TRD工法在长江漫滩地区地铁隧道结构保护中的应用

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2020年04月16日 09:21:29
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

TRD工法应用案例

韩结，陆航，朱丹丹

摘要

摘要：以长江漫滩地区临近地铁隧道的某大型深基坑为研究背景，从施工节点以及应对方式等角度，研究TRD工法在地质赋存条件比较复杂的情况下靠近地铁隧道范围基坑位置的常用工程技术，为后续临近地铁隧道结构保护提供技术支持及参考。

关键词：TRD工法；长江漫滩；地铁隧道结构保护；隧道施工

引言

随着社会不断进步以及城镇化进程的快速推进，我国许多城市的建设规模和人口密度逐渐增大。由此也产生了大量的基坑工程。地铁隧道在城市建设和发展过程中发挥着极其重要的作用，扩大了城市空间应用，也显著减轻了城市居民出行的交通压力。

地铁线路的密集施工和城市开发密度的加快，大量的深大基坑无法避免地在地铁隧道周围的“轨道交通控制保护区”内建设施工，基坑施工能够导致岩体原始应力失衡，引起基坑侧壁位移、坑底凸起等变化，进一步对基坑附近的地铁隧道和建筑等形成相应的影响。在地铁隧道附近的轨道交通控制保护区开挖基坑，除了要求基坑注意自身的安全稳定外，还应做好对周边地铁线路，特别是已运营地铁线路的结构保护，保证其附近地基和建筑物的变形控制在正常的范围内。如果变形控制不足，则会对地铁正常运行造成极大的安全隐患，因此需要充分的论证、正确的设计与计算、合理的施工控制、精细的监测和地铁专项保护方案的及时制定与有效落实，使基坑工程能够顺利安全实施，并控制基坑开挖对周围地铁隧道产生的影响。

地铁隧道在正常运行过程中也难免要受到周围各种不同外部施工等活动的作用，轨道交通控制保护区外部基坑作业不但要保证基坑自身的顺利实施，同时也需要确保基坑附近已建地铁隧道的安全和正常运转。

等厚度水泥土地下连续墙工法又称TRD工法。该技术方法为20世纪90年代由日本研究得出，能够适应各种土层以及砂砾石层并在其中连续成墙的装备以及施工手段。工法因其成墙连续、表面平整、墙体均匀条件优良等一系列特点，近年来大量应用于各类建筑工程、地下工程、大坝修筑等方面。

地铁隧道结构的保护研究

1.1地铁隧道结构保护的规范和标准

随着社会的进步和城市建设的快速推进，在现存的建筑物特别是地铁隧道附近区域进行基坑施工的例子逐渐增多。地铁作为城市居民的重要出行方式，其安全程度也显得格外重要。我国交通运输部关于该方面制定了《城市轨道交通运营管理规定》，地铁线网运营的城市也基本出台了轨道交通保护条例用于规范地铁隧道周边的建设活动对地铁隧道结构的保护。上海市针对地铁隧道保护领域也设定了关于隧道的变形标准，其内容包含在竖向与水平位移均不能大于20mm；隧道最大上浮位移不能超过15mm；隧道纵向变形曲率需小于1/15000；相对变形要求小于1/25000的内控标准。

1.2地铁隧道受周边基坑支护工程的影响分析

基坑施工过程其附近的建筑物、地下管路以及地铁隧道的不均匀变形和抵抗变形的能力是存在相应限度的。当基坑施工在靠近地铁隧道位置时，地铁隧道变形标准绝对不大于20mm，曲率绝对低于1/15000，而仅确保基坑施工时的稳定性就无法保证要求的变形标准，故使用目前存在的基坑施工的设计理论以及传统的施工方式不能确保满足基坑附近环境稳定变形的相关标准，而在现场的基坑施工过程中，围护结构不但要保证强度，还需要确保变形达到相关要求，在基坑的设计阶段也需要用变形控制来替代常规的强度控制，用此种方法能够消除对基坑附近环境形成不必要的损坏。由此可以看出，通过对正常运行的地铁隧道对基坑施工时卸荷响应进行分析研究具有重要理论以及应用意义。

长江漫滩地区紧邻地铁隧道基坑项目TRD工法地铁保护研究

2.1工程概况

南京河西某基坑项目临近地铁隧道控制保护区，周边为2010年5月已开通运行的地铁二号线，见图1。该项目使用钻孔灌注桩+TRD工法水泥土墙为基坑附近区域围护结构，TRD工法水泥土墙设计厚度700mm。挖掘液拌制过程中需要使用一定数量的钠基膨润土，平均每立方米被搅拌土体按照要求加入10%的膨润土。固化液拌制过程中需要使用一定数量的42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比范围控制在在1.0～1.5之间，水泥加入量不得低于25%。切削液由水以及一定数量的膨润土等材料混合制成，比率为3%～5%。水泥土28d无侧限抗压强度结果超过1.0MPa。

图1 项目位置图

2.2项目位置地质情况概述

基坑施工位置处于南京市河西地区，地形较为坦阔，地面高程范围在7.00～8.55m之间。

场地地貌单元为长江漫滩。基坑位置处于大地构造单元上属扬子断块区的下扬子凹陷，基底为中上元古界浅变质岩系组成，盖层包括华南型古生界和中、新生界地层等部分。

通过勘察分析，基坑上覆岩层较厚，是较为典型的长江漫滩相沉积物，工程性质跟土性以及状态密切相关，具体见表1。基坑基岩表面较为平坦，工程性质与风化程度关系较大。

2.3项目基坑相关技术规范

（1）《南京市轨道交通条例》跟《城市轨道交通运营管理规定》等相关法规把地铁站台以及地铁结构向外侧50m区域内作为控制保护区区域，把地铁站台以及地铁结构向外延伸5m区域内作为特别保护区；所以基坑施工时确保已建隧道的顺利运行是土木工程目前面对的重点以及难点。

