:1的水泥浆，注浆半径至少为2m。
6.根据权利要求1所述的一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于：所述步骤(4)中在建筑物垂直于素混凝土桩的两侧也分布有多个回罐井，所述回灌井采用D160硬质PVC管、底部至少3m开有孔径4～6mm的透水孔，并在透水孔部位包裹尼龙纱布。
7.根据权利要求1所述的一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于：所述步骤(6)的水位监测点、沉降监测点和倾斜监测点的监测信号均与控制系统连接，通过控制系统对接收的监测信号进行分析汇总并传递给电脑终端，在监测数据异常时，使用WSS进行对建筑物底部跟踪补偿注浆，终止注浆压力为0.3～0.5MPa，扩散半径为800mm，使建筑物下方土层能够自始至终保持正常土压。
8.根据权利要求1所述的一种盾构近距离侧穿建筑物的施工方法，其特征在于：所述步骤(7)中的注浆导管采用直径为32mm的有缝钢管，其注浆半径为0.8m；具体是先在隧道管片上进行钻孔，然后埋入注浆导管。
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