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TRD工法在紧邻地铁深基坑工程中的应用

TRD工法 2022年5月22日 项敏 249



摘 要


摘要:世纪盛荟广场[新闸路(西斯文里)项目]东侧邻近地铁区间隧道,深基坑工程围护结构已施工完成,现场抽水试验结果表明坑内外仍存在较明显水文联系,为确保基坑开挖的安全及对地铁隧道和周边建筑的保护,设计采用TRD工法作为新增止水帷幕隔断⑦层承压含水层。现场进行了原位试成墙试验以确定施工参数,并在正式施工阶段对地铁隧道进行补充检测,优化施工参数,最终控制坑外土体分层沉降量在5mm以内,满足地铁监护的要求。新增TRD止水帷幕有效的隔断了承压含水层,且施工过程对周边环境的影响较小,在环境敏感地带采用TRD工法技术是一种可靠的选择。


关键词:TRD工法;紧邻地铁;深基坑;止水帷幕


1 引 言


随着新型城镇化开发向纵深方向发展,大规模城市综合体、超大型城市交通枢纽以及超高层建筑等地下空间的开发,超大超深基坑不断涌现在轨道交通、地下管线、老旧建筑等环境敏感的旧城区改造地段,超大超深基坑对围护体形式的稳定性、安全性、经济性以及基坑周边环境的保护要求越来越高。TRD工法等厚度水泥土搅拌墙技术作为一种新型基坑围护止水帷幕,既能够隔断深度30~60m深层承压水,又能有效控制对周边环境的影响,是一种可持续发展、循环经济的绿色工法。


2 工程概况


世纪盛荟广场[新闸路(西斯文里)项目]位于上海市静安区,基坑面积约1.01万平方米,周长约491 m,3~4层地下室,开挖深度15.75~18.65 m。原围护设计采用宽度800~1 000 mm地墙,地墙两侧设置Ф850三轴搅拌桩,深度25 m。外围钢砼墙进入坑底下深度12.75~14.5 m,钢砼墙下设置素地墙隔断⑦层承压水,素地墙底深47 m。


原设计的围护墙、立柱桩以及坑内加固于2010年实施完成。随着临近13号线地铁隧道的建设,基坑增设分隔墙、加固及首道砼支撑于2013年3月全部完成,9月先后实施了4次坑内承压水试抽试验均表明坑内外承压水存在较明显的水力联系。围护设计采用TRD工法等厚度水泥土搅拌墙在基坑东侧、北侧以及南侧、西侧局部原夹心搅拌桩外侧新增设一道止水帷幕,并结合必要的降水、回灌方案确保基坑开挖自身安全,并尽量减轻对周边环境的影响。

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3 周边环境


本工程属于城区改建项目,周边环境极其复杂。基坑北侧为1~4层商铺和一栋超高层住宅楼,距离基坑约13.2 m;西侧为2层老式里弄住宅,距离基坑最近处约11.2 m;南侧距离基坑约37 m为另一在建项目。东侧地下室外墙距离已建地铁13号线隧道约6.0 m,原设计且已完成的地下连续墙外边距离地铁13号线隧道约4.2 m,新增TRD工法止水帷幕距离13号线隧道仅2.6 m,其中隧道埋深约20~25 m。


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4 试成墙施工


4.1试成墙目的

采用原位试成墙,试成墙位置选定在距离地铁隧道约100 m的基坑西北角,以验证TRD设备在强透水地层条件下的施工能力、施工工序和施工参数、成墙质量及对周边环境的影响,为工程墙体进入地铁影响范围内及紧邻地铁隧道施工提供可靠依据。

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4.2试成墙参数


4.2.1基本参数

TRD工法等厚度水泥土搅拌墙厚度700 mm;墙深50 m,穿过厚约17 m的⑦层密实砂性土层,进入⑧1灰色粘土层不小于3 m;试验墙体水平延长12 m。TRD施工采用三循环(即先行挖掘、回撤挖掘、固化成墙)的施工工艺。挖掘液采用钠基膨润土,掺量100 kg/m3,W/B=10~20;固化液采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,掺量450 kg/m3,W/C=1.2~1.5。


4.2.2检测要求

试验墙体选取2个位置各制作6组规格70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm水泥土试块,每个位置选取3组分别进行14 d和28 d无侧限抗压强度试验。试验墙体平均分布1~9个钻孔取芯点,其中2、4、6、8号孔进行14 d检测,1、3、5、7、9号孔进行28 d检测。TRD墙体28 d浆液试块无侧限抗压强度标准值不小于1.0 MPa,28 d钻孔取芯无侧限抗压强度标准值不小于0.8 MPa,墙体抗渗系数不大于10-7 cm/s。地铁监护要求TRD施工对周边土体沉降日变化不超过0.5 mm,累计变化不超过5 mm。

