基于围护结构悬臂受力状态盾构始发吊装技术研究及应用

李俊锋

摘 要：超大地铁车站主体结构只完成中板施工，在始发井负一层侧墙及顶板未施做的条件下，拆除第一、二道混凝土支撑，围护桩处于悬臂受力状态，同时吊装场地及其受限，进行盾构机吊装作业难度大、风险高，易造成基坑失穩坍塌。通过对吊装区域土体进行加固，增加土体粘聚力及内摩擦角，以此减小盾构吊装时围护结构所受的侧向土压力;过程中通过对周边地表沉降、围护桩水平位移、临近支撑轴力等实时监测，动态指导施工，确保了围护桩悬臂状态下盾构吊装时的基坑安全，实现了盾构按期始发目的。

关键词：盾构吊装;围护桩;悬臂受力;土体加固;监测

0 引言

近年来，为减轻城市化进程带来的一系列诸如环境恶化、交通堵塞等问题，城市地铁建设飞速发展。盾构工法以其施工质量好、效率高、技术先进、安全可靠等优点，成为地铁修建的主要工法[1]。伴随越来越多地铁线路的开通，城市中心出现了越来越多的换乘、异形基坑，由于吊装场地受限、基坑规模加大，盾构吊装是施工中既关键又容易发生事故的工序[2-3]。翁振华[4]以某软弱地基条件下放坡开挖的深基坑边缘进行盾构设备吊装为例，研究近接深基坑的软弱地基加固及盾构吊装技术。本文主要以盾构井围护结构悬臂受力工况下盾构吊装为例，研究通过土体加固实现盾构吊装安全。

1 工程背景

天河公园站为三线换乘车站，换乘基坑尺寸为144×

95.5 m，开挖支护形式采用内直径为88 m的3层混凝土环形支撑支护（截面1.1*2.4 m），且在环形支撑外围还有很多异形支撑与之相连，共同构成整个异型支撑体系。考虑车站位于繁华城区，基坑规模较大且环形支撑整体受力，为保证基坑稳定，换乘基坑必须每层结构板施工完成实现受力转换后，方能拆除上一层环形支撑，进而施工侧墙及中板（顶板）施工，图1为天河公园站基坑平面示意图。员村站～天河公园站盾构区间采用一台土压平衡盾构机，盾构从天河公园站南端右线始发，沿员村二横路一直向南掘进，最后下穿既有运营地铁车站五号线员村站，下穿车站后盾构在员村站解体，运回天河公园站左线端头重新始发，最后再次在员村站解体吊出，完成整个区间盾构施工。左线盾构井位于换乘基坑的西部，换乘基坑主体工程量较大，工期紧张，按常规完成顶板施工后进行左线盾构始发，将无法满足工期要求。

2 问题的提出及解决方案

由于本项目车站体量较大，无法做到每个作业面进度的统一，右线隧道盾构机已经贯通出洞，且左线始发工期节点在即，但换乘基坑中板仅完成了始发井区域12 m宽的结构施工（约占整体10%），进度严重滞后，不具备拆除第二道环形支撑，施工负一层侧墙、顶板条件。若按常规工法及工序施工，则需要主体结构全部完成且拆除第一层支撑后才能始发，将导致工期滞后至少约4个月，且盾构机需进行二次倒运并闲置4个月，产生大量的额外费用。

为保证节点目标的实现，同时规避盾构机二次倒运且闲置，项目部通过多方论证，提出减少一层结构施工的时间，在仅完成中板的工况下进行始发，保留第一、二层环撑，切除盾构井范围内2道放射撑，对围护桩处于悬臂受力状态一定范围内采用旋喷桩进行地层加固，以备履带吊站位进行盾体进行吊装，实现盾构按期始发目的。

3 盾构始发井悬臂工况吊装技术

3.1 吊装区域土体加固方案

顶板洞口内第一、二道放射撑拆除，导致此工况下围护桩终板以上处于悬臂受力状态长度约11 m。考虑到盾构吊装时，地面超载极大，盾构端头上部土体为4N-2粉质粘土、4-2B淤泥质土、5N-2粉质粘土，在这种地质情况下，吊装竖向荷载大部分将分化为侧向土压力，使桩体弯矩、挠度加大，严重的甚至导致断裂。

由于盾构吊装时的地面荷载为固定值，无法减小，为解决上述问题，只能将盾构端头的土体加固，增加土体粘聚力及内摩擦角，减小盾构吊装时的侧向土压力，以此来保证该吊装工况下的基坑安全。经过方案比选，加固方案决定采取旋喷桩，在端头10 m*10 m的吊装区域布置Φ600@450旋喷桩，42.5R普通硅酸盐水泥，注浆压力20 MPa～30 MPa，桩长深入全风化6号地层1 m，水灰比1～1.5。并在地面采取硬化处理，硬化范围同旋喷桩加固范围，厚度15 cm，内铺A10@100*100单层钢筋网，履带轮下铺2 cm厚钢板。

3.2 施工监测

3.2.1 监测点位布置

盾构吊装过程中，起吊瞬间，所有的重力施加到吊装区域的土体，支护结构的内力迅速变化，基坑支护是否安全，起吊能否顺利完成，这个短暂过程很关键。为确保吊装过程中盾构井围护结构的稳定安全，在整个吊装过程中实时监控量测，布设的监测点要求必须能够检测到盾构机吊装过程中吊装区域地基的沉降、盾构井围护桩顶水平位移、悬臂桩体侧向水平位移、临近的支撑应力值等数据，通过设置保守的预警值动态指导吊装施工[5-6]。

3.2.2 监测数据分析

吊装影响区域最大变化量为地面沉降（AD27-1）-1.11 mm、

桩顶水平位移（B027-2）-0.47 mm、桩体深层水平位移向基坑一侧位移（C028）0.64 mm以及支撑受压增大121.15 kN，各项监测数据波动较小，均在安全允许范围内。

4 结论

通过土体加固来增加土体粘聚力及内摩擦角，以此减小盾构吊装时围护结构所受的侧向土压力，保证悬臂吊装工况下的基坑安全，确保了盾构始发工期目标，同时规避了盾构机二次倒运及闲置所带来的额外成本增加。

参考文献：

[1]廖一蕾，张子新，张冠军.大直径盾构进出洞加固体稳定性判别方法研究[J].岩土力学，2011，32（增2）：256-260.

[2]谢虎辉，李晓明，袁义，等.盾构设备吊装理论研究与关键控制[J].施工技术，2014（S2）：173-175.

[3]李超峰.地铁盾构机吊装技术研究[J].工程技术研究，2019（8）：106-107.

[4]翁振华.近接深基坑的软弱地基加固及盾构吊装技术研究[J].铁道建筑技术，2020（7）：135-138+144.

[5]孔庆梅，温森，赵丽敏.隧道施工中盾构机吊装对基坑支护结构稳定的影响[J].长江科学院报，2017，34（8）：125-129+134.

[6]周二众，刘星，青舟.深基坑监测预警系统的研究与实现[J].地下空间与工程学报，2013，9（1）：204-210.