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盾构穿桥拔桩及近距离侧穿桥桩的施工技术研究

作者:来源:日期:2019-12-18 9:22:42人气:152
      1背景工程概况

      1.1 盾构穿越概况

      根据.上海轨道交通17号线线路规划,线路至盈港路时,在盈港路路中、路北继续向西走行:将由西大盈港河桩基间穿越后转向南,沿西大盈港河西侧向南走行:因南半幅桥部分桥跨与盾构区间干扰,在盾构穿越桥基拔桩前,将南半幅桥部分影响盾构区间的老桥拆除并将桩基清除,再另行施工桩基恢复南半幅桥。

      西大盈港桥P3 ~P8老桥桩基和规划17号线隧道相碰,在盾构穿越前需进行老桥桩基拔除及承台改建,保证盾构穿越新桥承台有足够空间(图1、图2)。


      1.2 水文地质条件概况

      1.2.1地形地貌

      本工程拟建场地位于青浦城区,地势较平坦,场地沿线主要为多层楼民宅。地面标高- -般为3~5 m。地貌类型属渴湖沼泽平原,地貌形式单一。


       1.2.2 地基土的构成与特征

      根据本次勘察资料,在勘察揭露的8030 m深度范围内,均为第四纪松散沉积物,属第四系滨海、浅海、河口、湖沼、沼泽相沉积层,主要由饱和黏性土、粉土及砂土组成。

      2盾构穿桥拔桩关键技术

      2.1大深度大直径桩基拔除方案比选分析

      大深度大直径桩基拔除目前较为常用的施工方法有360°全套管施工拔除法与冲击式钻机凿除清障法-1。背景工程位于上海市青浦区西大盈港桥,对于改建范围内影响盾构施工的陆上原桩基采用360°全套管施工拔除,但,其中P5、P6承台桩基为水上围堰内清桩,所拔钻孔桩直径1 200 mm,桩深38 m,需清钻孔桩入土桩长为21 m左右。考虑水上围堰空间狭窄,水上平台所承受荷载受限制,因此,本工程根据实际情况,拟采用冲击钻击碎原有老桩,从而达到清除障碍的目的(图3)。

       2.2 大深度大直径桩基拔除施工

      根据背景工程情况,采用CZ-30F 型的冲击式钻机,可以满足1 50 m桩孔直径的需要。冲击式钻机成孔工艺设备简单,操作方便。在冲孔过程中,由于一.部分石渣与泥浆被挤入孔壁孔隙中,故孔壁坚实,不易坍孔。2.2.1冲击式拔桩施工流程

      施工准备→测定桩位中心→冲孔桩机就位→埋设护简→冲孔清障→桩孔回填- +桩机移位→配套设备退场2.2.2冲击式拔桩施工关键要点

      1)护简埋设。结合老桩清障位置进行护简埋设。护简口必须高出围堰至少50 cm,以保持孔内水位高于孔外水位或地面,使孔内水压力增加,利于保护孔壁。如地表为软土质,则在护简里加片石、砂砾和黄土,其比例大致为3:1: 1。

      2)冲孔清障。

      ①开孔:在开孔阶段冲孔进度不宜太快,一- 般控制台班进尺在1 m以内,相应地提锤高度要小,冲击次数要多,这样产生的冲击力小,以使孔壁逐渐受水平力的挤压而密实,防止坍孔。在开孔时,护简底以下3~4 m范围之内,要求尽可能把孔壁护得牢实一一些,此后进入正常冲孔,就不容易产生坍孔。

      ②正常冲孔:经过轻冲击的开孔阶段之后,即开始正常冲孔,以加快速度。提锤高度可增至1.5~2.0m,泥浆相对密度相应降低,大致在1.5以下。

      ③冲打老桩:老桩含有钢筋,高低不平,或为倾斜面,因此在冲孔时容易产生偏孔。通常是向孔底抛掷φ 20~ 30 cm的片石,将岩层斜面和高低不平之处嵌补填平,然后绷紧绳子低锤快打,形成一个较紧密的平台,以承托冲锤,保证均匀受力,防止偏孔。冲进岩层后,将泥浆相对密度降到1.2左右,以减少阻力和粘锤的问题,但不能太小,否则石渣浮不,上来,导致掏渣困难。开始时,应低锤密击,孔内泥浆面应保持稳定。

      ④冲击老桩时应低锤冲击或间断冲击,如发现偏孔应回填片石至偏孔上方300 ~ 500 mm处,然后重新冲孔。也可预爆或用高低冲程交替冲击。

      ⑤每钻进4~5 m深度验孔一次,在更换钻头前或容易缩孔处,均应验孔。

      ⑥冲孔中遇到斜孔、弯孔、梅花孔、坍孔或护简周围冒浆等情况时,应停止施工,采取措施后再行施工。

      ⑦在采取冲孔工艺施工时,桩中心间距小于2.0 m的桩需要采取跳打,以防施打时串孔。

      3)掏渣。在冲孔过程中被冲碎的石渣,一部分 和泥浆挤入孔壁孔隙之中,大部分靠掏渣简清除出外。在开孔阶段,为了使石渣泥浆夹石子尽量挤入孔壁周围孔隙,以固孔壁,在冲击过程中不掏石渣,待冲进达到4~5 m之后再行掏渣,以降低泥浆相对密度。

