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地铁隧道附近SMW工法的施工

[ 建筑工程教育网 | http://www.cngcw.com| 时间:2007-11-28 13:57:00 | 收藏本文 ] 【
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  常见的基坑围护形式有地下连续墙、组合排桩和SMW工法等几种。SMW工法以其经济、适用、环保等优势而越来越被广泛应用。本文就如何采取有效措施,将SMW工法对临近地铁施工的影响缩小至最小范围加以探讨。

  SMW工法是我国建筑施工技术创新中技术引进与创新的典型。该工法可适用于粘性土、砂性土以及砂砾石等地层中施工。1993年,SMW工法通过技术引进并创新在我国发展起来,该工法主要被应用在我国东南沿海地区的软土深基坑围护中。

  位于上海静安寺商业圈的大上海会德丰广场工程地上54层,地下3层,总建筑高度271米。基坑开挖深度塔楼为20.72米,裙楼部分为17.92米。其基坑围护采用地下连续墙(墙厚1米,墙深35.5~40.5米),而北侧紧邻地铁2号线(江苏路~静安寺段)隧道,该段基坑长度为95米,距离地铁隧道5.4米。地铁运营线路为此提出的保护要求为:两轨道横向高差<4毫米,轨向偏差和高低差最大尺度值<4毫米/10米。地铁隧道结构变形要求:结构变形曲线的曲率半径>15000米,相对变曲<1/2500,隧道结构收敛变化量<10毫米,隧道结构变形速率<0.5毫米/day,且不得影响其安全正常使用。隧道与车站的差异沉降控制在5毫米以内,地铁结构的水平位移和最终沉降不超过20毫米。当发生下列情形时,建设单位应及时报警,并采取可靠措施,保障地铁安全:

  1)监测值超过日监控指标或总变形控制量的1/2时;

  2)靠近地铁隧道一侧基坑围护结构的水平位移日变化量超过1毫米时;

  3)其他危及地铁运营安全的事情发生时。

  地铁部门还规定,地铁隧道自动监测持续3日的日变形量超过0.5毫米时,须中止现场施工。所以为了确保地下连续墙的施工安全,在其两侧增加了2道SMW工法加以保护。设计的SMW工法为三轴搅拌桩,桩径850毫米,搭接250毫米,桩长32.5米,水泥掺量20%,垂直度在50毫米以内,28天无侧限抗压强度要求不小于1.5MPa.最外侧的工法桩距离地铁仅4.4米,其施工难度很大。但是在实际施工中,通过采用钻孔取芯进行水泥土强度试验证明:普遍远远达不到1.2MPa的设计要求,而且水泥土强度的离散性很大,同时呈现随深度增加强度递减的规律。真正的芯样能够达到设计要求往往在60天以后。但SMW工法水泥土强度还有一个重要现象:埋在地下时,强度形成非常慢,而一旦随着基坑的开挖暴露于空气中,强度上升非常快,基本3天可以达到设计指标。

  目前上海市内SMW工法施工时水泥浆液的水灰比一般为:1.5:1~2:1,主要考虑搅拌后的水泥土中的含水量不能太小,以便H型钢可以靠自重下沉到位。笔者认为这么高的水灰比存在两点问题:第一,如此高的水灰比,势必造成水泥土强度较低;第二,在水泥土中水泥掺量一定的前提下,越高的水灰比,势必造成水泥浆液灌注量增加,同时产生更多的水泥土浆液溢出,增加外溢水泥土处理成本。根据资料显示,日本公司在施工时,水灰比W/C为0.3~0.8,根据工程类别及土性选择使用,而目前日本有的水泥土强度已达到3~5MPa.目前在地铁边缘施工,这样低的水灰比,再加上本工程工法施工的深度在30米以上,如果浆液过稠,势必在施工到20米以下后,土体搅拌产生的应力无从释放,造成对地铁的影响甚大。水灰比取值如过大将造成桩身强度提高缓慢,影响下道工序施工,进而影响施工工期;过小又无法释放应力,对地铁运营造成威胁。另外施工时钻杆的下沉与提升速度对地铁造成的影响也较大,一般正常钻入速度为1.5分钟1米,20米后达到2~2.5分钟1米,30米左右为2.5~3分钟1米。实际施工时我们为了让应力及时释放,希望达到2分钟或者4分钟1米,即下钻每1米,都让钻杆在原地注浆空钻,满2分钟或者4分钟后继续下沉。最后我们对这些施工参数进行排列组合,即水灰比各取1.5、1.2、1.0,下沉及提升速度各取2分钟1米和4分钟1米。经过6次试验后,在试验桩号边的土体测斜管显示的是,4分钟1米,1.2水灰比对土体的影响相对最小,故此,最终采用了这个施工参数。为了确保连续作业可能对地铁的影响,地铁部门要求我工程只能在晚上11时到清晨6时的时间段内进行施工。且在施工中严格按照“隔4打1”的原则。

  具体施工过程中,我们又发现下列一些因素的控制可以减小地铁的影响:

  1、压浆机档位在不同施工时段的调整,一般下沉时和上提到15米之下都选择使用2档(230ml/min),15米以上用1档(165ml/min)。

  2、密切注意返浆的状态,如过稠应及时查明原因,采取对应措施。如是机械原因,应及时将钻头提升上来,检修设备后再继续施工。

  3、注意钻机的电流变化,经过实践,我们发现,深度18米以上一般电流在200mA,18~25米在200~240mA之间,25米以下为260~280mA,所以当发现在一定的施工深度,其电流读数明显高于正常值时,即应结合返浆的稠度,采取措施。其目的是将较稠的浆液打散,帮助应力及时释放。

  4、统计沟槽里的返浆量并及时用抓斗机清除返浆,帮助应力释放。本工程施工过程中的返浆置换率在70%(即置换出土量除以打入量),如果低于这个数值应及时引起重视,因为浆液过多而未及时排出对等的土方,将会在地下产生膨胀,进而影响地铁管线。

  采取上述措施后,我们发现这样施工对地铁的影响基本能够控制在0.5毫米以内。

  综上所述,SMW工法在地铁隧道等要求严格的受保护单位附近的施工完全可以通过细致策划,对施工主要参数进行适当调整,可以将对其周边环境的影响降低到很小的范围。主要方法还包括施工过程中对各项指标的严格控制,包括电流值、土体置换率等,并应及时采用合理措施。我们发现SMW工法凭借其工艺独到、施工简易等优势,在地铁周边工程的辅助围护上有其相当的优势,应在今后施工实践中更多地加以完善,使其发挥更大作用。

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