小曲率半径盾构推进施工技术是盾构施工中的关键技术之一。由于小曲率半径盾构施工对轴线控制的要求相当高,一旦轴线控制不好,会导致一系列后续施工问题,甚至引发重大风险事故。另外,此小曲率半径区间盾构所在土层如果为软硬不同的土层,盾构在推进时易发生偏斜。因此,小曲率半径盾构推进施工的关键在于轴线控制、注浆控制、管片拼装质量控制等。
2.盾构穿越或平行既有隧道施工风险分析
(1)先建隧道周围土体再次受到扰动风险分析。
盾构在地层中推进及土体向盾构空隙挤入,必然使周围的土层受到扰动,在隧道周围形成超孔隙水压力区,随着开挖面的推进,土体表面应力释放,孔隙水压力下降,地层发生排水固结。因此,后建隧道盾构反向推进,使得周围土体受到扰动,这种扰动必然会影响到先建隧道已经稳定的受力平衡状态。
(2)先建隧道衬砌出现位移或变形过大风险分析。
后建隧道盾构反向推进过程中会引起周围土体的位移,并将波及先建隧道,引起先建隧道衬砌的位移和变形,且先建隧道位移和变形的大小、方向随两隧道的相对位置和距离而变化。
(3)后建隧道工作面稳定性降低风险分析。
由于先建隧道对相邻土体已经有了一定程度的扰动,导致地层承载力和稳定性受到不利影响。而且未等土体有足够时间稳定,后建隧道随即反向推进,这样,后建隧道开挖面稳定性将削弱,风险概率明显增加,必须引起高度重视。
隧道中心线间距直接影响两条隧道中部区域的压应力分布和变化范围。随着间距的减小,先后修建的隧道所形成的围岩应力场将产生交错和重叠。净距增大,该重叠应力场将产生明显分离。因此两条盾构中心线间距较小时,应对周边围岩进行加固。
3.盾构穿越既有建(构)筑物桩基施工风险分析
建筑物整体下沉是由于地表均匀沉降造成的,地表不均匀沉降会造成建筑物倾斜和开裂。
在隧道施工过程中,会有很多因素造成地表沉降,例如盾构渗漏水、隧道塌方、盾构土仓压力设置不当、支撑破坏等,这些因素也是造成建筑物破坏的最终原因。
建筑物发生整体下沉虽然对于结构没有太大的破坏,但会影响其使用功能,且一旦遇到暴雨天气,极有可能会造成屋内积水。而建筑物发生倾斜或开裂,居民必须紧急疏散,原有建筑物只能报废,这将产生巨大的社会影响和经济损失,影响居民正常生活。
4.桥梁拔桩及改建风险分析
(1)桩位定位不准风险分析。
在进行拔桩施工之前需对桩基进行定位,定位时除根据既有结构竣工图纸外,还应配合采用相应的物探方法。但既有图纸可能缺失、不完善,而物探方法又有其局限性,加之定位、测量放线施工队伍的业务水平参差不齐,这些都有可能导致桩位定位不准风险。
(2)拔桩施工风险分析。
①进出场不顺利风险。与静压桩机械类似,现有的拔桩机械也都比较庞大、笨重,而部分施工场地又比较狭小,进出场困难,易对周围结构造成损坏或者因协调不当耽误施工进度。
②断桩风险。造成断桩的原因是多方面的,可能是由于对桩基础定位不准,拔桩时偏心荷载过大导致桩基断裂;可能是桩基本身存在一定的质量问题而导致断桩;可能是钢套管下放过程中与桩碰撞造成断桩;也有可能是起拔过程中,由于起拔方式不当造成断桩。一旦发生断桩事故,将会对进度造成一定影响,还会增加工程费用。断桩不进行清除还会对日后盾构推进构成安全隐患。(www.daowen.com)
(3)拔桩对原有结构的影响风险分析。
对既有结构桩基进行拔除时,如不对原有结构进行废除或移位,则必须考虑桩基拔除影响原有结构的风险。桩基拔除后,要保证原有结构的正常使用功能,必须对其进行加固改造,其中的风险也必须予以考虑。
为了进行拔桩施工,需破除部分承台混凝土,使其脱离主体结构,然后恢复,这可能会对主体结构造成一定影响。在拔除对盾构推进产生影响的桩基后,邻近桩基受力状态必然改变,与原有设计状态不符,这将导致结构的不均匀沉降甚至开裂,影响原有结构的正常使用。
