软弱地层中隧道下穿建筑物施工沉降控制技术

2022-10-09

随着国家基础设施建设投入的加大, 全国各地城市地铁建设的兴起, 城市地铁隧道将越来越多, 地铁隧道穿越建筑物、邻近建筑物的工况必将频繁遇见, 尤其是软弱地层中隧道邻近建筑物施工。在城市复杂环境中, 软弱地层隧道施工对邻近建筑物及管线不可避免要产生影响, 本文就深圳地区全、强风化层及残积土中隧道邻近建筑物施工实践, 论述了深圳地区敏感地层沉降控制及建筑物保护措施, 为城市地铁施工建筑物沉降控制提供一定思路。

1 工程概况

深圳地铁5号线5307标太安站至怡景站区间隧道包含5号线和7号线接入段, 均为矿山法施工的暗挖区间隧道。5号线太-怡区间右线长1807.984m;左线长1744.78m, 7号线接入段左线长2 1 7.5 7 8 m, 右线长280.748m。沿线主要建筑为:南城百货商厦、东安花园、东晓肉菜市场、百事达东郡、万事达名苑、新岭山庄、东湖丽苑、湖滨新村等。

区间隧道多段穿越软弱地层, 且下穿建筑物并邻近建筑物。其中在软弱地层中下穿湖滨新村施工为其中控制难点之一。如图1所示。隧道下穿里程为ZDK37+343~ZDK37+365, 单洞单线马蹄形断面, 设计采用单排小导管双液浆超前支护, 初期支护为格栅钢架。

2 地质条件

太-怡区间洞身主要穿越第四系全新统海残积层 (6) 1砾质粘性土、 (6) 2砂质粘性土;燕山期混合岩1全风化、2强风化及3中等风化;大部分区间穿越地层是微风化混合岩, 但其余区间穿越地层地质条件复杂, 软硬交错。区间隧道穿越湖滨新村小区段地层从上至下为 (1) 1素填土层、 (6) 2残积土、 (7) 2砂质粘土层、1全风化、2强风化及3中等风化, 如图2所示。

3 建筑物沉降分析

3.1 沉降发生的机理

地层在自然状态下一般都是处于应力平衡的稳定状态。在隧道施工过程中, 由于隧道土石方的开挖, 导致地层土石方的移除、地层孔隙水的排除, 必然会改变地层的应力状态, 使之处于非平衡状态。如果这种状态没有采取措施处理, 则必然要通过坍塌、变形的现象来获得新的平衡, 从而导致地表及建筑物的沉降。

3.2 引起沉降的原因

综合深圳地层特点及国内其他暗挖隧道施工的经验, 一般造成地表及建筑物沉降的主要原因是隧道开挖施工过程中产生的地层损失引起地层移动。进一步分析, 引起地层移动导致沉降的因素有以下方面。

(1) 暗挖隧道开挖面土体的移动。由于隧道开挖出现临空面, 加上封闭不及时, 开挖临空面土体则可能出现松动和崩塌, 而破坏了原来地层应力平衡状态, 导致地层沉降。

(2) 由于隧道开挖, 掌子面未能封闭, 地层内地下水必然流失, 而致使地层中土颗粒间隙水失却, 引起土体固结变形而导致地层沉降。

(3) 土体受施工扰动的固结作用。其中持续次固结沉降往往要持续几年, 在软土中它所占的沉降量的比例甚至高达35%以上。

(4) 由于隧道初支结构受地下水及围岩的压力作用下产生变形, 也会引起小量的地层损失而导致沉降。

(5) 隧道仰拱长期受水浸泡, 基底变软, 引发隧道整体沉降。

3.3 沉降控制的机理

隧道施工会造成周边地层的地层损失、土体固结、土体蠕变, 还有可能发生支护结构的变形, 及支护结构的整体下沉, 所以, 要控制沉降根本必须是保持或加强原有地层的稳定性, 维持其稳定的应力状态。

