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地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

TRD工法 2019年8月24日 项敏 76

地铁15号线上海南站站超深65米TRD应用


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摘  要

        摘要:根据城市轨道交通不断发展的要求,在建地铁项目对既有地铁区间的保护要求越来越高,如何减少对既有线路运营的影响变得十分重要。上海轨道交通15号线上海南站站基坑开挖时,因地下连续墙较浅未隔断承压含水层,大范围降低承压水势必对相距34m的运营中1号线区间带来很大影响。因此在车站基坑外设置一道65m深的TRD止水帷幕隔断承压水,避免因基坑降水带来的周边环境地表沉降,保障运营中的地铁1号线不受施工影响。


        关键词:TRD;超深;复杂地层


项目概况


1、一般概况

拟建15号上海南站站为地下三层车站,开挖深度约24~26m,南端头井距离1号线既有盾构区间最近距离约34m,为减小15号线基坑开挖与降水施工对1号线既有盾构区间的影响,在15号线基坑南端施工一道“U”字形悬挂隔水帷幕,经设计验算拟采用800mm厚65m深的TRD工法墙,插入⑦2层约12m,采用42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比1.2,水泥掺量25~30%(450~540kg/m3)。

        由于万科南站项目三期基坑与15号线上海南站站相接,且先于车站基坑施工,因此“U”字形止水帷幕中一条“直边”104.84m需在万科南站基坑施工前在本期先行完成,剩余TRD帷幕随车站施工。


地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

        

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

工程地理位置


2、设计概况

本工程 TRD 施工区域为上海地铁 15 号线与 1 号线车站交叉区域,为保护周边环境及减小降水对正在运营的 1 号线的影响。设计采用地下连续墙 + 内支撑的围护形式,但为防止基坑管涌及节约成本,地下连续墙未采用落底式的止水形式,而是采用外围 800mm 厚TRD 止水,本次施工先施工一半区域,根据试成墙及取芯情况来判定后续的施工及设计。


地铁15号线上海南站站65米深TRD应用


基坑支护平面图


3、工程地质条件

车站基坑浅部主要分布淤泥质黏土③、④层。坑底;主要分布的第⑤2-1层粉砂夹粉质黏土层。缺失第⑥层和⑦1层。 ⑤2-2层与⑤3-2层为微承压含水层; ⑦2层与⑨层局部连通,为承压水含水层。

其中地下连续墙未隔断⑦2层承压水。而通过基坑抗突涌验算发现基坑开挖过程中需要降大量的⑦2层承压水。

本工程地质条件及 TRD 施工区域地层地质剖面所示。

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

地质剖面示意



工程施工难点及方案

1) 止水帷幕施工深度大,地质条件复杂,本工程基坑围护TRD工法厚度 800mm,平均深度约 65m,超深等厚度水泥土搅拌墙,需穿过约 30m 厚的砂层,砂层的标贯值 N >40。

2) 基坑开挖受承压水影响,对成墙质量要求高由于本工程⑦ 2 层与⑨层连通,如果 TRD 施工质量难以保证,则对基坑的安全隐患不可设想。

3) TRD工法横向切割时,由于深度大,穿越多种土层,切割箱体收到受到来自不同土层阻力,刀排上下受力不均,易造成链条脱落。

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

基坑与地铁1号线平面位置关系

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用


施工难点措施


        (1)先行挖掘液采用钠基膨润土搅拌液,水灰比1.2~1.5,流动度160~240mm,在掘削过程中通过挖掘液减小与土层的掘削阻力,适当的润滑使得切割箱上下所受阻力均匀,减小刀排链条破坏的风险。
        (2)本工程TRD工法墙深度达到65m,包含黏土层、粉土层和粉砂层,为保证成墙水泥土均匀,采取“三循环”工艺,在先行挖掘完成后,采取回撤掘削,以巩固横向掘削槽段的垂直度,同时将土层在搅拌过程中变得均匀,为最后均匀成墙打下基础。
        (3)固化液拌制采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,每立方被搅拌土体掺入25%~30%的水泥,即每立方米土掺入450Kg~540Kg水泥;固化液混合泥浆流动度控制在150mm~280mm,水灰比1.2,施工过程每1000kg水,掺1200kg水泥拌制浆液,既加强固化液效果,又保证在喷浆成墙阶段,降低设备掘削负荷。
        (4)在超深土层中掘削成墙,对刀头的磨损非常严重,为提高掘削效率,采用钨钢刀头,减轻TRD设备掘削负荷,提高挖掘前行效率。
        (5)上海南站深层⑦2砂层土N值大,掘削负荷大,为提高效率,将切割箱倾斜0~5°的状态下前行切削,利用切割箱的自重分力破碎土层。但是在这种带角度下掘进容易撇断切割箱链接螺丝,因此控制切削负荷在150KN~200KN。


设备选型

综合设计和地质情况,选用了日本进口的TRD-E型工法设备及成套的BW450供浆泵。为满足65m深度要求,共选配10节切割箱,由下至上排列分别是:1节4.3m被动轮+13节4.88m切割箱,总长67.74m,余尺2.74m。


施工参数

  1)先行掘削施工控制参数:
先行掘削液配合比:膨润土掺量约5-10KG/m3
先行掘削速度:约30cm/小时
先行掘削负荷:≤ 220KN,现场施工150-180KN
先行掘削流动度控制:掘削液160-240mm(宜180mm)
  2)回撤掘削施工控制参数:
回撤掘削液:清水(约800L/min)
回撤掘削速度:1.5m–2m/h
  3)喷浆成墙施工控制参数:
水泥浆液水灰比1.2—1.5,水泥掺量:30%
 喷浆成墙搅拌速度:1m/h  喷浆量:52.8m³/h
掘削负荷:≤90KN,宜70KN左右。


