盾構(gòu)機(jī)穿越建、構(gòu)筑物施工方法淺析

摘要：在盾構(gòu)法隧道施工中經(jīng)常要穿越既有建筑物，可能造成建筑物隆起或沉降，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂縫或破壞，而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過盾構(gòu)施工穿越西安朝陽門古城墻為例，簡(jiǎn)要論述了盾構(gòu)施工穿越既有建筑物時(shí)的施工工藝方法，以為今后同類工程施工積累施工經(jīng)驗(yàn)，并起到借鑒和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工 穿越 既有 建筑物

0 引言

根據(jù)西安地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，地鐵區(qū)間隧道施工主要采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機(jī)為隧道掘進(jìn)設(shè)備，以盾構(gòu)機(jī)的盾殼作支護(hù)，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，以開挖面上拼裝預(yù)制好的混凝土管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。目前在西安地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中以土壓平衡式盾構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。地鐵盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高、質(zhì)量要求高、不可預(yù)測(cè)因素多，本文對(duì)西安地鐵一號(hào)線9標(biāo)盾構(gòu)掘進(jìn)穿越既有建筑物的施工方法進(jìn)行了初步總結(jié)，積累了一些初淺的施工經(jīng)驗(yàn)，以下就以土壓平衡式盾構(gòu)為例，對(duì)隧道掘進(jìn)施工穿越既有建筑物的施工重點(diǎn)及采取的對(duì)策，談一點(diǎn)體會(huì)，以起到拋磚引玉的作用。

1 工程概況

1.1 工程概況西安市地鐵一號(hào)線（后圍寨～紡織城段）工程的五路口站～朝陽門站區(qū)間隧道（簡(jiǎn)稱：五朝區(qū)間）起迄里程為Z(Y)DK21+536.250～Z(Y)DK22+384.200（其中ZDK22+274.282=ZDK22+270.274長(zhǎng)鏈4.008m)，左、右線區(qū)間分別長(zhǎng)：851.958m和847.95m，均是典型的盾構(gòu)施工。右線在里程為YDK22+165.234～YDK22+203.232段下穿朝陽門明城墻，本城墻于1993年重新修繕，城墻北部為含兩層地下室的鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用靜壓樁基。左線下穿朝陽門北城墻下的地下室，地下室底板埋深約3.7m，地下室底板下雙排靜壓樁，樁長(zhǎng)14.4m，盾構(gòu)隧道與靜壓樁平面最小凈距約為2.441m。區(qū)間隧道右線下穿朝陽門城門洞，門洞基礎(chǔ)為5排靜壓樁基，樁長(zhǎng)為15.5m，與右線豎向最小凈距約0.742m，平面最小凈距約為2.863m。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)盾構(gòu)在穿越朝陽門門洞下部時(shí)主要位于4-1老黃土層和粉質(zhì)粘土層中，左線區(qū)間隧道與城墻地下室基礎(chǔ)最小凈距約為15.4m，右線區(qū)間隧道與城墻門洞基礎(chǔ)最小凈距約為15.5m。地下水位埋深約6.5m。

2 城墻、門洞兩側(cè)及其周圍地表加固

2.1 加固范圍

2.1.1 朝陽門門洞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)兩側(cè)

2.1.2 朝陽門北城墻加固范圍為沿城墻方向盾構(gòu)中線向北16m范圍，城墻東西兩側(cè)各打設(shè)一排。

2.2 加固方法

2.2.1 預(yù)埋袖閥管在盾構(gòu)通過城墻前在地表沿城墻四周對(duì)城墻基底下方預(yù)埋Ф42袖閥管注漿加固，袖閥管埋深在地下水位以下。袖閥管間距0.6m×0.6m，梅花形布置，加固范圍為地面下3m。當(dāng)?shù)乇沓两祷虺菈A斜值達(dá)到報(bào)警值時(shí)，立即進(jìn)行跟蹤注漿。

