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盾構穿橋拔樁及近距離側穿橋樁的施工技術研究

作者:來源:日期:2019-12-18 9:22:42人氣:1044
      1背景工程概況

      1.1 盾構穿越概況

      根據.上海軌道交通17號線線路規劃,線路至盈港路時,在盈港路路中、路北繼續向西走行:將由西大盈港河樁基間穿越后轉向南,沿西大盈港河西側向南走行:因南半幅橋部分橋跨與盾構區間干擾,在盾構穿越橋基拔樁前,將南半幅橋部分影響盾構區間的老橋拆除并將樁基清除,再另行施工樁基恢復南半幅橋。

      西大盈港橋P3 ~P8老橋樁基和規劃17號線隧道相碰,在盾構穿越前需進行老橋樁基拔除及承臺改建,保證盾構穿越新橋承臺有足夠空間(圖1、圖2)。


      1.2 水文地質條件概況

      1.2.1地形地貌

      本工程擬建場地位于青浦城區,地勢較平坦,場地沿線主要為多層樓民宅。地面標高- -般為3~5 m。地貌類型屬渴湖沼澤平原,地貌形式單一。


       1.2.2 地基土的構成與特征

      根據本次勘察資料,在勘察揭露的8030 m深度范圍內,均為第四紀松散沉積物,屬第四系濱海、淺海、河口、湖沼、沼澤相沉積層,主要由飽和黏性土、粉土及砂土組成。

      2盾構穿橋拔樁關鍵技術

      2.1大深度大直徑樁基拔除方案比選分析

      大深度大直徑樁基拔除目前較為常用的施工方法有360°全套管施工拔除法與沖擊式鉆機鑿除清障法-1。背景工程位于上海市青浦區西大盈港橋,對于改建范圍內影響盾構施工的陸上原樁基采用360°全套管施工拔除,但,其中P5、P6承臺樁基為水上圍堰內清樁,所拔鉆孔樁直徑1 200 mm,樁深38 m,需清鉆孔樁入土樁長為21 m左右??紤]水上圍堰空間狹窄,水上平臺所承受荷載受限制,因此,本工程根據實際情況,擬采用沖擊鉆擊碎原有老樁,從而達到清除障礙的目的(圖3)。

       2.2 大深度大直徑樁基拔除施工

      根據背景工程情況,采用CZ-30F 型的沖擊式鉆機,可以滿足1 50 m樁孔直徑的需要。沖擊式鉆機成孔工藝設備簡單,操作方便。在沖孔過程中,由于一.部分石渣與泥漿被擠入孔壁孔隙中,故孔壁堅實,不易坍孔。2.2.1沖擊式拔樁施工流程

      施工準備→測定樁位中心→沖孔樁機就位→埋設護簡→沖孔清障→樁孔回填- +樁機移位→配套設備退場2.2.2沖擊式拔樁施工關鍵要點

      1)護簡埋設。結合老樁清障位置進行護簡埋設。護簡口必須高出圍堰至少50 cm,以保持孔內水位高于孔外水位或地面,使孔內水壓力增加,利于保護孔壁。如地表為軟土質,則在護簡里加片石、砂礫和黃土,其比例大致為3:1: 1。

      2)沖孔清障。

      ①開孔:在開孔階段沖孔進度不宜太快,一- 般控制臺班進尺在1 m以內,相應地提錘高度要小,沖擊次數要多,這樣產生的沖擊力小,以使孔壁逐漸受水平力的擠壓而密實,防止坍孔。在開孔時,護簡底以下3~4 m范圍之內,要求盡可能把孔壁護得牢實一一些,此后進入正常沖孔,就不容易產生坍孔。

      ②正常沖孔:經過輕沖擊的開孔階段之后,即開始正常沖孔,以加快速度。提錘高度可增至1.5~2.0m,泥漿相對密度相應降低,大致在1.5以下。

      ③沖打老樁:老樁含有鋼筋,高低不平,或為傾斜面,因此在沖孔時容易產生偏孔。通常是向孔底拋擲φ 20~ 30 cm的片石,將巖層斜面和高低不平之處嵌補填平,然后繃緊繩子低錘快打,形成一個較緊密的平臺,以承托沖錘,保證均勻受力,防止偏孔。沖進巖層后,將泥漿相對密度降到1.2左右,以減少阻力和粘錘的問題,但不能太小,否則石渣浮不,上來,導致掏渣困難。開始時,應低錘密擊,孔內泥漿面應保持穩定。

      ④沖擊老樁時應低錘沖擊或間斷沖擊,如發現偏孔應回填片石至偏孔上方300 ~ 500 mm處,然后重新沖孔。也可預爆或用高低沖程交替沖擊。

      ⑤每鉆進4~5 m深度驗孔一次,在更換鉆頭前或容易縮孔處,均應驗孔。

      ⑥沖孔中遇到斜孔、彎孔、梅花孔、坍孔或護簡周圍冒漿等情況時,應停止施工,采取措施后再行施工。

      ⑦在采取沖孔工藝施工時,樁中心間距小于2.0 m的樁需要采取跳打,以防施打時串孔。

      3)掏渣。在沖孔過程中被沖碎的石渣,一部分 和泥漿擠入孔壁孔隙之中,大部分靠掏渣簡清除出外。在開孔階段,為了使石渣泥漿夾石子盡量擠入孔壁周圍孔隙,以固孔壁,在沖擊過程中不掏石渣,待沖進達到4~5 m之后再行掏渣,以降低泥漿相對密度。