      4)桩孔回填。旧桩清除后,桩孔必须进行回填。为控制周边土体的位移,回填料要达到- -定的强度,强度以略高于原状土为宜,要求密实、均匀。本工程采用C20砂浆回填。

      2.3老 桥桩基拔桩施工效果

      本工程采用冲孔施工结合围堰临时平台的老桩清障方法,安全经济地完成了深约21 m的桩基清障拔除,确保了盾构后期穿桥的顺利进行。通过后期盾构穿桥跟踪,在本区域内盾构施工未遇到障碍物,取得了良好的效果(图4)。


      3盾构穿桥前期模拟分析

      3.1参 数选取

      西大盈港桥与隧道位置关系错综复杂,且P5和P6桥墩为邻水面,模拟时考虑盾构各断面的影响分析。按照施工顺序选取具有代表意义的P3、P6桥墩分别进行计算。

      为确保盾构穿桥的安全,穿越桥采用Abqus软件进行数值分析,模拟计算时根据工程实际先开挖上行线(右侧隧道),然后开挖下行线(左侧隧道)。土层采用修正剑桥模型,衬砌及同步注浆采用实体线弹性单元。施工考忠同步注浆的影响。

      C55混凝土的弹性模量为3.55X10* MPa,容重为25 kNm',泊松比0.2. 折减后弹性模量取2.5X10* MPa.3.2施 工工况分析

      为了准确地分析盾构各施工段的不同受力状态,结合现场施工,对盾构侧穿各工况受力状态进行分析:

      1)工况1:地应力平衡。

      2)工况2:.上行线 盾构推进过程中对桩基挤压影响。3)工况3:开挖上行线(右侧隧道),拼装管片和注浆。

      4)工况4:浆液硬化1.

      5)工况S:下行线盾构推进过程中对桩基挤压影响。6)工况6:开挖下行线(左侧隧道),拼装管片和注浆。

      7)工况7:浆液硬化2.

      3.3邻近 桩基穿越环境影响分析

      PS和P6桥墩近邻河道,由于桥梁承台,上覆水层,导致隧道开挖过程中实际覆土厚度减小:同时上覆水层的水压力的综合影响对盾构施工要求更高。

      通过有限元分析P6桥段施工时的结构受力情况(图5、图6) 。


      由图可知,P6桩基最大侧向位移3.0 mm,最大位移发生在下行线盾构机切口挖土时:衬砌最大应力值为6.8 MPa。

      4盾构近距离穿桥施工控制关键技术

      为控制盾构穿越桥梁的地表沉降和对周边建(构)筑物的影响,本工程从推进速度、土压力设定、出土量控制、同步注浆等方面进行严格控制,确保盾构安全顺利地穿越桥梁+刀。

      4.1推进速度控制

      穿越时放慢推进速度,推进速度控制在10mm/min左右。穿越施工过程中,以每10 cm为- -施工段,盾构每推进10 cm后分析总结施工数据,再一次确定新的施工参数来指导施工。.

      4.2合理设定 土压力平衡值

      施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况、前段隧道施工情况以及监测数据进行合理的调整。严格控制出土量,防止超挖和欠挖,根据地面及隧道内监测结果合理调整出土量,并根据数据进行不断地调整。合适的土压力会减小地面的隆起或沉降,从而减小地层损失率。盾构推进采取自动和人工相结合的方式。4.3出土量控制

      出土量控制在理论值的95%左右,保证盾构切口上方土体能微量隆起,减小土体的后期沉降量。4.4同步注浆 及二次注浆控制

      严格控制同步注浆,增设注浆管管片,及时进行二次补压浆,控制后期沉降。

      由于盾构推进时同步注浆的浆液在填补建筑空隙时可能会存在一-定间隙,且浆液的收缩变形也导致地面存在沉降的隐患,因此在隧道掘进的同时,后面应同步进行二次壁后注浆。

      在管片脱出盾尾5环后,对管片的建筑空隙进行二次注浆。浆液通过管片的注浆孔注入地层,并在施工时采取推进和注浆联动方式。
  
      注浆未达到要求时,盾构应暂停推进,以防止土体变形。根据施工中的变形监测情况,随时调整注浆量及注浆参数,璧后二次注浆根据地面监测情况随时调整,从而使地层变形量减至最小。

      4.5轴线控制

      由于盾构穿桥段为曲线段,故在盾构推进过程中应严格按设计轴线控制,采用自动测量与人工测量相结合,隧道轴线每100环复测一次。同时结合BIM信息化监测快速反馈技术,实施对盾构推进轴线监测反馈与调整,严格控制盾构推进轴线。

      5  实施效果

      盾构施工全过程对推进的轴线、地表沉降进行监测,并加强对穿越桥梁的监测,做到信息化施工。改建完成后西大盈港桥在盾构穿越期间桥体沉降变化稳定正常,均控制在03~0.5 mm之间,穿越效果良好。


      6结语

      本文针对轨道交通17号线穿越西大盈港桥拔桩及盾构穿桥关键技术研究,主要成果如下:

      1)水域冲击式钻机结合围堰的桩基清障技术,较传统的全套管结合钢平台拔桩技术更加安全、经济,并确保了桥梁下部结构的顺利改建,有效地减少了后续桩基对盾构刀盘的磨损,延长了盾构机的使用寿命。

      2)采用BIM快速建模结合三维有限元数值分析进行盾构近距离穿越桥梁桩基模拟计算,大大地提高了数值分析模拟的效率和精度。盾构近距离穿桥桩基精细化施工控制及微挠动控制,确保了盾构顺利、安全地穿越桩基。

      3)以地层损失率控制为指导的盾构穿越施工技术,有效地确保了盾构轴线及沉降控制,保证了盾构穿越期间西大盈港桥的通航,也为类似工程提供了经验。

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