为保证原结构的正常使用,必须对原结构进行加固处理,常用的方法为基础托换,即将原来由桩基础承担的上部结构荷载转换到托换后的桩基或扩大筏板基础上,在此前提下,对盾构推进过程中遇到的障碍桩基进行截断、清除,而不影响原结构的正常使用。基础托换施工时涉及土体加固、基坑开挖、河床加固等,期间很可能对原有土体进行扰动,降低其承载力,同时原有桩基会有一段暴露时间,这都将影响原结构的安全。
5.盾构浅覆土穿越河流、湖泊风险分析
(1)盾构浅覆土施工风险分析。
①冒顶、透水。为了降低线路的坡度,一般河底段覆土极浅。在浅覆土区域,当水头压力较高时,大刀盘前方泥水平衡不容易建立,河水常从被扰动土体的裂缝中经大刀盘开口及盾尾进入盾构机,造成盾构淹水。
②隧道上浮。在水域下浅覆土中推进的盾构,上下受到的力不均衡,盾构姿态上扬,压坡困难,隧道上浮,轴线难以控制。拼装完成的隧道环脱开盾尾后,由于上部压载及自重无法抵抗地下水的浮力使隧道上浮。如果不采取相应的加固对策,极易引起隧道局部开裂、漏水。隧道穿越饱和土层,会受到水的浮力,当浮力超过隧道上覆土重量和隧道及隧道内设备自重时,隧道将上浮。在浮力和地基回弹共同作用下,隧道上覆土产生隆起,若隆起值得不到有效控制,覆土层将被顶裂,产生透水裂缝,河水沿透水裂缝涌入盾尾,将严重影响隧道和施工安全。
③流砂、管涌。在砂土、砂质粉土等易液化土层中施工,由于盾构推进刀盘旋转切削挤压扰动,加上过高的水头压力(有时可到0.3~0.5 MPa),液化砂土随地下水沿盾尾和隧道接缝渗漏进入隧道内,如不及时采取措施,可能出现局部地基掏空、隧道下沉、螺栓断裂和隧道破坏。
(2)盾构穿越驳岸及防汛墙施工风险分析。
盾构穿越驳岸及防汛墙施工的主要风险为工程地质勘察不清、扰动防汛墙基础、盾构穿越引起防汛墙变形、施工期间突遇特大洪水等。
①扰动防汛墙基础。由于盾构直径非常大,推进时地下很大区域的地层产生空洞,在管片拼装之前,由于过大的沉降可能扰动上层防汛墙基础,甚至导致上层防汛墙沉陷。造成这些风险的原因主要有:a.突遇软弱地层或地层空洞,软弱地层或地层空洞导致盾构“磕头”或沉陷,从而不能提供对上层土体的支撑;b.当盾构由江底抬升时,可能在防汛墙影响范围内出现浅覆土,大直径盾构开挖导致大面积卸载,引起隧道地层隆起,盾构上浮,从而破坏上层防汛墙。
②盾构穿越引起防汛墙变形和开裂。超大直径盾构穿越地层时,由于没有及时加衬或者遇到不良地质会引起较大沉降或明显不均匀沉降,从而导致防汛墙变形和开裂,致使江水渗出甚至涌出,防汛墙承受潮水冲击力的能力下降,严重时可能因为超大潮流、暴雨而破坏堤坝,酿成灾难。
6.管道邻近开挖区间施工风险分析
盾构在推进过程中,一侧作用在污水管线上的附加应力相应增大,污水管线会向外侧发生位移或沉降。如果管线两侧附加应力差值过大,或者一侧的土体坍塌、隆起,都将对管线产生很不利的影响。
(1)盾构隧道距管线的垂直距离越近,管线沉降越大。因此,当盾构推近管线时,会对管线产生较大影响。
(2)开挖面支护压力对隧道纵向土体的沉降影响较大,当支护压力较小时,盾构切口前方土体基本表现为微小沉降;当支护压力增大时,前方土体会产生明显隆起,但增大开挖面支护压力会造成盾构切口后方土体的沉降增大。
(3)注浆压力对管线的影响比较明显,其上地表最大沉降与注浆压力呈现较明显的线性关系,说明注浆压力系数对盾构穿越地下管线影响较大。
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