2.2.2 袖閥管施工方法。①為達(dá)到加固土體的目的，袖閥管施工方法至關(guān)重要。它的機(jī)理就是讓鉆孔機(jī)鉆孔再通過孔向地層中壓入水泥濃漿或速凝型漿液，讓其隨著地層的壓密和漿液的擠入，并在壓漿點(diǎn)周圍形成大小不一的固化漿泡，形成一層固化漿泡層，這樣土地的強(qiáng)度和抗?jié)B能力就得到了提高，從而達(dá)到加固土體的目的。②袖閥管注漿的施工工藝要求：a鉆孔：鉆孔的垂直度必須精確。b安裝袖閥管：安裝袖閥管工作紛繁復(fù)雜，具體包括安裝套殼料、袖閥管并連接、鉆孔封口等。c安裝PVC管：首先要檢查的是注漿頭的狀況，典型的代表是單向閥的狀態(tài)是否良好，管路是否通暢，各節(jié)管路的連接質(zhì)量是否良好，這些都是必須的，因?yàn)橐坏┬溟y管有堵塞的現(xiàn)象發(fā)生，就必需立即洗管，并力求使PVC管伸至孔底。d漿液制作：漿液的制作要依照一定的數(shù)據(jù)，即設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)工程師提供的配合比，漿液的比重在規(guī)定的范圍之內(nèi)，添加劑的添加也要符合試驗(yàn)人員確定的參量，保證水泥漿液的配制質(zhì)量。e開注漿機(jī)：在上述工作任務(wù)完成之后便可開注漿機(jī)進(jìn)行注漿工作。f雙液混合：雙液注漿有嚴(yán)格的時(shí)間要求，其凝固時(shí)間一般控制在60~120s，漿液凝固時(shí)間的調(diào)整主要根據(jù)注漿要求和作用的不同，通過調(diào)整漿液的配合比和水泥液的濃度比重來實(shí)現(xiàn)。g清洗及文明施工：在注漿工作完成后，藥劑師清洗所用工具（包括注漿機(jī)、攪拌機(jī)和各種管路），保持他們的情節(jié)，此工作至關(guān)重要，不容忽視。

3 盾構(gòu)機(jī)施工掘進(jìn)方法

3.1 盾構(gòu)機(jī)選型及性能要求。本標(biāo)段全線地層為黃土、飽和黃土等，強(qiáng)度極低，屬軟土地層掘進(jìn)，為達(dá)到良好的效果，減少不必要的附加沉降，在掘進(jìn)方法上均采用土壓平衡模式。適時(shí)的將土倉壓力與地面沉降觀測(cè)結(jié)果對(duì)比參照，保持土倉壓力合理的同時(shí)保持土層平衡。盾構(gòu)機(jī)要時(shí)時(shí)跟蹤檢查，使其保持良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，避免因機(jī)械故障造成停機(jī)等延誤時(shí)間。

3.2 盾構(gòu)試掘進(jìn)及掘進(jìn)參數(shù)確定。為了選擇更合適的盾構(gòu)機(jī)，通常會(huì)選擇盾構(gòu)通過城墻前的10環(huán)管片，作為盾構(gòu)過城墻時(shí)的模擬段進(jìn)行掘進(jìn)，以確定在無城墻加載時(shí)的地層參數(shù)，根據(jù)模擬段的掘進(jìn)參數(shù)，總結(jié)并制定詳細(xì)的城墻段盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，保證城墻段施工的安全。

3.2.1 碴土改良的目的。①提高碴土的不透水性，使其具有較好的止水性，從而達(dá)到控制地下水流失的目的。②保持碴土的良好土壓平衡，其目的在于穩(wěn)定開挖面，控制地表沉降。③防止因開挖的碴土粘結(jié)刀盤而產(chǎn)生泥餅的現(xiàn)象。④提高碴土的流動(dòng)性，有利于螺旋輸送機(jī)排土。⑤降低刀盤和螺旋輸送機(jī)的扭矩，同時(shí)減少對(duì)刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損，實(shí)現(xiàn)提高盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)效率的目的。⑥避免在螺旋輸送機(jī)排土?xí)r出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。