TRD施工

3.3  TRD施工

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用



地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

下刀箱


地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

切割


1  测量放线,开挖样沟

TRD 搅拌机施工前,必须先做好场地平整、障碍物清除、便道制作等准备工作,施工场地内的施工便道承载力应能满足 117t的基本要求。还应提前开挖样沟确认TRD线路中的管线、电缆等已被清理。

施工前精确计算出TRD工法墙中心线交点坐标并进行坐标数据复核,利用测量设备进行放样复核,同时做好标记桩。施工中注意对标记桩的保护。

2  吊放预埋箱

施工前还应利用挖掘机在TRD工法墙旁边开挖深约3.5m、长约2.5m、宽约1m的预埋穴,在TRD切割箱的安装过程中,每一节切割箱都先由吊机吊放入预埋箱中,然后从预埋箱中逐节吊放安装切割箱,如图6所示。

3  主机就位

TRD工法设备主机作业前应看清周边各方面的情况,确保机械运转范围内无架空线、人、材料、机械等,并确保主机应平稳,如不平稳应及时纠正。

4  切割箱与主机连接

首节切割箱下放完成后,TRD主机移动至预埋穴位置连接后续切割箱,再返回至施工槽段区域继续进行竖向切割作业至第二节切割箱下放到位。每节切割箱竖向切割至箱体深入槽段后,将切割箱与主机分离,主机回到预埋箱位置,安装下一节切割箱。循环重复连接切割箱直至切割到设计深度。如图6所示施工顺序。

5  安装测斜仪

每个TRD切割箱中都安装有测斜仪,在主机将切割箱一段段连接就位的同时,也将各段切割箱内的预留管线连接从而将测斜仪连接成整体,通过安装好切割箱内部的测斜仪,对墙体的垂直进行有效控制。因上海南站TRD止水帷幕设计深度很深,施工中应密切关注测斜仪数据及时纠偏,避免造成因设备倾斜带来的施工质量缺陷。

6  TRD工法成墙

测斜仪安装完毕后,采用3工序施工方法进行成墙作业,如图6所示。

1)先行挖掘:通过主机驱动切割箱沿轴线向前推进,切割松散土体。上海南站因保护要求较高,按6m为一施工段控制。同时因成墙较深,先行挖掘过程掺入膨润土挖掘液,提高挖掘效率。

2)回撤挖掘:每6m的施工段先行挖掘完成后,切割箱再回撤挖掘至起点位置,回撤过程中应充分搅拌松散土体。

3)成墙搅拌:切割箱回撤挖掘完成后,用水泥浆固化液代替膨润土挖掘液,通过甭管注入固化液,切割箱向前推进的同时,搅拌固化土体形成等厚度水泥土止水帷幕。

7  置换土处理      

由于TRD施工过程中,切割箱对土体的切割松散,以及一定泥浆的掺入搅拌,会有少量土体被翻到地面以上,对这部分土体应在不影响设备运作的情况下,将土体驳运到场地集土坑内,定期通过土方车运走。

8  拔出切割箱

成墙搅拌结束后,根据现场条件确定切割箱起拔位置,切割箱起拔时须注入同配比的固化液,边起拔边注浆。根据实际情况,通过现场测试确保对切割箱拔出后形成的空洞进行密实填充和有效加固,结束直线段墙体施工。同时应注意拔起速度不宜过快。

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

分段起刀箱


地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

TRD工法机切割搅拌土体成墙原理图


沉降监测

由于车站基坑临近运营中的地铁1号线区间,施工前由地铁运管部门安排技术人员布置对区间隧道的沉降观测点。施工期间定期对观测点进行数据采集分析,若累计沉降数值达到5mm,将发出风险警报提示,可能会影响区间隧道的正常运行及车站基坑的正常施工。

上海南站站基坑施工期间,区间隧道沉降观测点变形量曲线图如图8所示。监测点数据每日变化量基本控制在0.5mm以内,基坑开挖期间累计沉降控制2mm以内,满足运管单位提出的5mm的控制要求,充分保证了区间隧道的正常运营及车站基坑的顺利实施。


地铁15号线上海南站站65米深TRD应用

施工结果检验

本项目试成墙从2015年12月25日开始下沉切割箱,先行挖掘,至2016年1月18日,累计成墙104m施工。
        超深TRD施工先行掘削速度缓慢,局部坚硬土层下,设备负荷大,期间还发生过切割箱连接螺栓断裂,被迫起拔一次切割箱,重新连接加固。
        在挖掘过程中,将一段4米长勘探废弃井管带出,井管壁厚4mm,说明设备的切割能力较强。
        TRD工法墙完成后进行取芯检测,根据芯样报告,水泥土搅拌墙TRD芯样抗压强度介于1.43~1.77 MPa之间,均大于1.0 MPa,满足设计要求。芯样上部较下部强度略大,总体来说强度比较均匀。

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用收芯效果

结  语

上海轨道交通15号线上海南站站基坑因地下连续墙未隔断承压水,而设置65m深的止水帷幕,防止降水引起的周边地表沉降,影响轨交1号线区间的正常运营。上海南站站TRD止水帷幕实施后,对⑦2层承压含水层起到了很好的隔断作用,基坑大面积降⑦2层承压含水时并未对坑外水位带来很大变化,坑外沉降观测点也未发生明显沉降。充分证明了TRD止水帷幕的可靠性。


文章
来源

隧道网


编辑整理:项 敏

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TRD工法


TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。

地铁15号线上海南站站65米深TRD应用


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        TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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