某地铁隧道病害治理施工工艺及环境影响评估_金易.pdf

202212Building Construction3030某地铁隧道病害治理施工工艺及环境影响评估金 易上海公路桥梁（集团）有限公司 上海 200433摘要：针对上海虹桥地区某隧道的沉降问题，对病害成因进行分析后，通过桥板结构将地面荷载传递到深部持力层以减小隧道沉降。比较了不同沉桩工法的优劣，阐述了免共振振动沉桩工法的可行性与工艺流程。通过隧道内多个测点的监测，结果表明：振动沉桩对隧道垂直沉降及水平位移影响不大，绝大部分测点采集的数据满足设计要求；但该工艺对管径的影响十分明显，77%的断面管径缩小了020 mm，20%的断面管径缩小值超过20 mm，说明应用该工法时必须注意周围构筑物管径收敛的容许情况。关键词：隧道工程；变形控制；振沉桩；影响监测中图分类号：U25 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-3030-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.061Construction Technology and Environmental Impact Assessment of Disease Treatment in One Subway Tunnel JIN YiShanghai Highway and Bridge(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200433,ChinaAbstract:Aiming at the settlement problem of a tunnel in Hongqiao area of Shanghai,after analyzing the cause of the disease,the ground load is transferred to the deep bearing stratum through the bridge slab structure to reduce the tunnel settlement.The advantages and disadvantages of different sinking pile construction methods are compared,and the feasibility and technological process of resonance-free vibro-sinking pile construction method is expounded.Through the monitoring of several measuring points in the tunnel,the results show that the vibro-sinking pile has little influence on the vertical settlement and horizontal displacement of the tunnel,and the data collected by most measuring points meet the design requirements;however,the influence of this process on the pipe diameter is very obvious,the diameter of 77%section pipes is reduced by 020mm,and the diameter of 20%section pipe is reduced by more than 20mm,which indicates that attention must be paid to the allowable condition of pipe diameter convergence of surrounding structures when applying this method.Keywords:tunneling works;deformation control;vibro-sinking pile;impact monitoring沉降问题，制定并实施了修筑桥板结构传递上部荷载以控制隧道变形的治理方案，并对施工过程中隧道所受影响进行了监测。本文将就本治理项目的方案及监测结果进行介绍，为上海地区隧道沉降治理提供可行性参考。1 工程概况及病害分析上海虹桥机场是上海建设国际航运中心、亚太航空枢纽港的重要组成部分，是上海地区民用航空运输的重要交通枢纽。机场始建于1921年，并于1950年重建，建筑占地约51万 m2，停机坪约49 m2。为方便机场交通，上海地铁2号线于1995年正式开工，2010年正式运营。地铁设计中在虹桥机场1号、2号航站楼均设计了站点，地铁隧道从停机坪下穿过。然而在地铁修建和运行中，发现上海轨道交通2号线西延伸虹桥机场停机坪段隧道产生了较大影响，监测数据显示最大的变形量已达11 cm，并且仍在逐年增加。隧道内因变形已经开始出现渗漏水现象，如果不及时进行彻底整治，将对隧道和地铁运营的安全带来隐患。问题的主要发近年来，地铁、地下管廊等地下构筑物工程建设迅速，我国目前在积极探索和开发城市地下空间方面做出了极大努力。但与之而来的是一些工程问题的出现：由于地下构筑物自身的特点，不仅在施工时会影响周遭构筑物，同时上方构筑物的荷载也会传递到地下构筑物。部分学者通过数值模拟和现场实测方法对振动沉桩工法的环境影响进行了研究1。以地铁为例，隧道的沉降和不均匀沉降会对轨道的平稳性和行车的安全性造成不利影响，得到了一些学者的重视。其中，文献2指出隧道下卧层在长期振动荷载作用下软化导致沉降和隧道上方地面荷载是导致地铁隧道沉降的部分原因。为改善上海地铁2号线西延伸虹桥机场停机坪段隧道的作者简介：金 易（1989），男，硕士，工程师。