摘要:目前运用SMW工法的设备进行土体加固在软土地区的深大基坑项目中运用前景广阔。虽然与高压旋喷桩等传统的加固方法相比其施工过程对周边土体扰动较小,有利于环境保护要求较高的工程实施。但在施工参数的设置上完全忽略其挤土影响,加之在施工过程中发现异常工况时未及时应对就很可能会对周边的保护对象构成威胁。文章结合工程实例对SMW水泥土搅拌桩施工期间相邻地铁隧道的自动监测数据进行分析,总结隧道结构受其挤土作用的变形规律。

　　运用SMW工法的机械设备进行土体加固具有抗渗止水、对周边土体扰动较小、成桩深度大、精度高等优点,目前在上海的深大基坑项目中运用日益增多,尤其是在环境保护要求较高的轨道交通沿线。本文在对其挤土效应分析的基础上,结合工程实例对成桩期间相邻地铁隧道结构的变形进行分析和总结。

　　1 SMW工法水泥土搅拌桩的挤土效应

　　目前常用的三轴搅拌钻机以水泥为固化剂,利用螺旋叶片强大的搅拌动力对地基土进行原位上下、左右旋转翻滚式的搅拌,然后在下沉搅拌、提升搅拌过程中喷浆,同时加入高压空气,使水泥土充分、均匀搅拌。钻进喷浆是对周围土体扰动的主要过程,施工中,注入地层的浆液会一部分携带地土体返回地面(冒浆)。下钻喷浆过程中搅拌机械的钻进不断挤压周围土体,造成孔隙水压力及土体水平向应力的增大,土层发生径向位移及垂直向隆起。浆液的不断注入使得周边土体受到明显挤压,超孔隙水压力增大,有效应力不断减小,土体发生水平和垂直向移动。

　　2 盾构隧道的结构状况

　　软土地区用盾构法施工而成的隧道结构一般由管片拼装成环,环环串联,纵向和环向都由螺栓联接;管片厚为350mm,环宽1m,管径Ф6200mm。在上海地区,运营中的隧道基本位处饱和含水的流塑或软塑粘性土层。这类土层一经扰动,强度明显降低,且在长达数年的时间内发生固结和次固结。隧道结构受其影响会产生一定的结构变形,主要表现为纵向隆沉及不均匀沉降、横向水平位移、管径收敛变形。当变形超过设计承受极限时不仅会引发管片接缝渗漏水的现象,还会造成结构损坏,影响列车的正常运行。

　　3 工程实例

　　某基坑工程围护结构设计为深达39.5m的地下连续墙,墙厚1m,与地铁隧道相距5.4m。为起到稳定地墙槽壁以防塌方及基坑开挖期间的防渗止水作用,地墙两侧先采用Ф850mm三轴SMW工法水泥土搅拌桩进行预加固,桩间距600mm,搭接250mm,桩深32.5m。外排桩中心距离地铁隧道外边线4.9m,共51幅;内排相距约6.8m,共49幅。隧道结构埋深-9~-15m,处于第④层灰色淤泥质粘土层中,土层含水量高达50%,孔隙比为1.43,内聚力为11kPa,内摩擦角11°,压缩系数1.19MPa-1。

　　3.1 试桩

　　本工程施工前期,为了掌握对周边环境的影响程度采用不同的施工参数进行了多组试验,试桩位置4m远处均有土体测斜数据的采集。针对试桩结果进行分析可知:与桩身相距越远挤土效应呈衰减趋势。如果距离相同,则SMW工法桩挤土作用的大小与土性参数、浆压气压、施工参数(水灰比、搅拌速度)、注入与返出的量差都有关系。定性地来说:土层越软弱,挤土效应越明显(第④层土体水平位移最大);浆压气压越大,挤土效应和影响范围越大;水灰比越小、搅拌速度越快则挤土效应越明显;注浆量与排出量(原状土含少量浆)之差越大则挤土作用越明显。为控制施工过程对环境的影响及保证成桩质量,钻机电流为190~240A,水灰比为1.2,钻进速度为0.25m/min,提升速度为0.5m/min,气压为0.5MPa,浆压为0.3~0.7MPa。

　　3.2 隧道监测系统

　　加固区域平行于上行线隧道区段,累计长度90m为重点监测范围,在相邻隧道对应的道床及管片上每5m布设一个测点。为严密监控工法桩施工期间隧道结构的变形状况,采用以自动化监测系统为主,人工监测系统为辅的监测方案,监测内容以隧道结构垂直位移为主,辅以水平位移及管片收敛监测。其中自动监测沉降系统采用静力水准仪系统。

　　3.3 监测数据分析

　　1)加固施工前后隧道区段的垂直位移　地墙两则SMW工法桩累计100幅。在整个施工阶段内相邻的隧道区段基本呈沉降趋势,其沉降量介于-0.34~-2.26mm,平均值-1.51mm;施工结束后一个月内隧道结构继续沉降,沉降量介于-0.62~-1.25mm,平均值-0.82mm(见图1)。

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