      4)樁孔回填。舊樁清除后,樁孔必須進行回填。為控制周邊土體的位移,回填料要達到- -定的強度,強度以略高于原狀土為宜,要求密實、均勻。本工程采用C20砂漿回填。

      2.3老 橋樁基拔樁施工效果

      本工程采用沖孔施工結合圍堰臨時平臺的老樁清障方法,安全經濟地完成了深約21 m的樁基清障拔除,確保了盾構后期穿橋的順利進行。通過后期盾構穿橋跟蹤,在本區域內盾構施工未遇到障礙物,取得了良好的效果(圖4)。


      3盾構穿橋前期模擬分析

      3.1參 數選取

      西大盈港橋與隧道位置關系錯綜復雜,且P5和P6橋墩為鄰水面,模擬時考慮盾構各斷面的影響分析。按照施工順序選取具有代表意義的P3、P6橋墩分別進行計算。

      為確保盾構穿橋的安全,穿越橋采用Abqus軟件進行數值分析,模擬計算時根據工程實際先開挖上行線(右側隧道),然后開挖下行線(左側隧道)。土層采用修正劍橋模型,襯砌及同步注漿采用實體線彈性單元。施工考忠同步注漿的影響。

      C55混凝土的彈性模量為3.55X10* MPa,容重為25 kNm',泊松比0.2. 折減后彈性模量取2.5X10* MPa.3.2施 工工況分析

      為了準確地分析盾構各施工段的不同受力狀態,結合現場施工,對盾構側穿各工況受力狀態進行分析:

      1)工況1:地應力平衡。

      2)工況2:.上行線 盾構推進過程中對樁基擠壓影響。3)工況3:開挖上行線(右側隧道),拼裝管片和注漿。

      4)工況4:漿液硬化1.

      5)工況S:下行線盾構推進過程中對樁基擠壓影響。6)工況6:開挖下行線(左側隧道),拼裝管片和注漿。

      7)工況7:漿液硬化2.

      3.3鄰近 樁基穿越環境影響分析

      PS和P6橋墩近鄰河道,由于橋梁承臺,上覆水層,導致隧道開挖過程中實際覆土厚度減小:同時上覆水層的水壓力的綜合影響對盾構施工要求更高。

      通過有限元分析P6橋段施工時的結構受力情況(圖5、圖6) 。


      由圖可知,P6樁基最大側向位移3.0 mm,最大位移發生在下行線盾構機切口挖土時:襯砌最大應力值為6.8 MPa。

      4盾構近距離穿橋施工控制關鍵技術

      為控制盾構穿越橋梁的地表沉降和對周邊建(構)筑物的影響,本工程從推進速度、土壓力設定、出土量控制、同步注漿等方面進行嚴格控制,確保盾構安全順利地穿越橋梁+刀。

      4.1推進速度控制

      穿越時放慢推進速度,推進速度控制在10mm/min左右。穿越施工過程中,以每10 cm為- -施工段,盾構每推進10 cm后分析總結施工數據,再一次確定新的施工參數來指導施工。.

      4.2合理設定 土壓力平衡值

      施工設定值根據盾構埋深、所在位置的土層狀況、前段隧道施工情況以及監測數據進行合理的調整。嚴格控制出土量,防止超挖和欠挖,根據地面及隧道內監測結果合理調整出土量,并根據數據進行不斷地調整。合適的土壓力會減小地面的隆起或沉降,從而減小地層損失率。盾構推進采取自動和人工相結合的方式。4.3出土量控制

      出土量控制在理論值的95%左右,保證盾構切口上方土體能微量隆起,減小土體的后期沉降量。4.4同步注漿 及二次注漿控制

      嚴格控制同步注漿,增設注漿管管片,及時進行二次補壓漿,控制后期沉降。

      由于盾構推進時同步注漿的漿液在填補建筑空隙時可能會存在一-定間隙,且漿液的收縮變形也導致地面存在沉降的隱患,因此在隧道掘進的同時,后面應同步進行二次壁后注漿。

      在管片脫出盾尾5環后,對管片的建筑空隙進行二次注漿。漿液通過管片的注漿孔注入地層,并在施工時采取推進和注漿聯動方式。
  
      注漿未達到要求時,盾構應暫停推進,以防止土體變形。根據施工中的變形監測情況,隨時調整注漿量及注漿參數,璧后二次注漿根據地面監測情況隨時調整,從而使地層變形量減至最小。

      4.5軸線控制

      由于盾構穿橋段為曲線段,故在盾構推進過程中應嚴格按設計軸線控制,采用自動測量與人工測量相結合,隧道軸線每100環復測一次。同時結合BIM信息化監測快速反饋技術,實施對盾構推進軸線監測反饋與調整,嚴格控制盾構推進軸線。

      5  實施效果

      盾構施工全過程對推進的軸線、地表沉降進行監測,并加強對穿越橋梁的監測,做到信息化施工。改建完成后西大盈港橋在盾構穿越期間橋體沉降變化穩定正常,均控制在03~0.5 mm之間,穿越效果良好。


      6結語

      本文針對軌道交通17號線穿越西大盈港橋拔樁及盾構穿橋關鍵技術研究,主要成果如下:

      1)水域沖擊式鉆機結合圍堰的樁基清障技術,較傳統的全套管結合鋼平臺拔樁技術更加安全、經濟,并確保了橋梁下部結構的順利改建,有效地減少了后續樁基對盾構刀盤的磨損,延長了盾構機的使用壽命。

      2)采用BIM快速建模結合三維有限元數值分析進行盾構近距離穿越橋梁樁基模擬計算,大大地提高了數值分析模擬的效率和精度。盾構近距離穿橋樁基精細化施工控制及微撓動控制,確保了盾構順利、安全地穿越樁基。

      3)以地層損失率控制為指導的盾構穿越施工技術,有效地確保了盾構軸線及沉降控制,保證了盾構穿越期間西大盈港橋的通航,也為類似工程提供了經驗。

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