4 隧道施工沉降控制技术

通过对建筑物沉降机理和影响因素的分析, 可以看出:隧道开挖施工过程中对土体的扰动和开挖所引起的地下失水是导致建筑物沉降的主要原因。因此, 如何控制隧道施工以减小对周边地层的影响是控制隧道周边建筑物沉降的主要手段。在太-怡区间左右线隧道邻近湖滨新村2栋房屋开挖施工过程中, 主要采取以下技术。

(1) 该段隧道开挖采用上下台阶法, 施工严格按工艺要求控制台阶长度, 尽快完成隧道初支封闭成环;同时控制格栅间距、垂直度、连接等初期支护结构质量, 以防因初期支护结构变形而引起沉降。

(2) 加强隧道内的排水措施, 确保隧道排水通畅, 保证开挖掌子面附近及隧道内的仰拱干燥。

(3) 做好小导管超前注浆加固。施工小导管超前注浆加固过程中, 对注浆浆液配合比、注浆压力、注浆辅助施工、注浆工艺控制等进行严格控制。

(4) 因地下水损失是导致地表及建筑物沉降的主要原因之一, 隧道开挖前的掌子面超前加固显得尤为重要。

(5) 在左线隧道开挖支护通过湖滨新村建筑物下方时, 在隧道内预留径向注浆锚管, 根椐隧道上方建筑物情况进行洞内补注浆加固地层。注浆锚管采用3m长42钢管, 垂直初支面径向布置, 在拱部1800范围内按2m间距环向、纵向进行布置, 浆液采用水泥-水玻璃双液浆, 注浆压力控制在0.4MPa。如图3所示。

(6) 隧道初期支护施工时, 进行拱顶注浆管预留。在初期支护施工完成后, 根据监测数据和隧道初期支护渗漏水情况, 进行初期支护背后回填注浆。

(7) 为避免隧道开挖施工引起沉降的叠加, 左右线隧道开挖掌子面必须错开足够距离, 根据深圳地区地层特点, 应该保持在20m以上。

5 地面建筑物沉降控制技术

对地表建筑物沉降的控制, 除了在隧道内采取措施外, 隧道外的辅助措施也必不可少。为更好的控制太-怡区间隧道邻近湖滨新村2栋房屋的沉降, 确保建筑物的安全, 主要做了以下几点。

(1) 在隧道开挖施工到达建筑物前, 对房屋结构现状进行详细调查, 对其安全性进行论证, 同时制定出变形预测及施工管理标准值。

(2) 根据怡景路段隧道开挖容易引起周边地层失水情况, 在隧道开挖断面附近、重要建筑物附近增设地下水位观测孔, 以便及时掌握地下水位的变化情况。

(3) 由于本标段地层对失水沉降比较敏感, 在施工过程中, 依据已布设的地下水位观测孔水位监测情况, 对湖滨新村2、3栋房屋沉降较大部位在适当的位置补打回灌井以补充一定量流失地下水。

(4) 在受影响较大的房屋周边设置止水帷幕, 阻隔房屋周边失水, 减少房屋不均匀沉降。同时对在隧道上方的建筑物预埋注浆管, 根椐建筑物沉降情况适时进行地面跟踪注浆, 埋管24根。注浆采用袖阀管注浆, 注浆管沿湖滨新村2号楼周边按2m间距进行埋设, 埋管深度为6m, 沿建筑物的斜插角度为30度。管位布置如图4所示。

6 施工监测及信息化施工

信息化施工是指:通过监测数据的反馈分析, 判断当前的施工状况是否科学合理, 及时发现工程中存在的问题, 为采取有效的防范措施提供信息, 指导施工的安全顺利进行。根据实际情况, 采取如下措施:为了获取全面、准确的数据, 对建筑物的沉降、倾斜和裂缝进行监测;同时对建筑物周边地表沉降、地下水位变化、隧道收敛和隧道拱顶沉降进行监测。