3.2.2 改良的方法碴土改良就是通過盾構(gòu)機(jī)配置的專用裝置向刀盤面、土倉內(nèi)或螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫或膨潤(rùn)土，利用刀盤、土倉攪拌裝置或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合，達(dá)到碴土具有好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，以滿足在不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)掘進(jìn)可達(dá)到理想的工作狀況。

3.2.3 碴土改良的主要技術(shù)措施根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和盾構(gòu)施工的經(jīng)驗(yàn)，采取如下主要技術(shù)措施。在含水地層采用加泥土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)，為了增加對(duì)螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入的泡沫量，以利于螺旋輸送機(jī)形成土塞效應(yīng)，防止噴涌，在擬向刀盤面、土倉內(nèi)和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫或膨潤(rùn)土。

3.3 管片拼裝要求。管片拼裝是盾構(gòu)法施工的重要環(huán)節(jié)，其安裝質(zhì)量的好壞不僅對(duì)盾構(gòu)機(jī)能否繼續(xù)順利推進(jìn)有直接的影響，而且直接關(guān)系到隧道成洞的質(zhì)量。

3.4 同步注漿與二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。采用盾構(gòu)施工法，在管片和地層之間將產(chǎn)生空隙，該空隙必須充填，否則，隧道周圍的地基會(huì)有較大變位（主要由盾尾空隙引起）。因此，及時(shí)進(jìn)行背后注漿是盾構(gòu)工法中必不可少的環(huán)節(jié)。同時(shí)，背后注漿具有提高隧道的止水性能和確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性。

3.5 用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)盾構(gòu)施工。對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋，不斷調(diào)整、優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，以驗(yàn)證選擇施工參數(shù)的合理性。

3.6 設(shè)定沉降和隆起指標(biāo)并在掘進(jìn)施工中嚴(yán)格控制。在工程施工前結(jié)合掘進(jìn)情況計(jì)算預(yù)測(cè)地層沉降量，將預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果作為預(yù)控參數(shù)，設(shè)定沉降控制指標(biāo)為-30~10mm，沉降變形預(yù)警值為-20~7mm。適當(dāng)減小出碴量，防止土層損失。

4 應(yīng)急施工措施

4.1 盾構(gòu)繼續(xù)保持土壓平衡掘進(jìn)，分析沉降所產(chǎn)生的原因。

4.2 若沉降是由于盾構(gòu)穿越致地層損失而引起，則：①加強(qiáng)洞內(nèi)二次注漿，確保注漿壓力與注漿量。②對(duì)地層變化較大地段，在地面采取二次注漿加固措施。③加大監(jiān)測(cè)頻率，密切觀察地層變化速率，及時(shí)反饋信息，修正施工參數(shù)。

4.3 若沉降非盾構(gòu)引起，匯同文物部門共同協(xié)商制定可行的補(bǔ)救方案。

4.4 城墻基礎(chǔ)范圍管片環(huán)內(nèi)采取內(nèi)支撐加固措施，以幫助管片承受外部的壓力，控制管片的變形及滑動(dòng)。

4.5 在城墻門洞通道上方掛設(shè)防護(hù)網(wǎng)，防止城墻磚體掉落。

5 施工效果

在采取了前文所述的施工方法和控制措施后，朝陽門隧道竣工后，其所穿越城墻沉降控制在-13～5mm范圍之內(nèi)，地表沉降控制在-15～5mm范圍之內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到優(yōu)良工程標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

盾構(gòu)穿越既有建筑物掘進(jìn)施工時(shí)：①要對(duì)建筑物周圍一定范圍內(nèi)進(jìn)行注漿或其他方式的全面加固，保證其整體性和堅(jiān)固性。②必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)如土壓力、掘進(jìn)速度、同步注漿壓力、同步注漿量、二次注漿壓力等，將盾構(gòu)掘進(jìn)過程中引起的隆起或沉降值控制在規(guī)范允許的數(shù)值范圍內(nèi)。③盾構(gòu)掘進(jìn)過程中必須隨時(shí)對(duì)建筑物上、極其周圍監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，并及時(shí)反饋給盾構(gòu)操作人員作為停機(jī)檢查和調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)的支持性依據(jù)，達(dá)到監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工實(shí)踐的作用。

參考文獻(xiàn)：

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