通信地址：上海市杨浦区国科路36号606室（200433）。电子邮箱：收稿日期：2022-08-25科学研究SCIENTIFIC RESEARCH建筑施工第44卷第12期3031生位置及隧道内渗水情况分别见图1和图2。图1 工程场地位置 图2 隧道内漏水情况经过分析，变形、漏水现象的主要成因是机场跑道及飞机荷载较大，传递在盾构管片附近时仍有较大应力，引起了上述病害。为控制隧道变形、避免漏水情况恶化，应对停机坪进行处理，使得上部荷载能够直接传递到更深处的良好持力层，从而减小对隧道的影响。2 治理方案经过多次论证，决定采取桥板结构传递飞机荷载、注浆及隧道内钢环加固的综合整治方案。解除隧道变形的威胁，确保隧道的安全。其中最为关键的是板桥结构中桩的设计与施工，本文主要就桩基础的打入过程及施工监测情况进行介绍。根据勘测，本项目场地情况如表1所示。表1 地层基本情况层序土性埋深/m层厚/m桩侧土极限摩阻力标准值/kPa粉质黏土0.52.31.830淤泥质粉质黏土0.53.03.522.51淤泥质黏土3.09.56.527.52-1粉质黏土9.513.84.3351-1黏土13.821.47.6551-2粉质黏土21.430.18.7603-1粉质黏土30.141.811.7602粉砂41.8042.530.73110本工程中选用138根长47 m（送桩段长度为2 m）的Q235B开口钢管桩将荷载传递到上海地区层的良好持力层。综合荷载情况，钢管桩直径定为800 mm，壁厚20 mm。考虑到现场净空限制、施工便利和运输等问题，钢管桩被分为23 m24 m或25 m22 m的上下2节，在施工中通过V形坡口单面焊对接。在沉桩工艺的选择上：静压沉桩法施工效率较慢且设备笨重，很难在预定的工期内完成打桩；锤击沉桩法施工噪声大、环境振动明显，很可能对盾构管片造成进一步的损伤；而振动沉桩法具有施工迅速、噪声小的优点，且桩锤对桩的冲击力明显小于锤击沉桩，减轻了桩身疲劳现象。但传统振动沉桩在启动和停止时，由于锤功率的变化，势必会经过周围土体的共振频率范围，因而仍会对周围构筑物有一定影响。免共振液压锤与传统振动锤的区别是免共振液压锤可以调整桩锤内偏心质块的相位角。通过控制相位角，使得桩锤在频率较小时各偏心质块的作用力相互抵消，有效地避免了锤在启动和停止时对外产生作用力，而在达到预定工作频率后才引起振动，进而使得与桩周土共振的情况不会发生。综合上述分析，本工程最终决定采用ICE 28RF和ICE 70RF免共振液压振动锤分别进行下节桩和上节桩的沉桩施工，并在施工过程中对隧道的受力和变形情况进行监测，以避免事故的发生，其中振动锤的参数、图片分别见表2、图3与图4。ICE 28RF和ICE 70RF振动锤的动力站分别为ICE 600和ICE 1600。表2 ICE 28RF和ICE 70RF设备参数项目ICE28RFICE70RF最大激振力/kN16003070偏心力矩/（kgm）028070最大转速/（r/min）23002000最大振幅（无夹具）/mm1421最大净拔桩力/kN400800最大油流量/（L/min）5001500总质量/kg590010200 图3 ICE 70RF免共振液压振动锤 图4 ICE 28RF免共振液压振动锤2.1 可行性验算为验证沉桩可行性，振动锤一般需要满足以下3个条件：振动锤激振力大于桩贯入过程中所受到的土动侧摩阻力；振动锤系统总质量大于振沉构件动端阻力；振动锤系统工作振幅大于振沉到预定埋深所需最小振幅。对于条件1：振沉桩的动阻力一般为地勘报告摩阻力的倍，一般取0.10.4，根据ICE公司在上海地区的实际工程统计，本工程中取0.15。根据表3可计算获得地基土提供的最大动摩阻力为824 kN。结合表2提供的参数，可知两振动锤最大激振力分别为1 600 kN和3 070 kN，均满足要求。金易:某地铁隧道病害治理施工工艺及环境影响评估202212Building Construction3032表3 动摩阻力验算层序层厚/m桩侧土极限摩阻力标准值/kPa本层提供的动摩阻力/kN1.8030.020.353.5022.529.6716.5027.567.352-14.3035.056.711-17.6055.0157.501-28.7060.0197.003-111.7060.0264.9320.73110.030.30对于条件2：端阻力与摩阻力折算类似，同样取0.15，结合DG J08-112018上海市地基基础设计规范建议的2层单位端阻力6 0008 000 kPa，得动端阻力为41 kN，两桩锤的系统总质量分别为57.81 kN和99.96 kN，均大于该值。对于条件3：各类型的土质对最小振幅要求有所不同。在砂质的土壤里，振动造成的液化程度较高，所以要求比较小，ICE公司根据场地条件给出的参考最小幅值为3 mm，而数值模拟中的幅值均超过4.5 mm，满足要求。综上所述，设计的沉桩方案具有可行性。2.2 工艺流程本工程中钢管桩的振动沉桩方案主要分为准备工作、清基、放样、沉下节桩、焊接、沉上节桩6个阶段。1）准备工作：准备工作主要包括沉桩设备的进场、安装和调试，以及钢管桩的质量检测和进场。此外，还需对钢管桩防腐漆损坏处进行补刷，在管桩轴向每隔1m做标记方便后续数据采集，以及在每节管桩顶部附近的对称焊接2个吊耳以便后续吊起。2）清基：本场地原先已修建停机坪路面，因此需要先开槽挖至原状土暴露。根据区域的不同，分别开长条形槽和窄条形槽，保证距离桩位0.6 m内路面清理完毕，以确保半径为0.4 m的管桩顺利沉入。3）放样：根据设计的控制点大样及桩位坐标，由全站仪放出各桩位中心点，用木桩和射钉做好标记，确保标记牢靠。放样完毕后，由总包及监理单位复核。4）沉下节桩：下节桩沉桩时采用ICE 28RF桩锤、1CE 600动力站，首先用履带吊结合定位架或汽车吊将钢管桩竖起，之后沉桩至剩余1 m左右方便后续焊接。沉桩过程中，应利用2台经纬仪监测桩的垂直度。桩每打入1 m，复测1次垂直度，有偏差及时调整，若垂直度偏差过大，将钢管拔出重新