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4.2.3施工情况

试成墙实际施工深度达50.5 m,总延长12.5 m。试验段施工参数如下:挖掘液比重1.03~1.11,挖掘液混合泥浆比重1.4~1.5,固化液比重1.37~1.44;先行挖掘速度60~70 min/m。


4.3试成墙检测

4.3.1浆液试块强度检测

28 d浆液试块无侧限抗压强度平均值1.1~1.2 MPa,满足设计要求。


4.3.2钻孔取芯强度检测

1、3、5、7、9号孔进行28天钻孔取芯强度检测,无侧限抗压强度均满足设计要求。

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4.3.3渗透性检测

TRD原位渗透性检测孔采用钻孔取芯孔,试验采取降水头注水试验。分段钻孔至试验段标高后孔口下套管至设计要求的试验段顶标高,采用向套管内注满清水,每隔一定时间测量孔内水头值,计算水位下降速率。渗透试验(注水试验)测得渗透系数不大于10-7 cm/s,符合设计要求。


4.4试成墙监测

为了掌握TRD施工对周边环境的影响程度,获取经验参数以期指导TRD在地铁影响范围内及紧邻地铁隧道侧施工,试成墙施工前分别平行于试验槽段2m、4.2m、7.2m处各布置1组地表沉降监测(D1~D3)、深层水平位移监测(TX1~TX3)、深层土体分层沉降监测(FC1~FC3),并且结合TRD工序每4小时进行一次监测。

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试成墙监测数据统计汇总如表2。


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从以上数据可以看出,坑外土体水平方向向TRD施工区域发生位移,且位移量随着距离的增加而减小。TRD施工引起的土体沉降和地表沉降最终为下沉,其中深层土体分层沉降最大累计值达-13 mm,且在区间地铁埋深25 m左右下沉8 mm。


5 正式施工


5.1参数调整

在试成墙的基础上,挖掘液水灰比由10~20调整为5,即增大挖掘液混合泥浆比重至1.5~1.6,尽量使挖掘槽段内混合泥浆与原状土比重平衡;同时适当减慢挖掘推进速度,由试成墙60~70 min/m调整为80 min/m以上,做到慢速均匀搅拌,并控制挖掘开放长度,遵循“少量多次”的原则。


5.2补充监测

TRD试成墙监测数据大部分指标均能达到要求,除土体分层沉降外,在地铁埋深25 m处约为8 mm,不满足地铁监护的要求。经与设计协调,分别在远离地铁隧道50 m和30 m处布置监测孔,监测孔位置与新增TRD工法止水帷幕水平距离2.0 m,待TRD施工至监测孔位置时按调整参数施工并收集监测数据,确保TRD实际施工至地铁侧时,对地铁的影响最小。


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5.3监测结果

TRD试成墙完成1个月后对监测数据分析,在地铁隧道深度范围20~25 m,距离墙体4.2 m处测点TX2土体深层水平位移最大累计值由原4.09 mm恢复至3 mm,距离墙体7.2m处测点FC3土体分层沉降最大累计值-6 mm恢复至-4 mm(注:TX1因被返浆土覆盖不能监测)。通过正式墙补充监测数据分析,在地铁隧道深度范围20~25 m,距离墙体2.0 m处测点FC4、FC5、FC6土体分层沉降呈现一定规律,即TRD工法采用三循环施工时,在下放切割箱过程中引起的土体分层沉降总体表现为初期上抬,在先行挖掘、回撤挖掘与成墙搅拌步序中逐渐恢复,待成墙喷浆后土体已趋于稳定,整个过程可控制在4~5 mm内,基本满足地铁监护的要求


6 结 语


世纪盛荟广场[新闸路(西斯文里)项目]采用TRD工法等厚度水泥土搅拌墙作为新增止水帷幕,通过现场试成墙试验初步确定了施工工艺和各项施工参数,并掌握了施工对周边环境的影响规律。正式施工时通过不断调整、优化施工参数及适当降低工效,控制挖掘槽段内外土体比重平衡,遵循“少量多次”的原则,最终控制坑外土体分层沉降量在5 mm以内,满足地铁监护的要求。本工程TRD工法等厚度水泥土搅拌墙的成功实施,对在类似复杂环境下施工有一定的参考意义。


TRD工法在紧邻地铁深基坑工程中的应用


来源:《地下空间与工程学报》

作者:谢兆良

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。

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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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