（2）《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911—2013）依据受基坑作用的显著程度把基坑施工的作用区域分成3块组成部分。国外的有关条例也设定了基坑的施工作用范围大约为基坑宽度的3～5倍，大约为基坑施工深度的2～4倍。

2.4项目TRD施工概况

本工程TRD施工使用“三工序”成墙方式，具体为切割箱钻到设计深度时，率先把挖掘液注进先行施工一端距离；紧接着回撤到原来位置；再注入固化液向前推进。

TRD工法水泥土墙垂直度偏差不超过1/250，墙位偏差不超过50mm，墙深偏差不超过50mm。

2.5 TRD水泥土墙对地铁隧道结构的安全影响分析

TRD水泥土墙对地铁正常运行产生的影响大体为在施工阶段的土体加入水泥后液化，造成土体强度下降，外侧土体向坑内区域产生位移，进而产生管线破坏、道路沉陷等现象。土方开挖跟结构施工阶段经常会产生渗漏。极易造成TRD水泥土墙实施阶段产生没有完成搭接、墙体偏位现象特别明显、垂直度偏差数值较高、开挖产生渗漏现象等一系列安全隐患。对一些能够影响TRD工法成墙质量的因素，如较差的地况以及工程阻碍物等，应提早解决相关问题后再进行等厚度水泥土搅拌连续墙的现场工程实施；同时应合理加大水泥掺量。

现场实施时需要确保TRD工法桩机底盘的水平和切割箱的垂直，实施前使用水准仪或经纬仪进行轴线引测，使TRD桩机保持在合理位置，并检验桩机立柱导向架垂直度偏差低于1/250。之后施工的TRD工法水泥土墙墙体需要搭接已成形墙体不超过50cm，保持搭接区的施工速率，把固化液和混合泥浆进行完全搅拌均匀，保证搭接效果，因为等厚度水泥土墙切割箱直线掘进成，在转角处把切割箱取出，改变为正确方向后再次向下切割至要求标高后，为确保施工效果，在施工过程中每到达一个转角处都需要向墙体外方向多施工1延米，形成十字形的转角接头。

2.6项目TRD工法在地铁控制保护区段的实际保护措施和研究方法

在靠近地铁隧道保护范围内并且粉细砂土层较厚墙进行TRD水泥土先行施工试桩时，需要确保首先进行TRD水泥土墙相关实验，进而得到成墙效果，在相关TRD水泥土墙现场实施过程，深入5-1强风化土层深度源一定要确保超过1.5m，最后根据试桩运行验确定TRD水泥土墙对土方干扰的结果。

TRD水泥土墙实施之前，需要在基坑向内方向上施工深度2m，宽度1.5m的应力释放沟，以防挤土凸起以及应力集中现象。合理调整水泥浆的水灰比，按照设计标准对喷浆压力进行控制，放慢施工速率。在TRD施工阶段出现的冷逢以及搭接不明区域，采用高压旋喷桩对其加强处理，全部冷逢搭接处施工结束才可进行土方施工。施工搭接要求确保50cm的施工掘进，以防在搭接位置产生渗漏等现象，引起基坑施工阶段水体的渗漏。确保TRD水泥土墙和支护桩二者间距需要超过200mm，以防支护桩施工对TRD水泥土墙产生不利影响，降低止水效果。

早期现场施工可首先用1～2根支护桩进行监测施工阶段的基坑附近道路、管路、地铁隧道的变形情况，并加大护壁泥浆浓度，提高施工速度，降低空孔等待时间，依据此方式作为其余各桩的施工参数参考。降低钢筋笼下放时间，保证一次下放质量。

TRD水泥土墙施工阶段需要严格监测垂直度、水泥掺入比、喷浆压力和速度等质量控制，确保止水要求符合标准。

研究比较与结论

3.1 TRD工法在地铁隧道结构保护中与传统工法工序的比较

TRD工法是现阶段深基坑开挖领域内一种新形式的施工技术，已被普遍运用到临近地铁隧道并且地质情况较为复杂的区域，由于其在基坑支护方面比传统的SMW工法桩在厚度方面更加平均、防渗水性较好、芯材渗入没有距离要求，且在施工工期方面较短；地下连续墙在槽壁加固方向与传统三轴搅拌桩相比较，其对附近环境影响小、近距离临近建筑物施工方向存在优势；与高压喷射灌浆和三轴搅拌桩相比，具有操作深度大、壁强度离散性小的优点其防水、隔水效果更加稳定；在隔离墙角度，钻孔桩相较传统的根桩在隔震墙厚度内形成均匀的岩心刚度，抗剪强度大，可以显著隔离基坑内部以及外部的水力连接。

3.2结论

综上，与常规的深基坑围护结构以及加固手段进行对比，TRD的施工方式不但在工程安全、经济效益以及社会效益等方向都存在某一程度的提升，而且在绿色环保施工中也有所体现。在绿色环保建设上也丝毫不落后。在铁路、地铁隧道、交通线路以及防护建筑等区域附近，尤其在施工区域附近对于环境较为敏感或施工高度以及工期要求较高的条件下，TRD施工方法具有明显的优势。建议在工程造价合理、基坑安全且符合要求时，需要首先考虑TRD工法。TRD工法的广泛推广使用还具有施工成本高、基坑施工转角不规则以及开箱次数多等一系列问题。不影响使用功能和成本允许。但地铁作为城市公共交通的关键手段，其隧道结构的安全控制是顺利运行的重中之重，总体看来，TRD工法对地铁隧道结构保护利大于弊，随着机械设备的不断改进和TRD工法的发展，该工法的使用会更加广泛。