盾構區間施工中的多風險源控制及經驗總結

上海市建設工程監理咨詢有限公司 上海 200080

1 工程概況

南昌軌道交通1號線艾溪湖東站—定修盾構區間部分隧道位于艾溪湖東站—太子殿站區間隧道上方，重疊長度達50 m，其中豎向最小凈距為4.6 m。艾溪湖東站至定修盾構井區間隧道須穿越多棟建（構）筑物，如雨水箱涵、地鐵旁通道以及大型民居等，極具風險。

2 工程地質

艾溪湖東站—定修區間下穿建（構）筑物段場地范圍內土體自上而下依次為：①2素填土、③1粉質黏土、③2細砂、③3中砂、③4粗砂、③5礫砂，隧道主要穿越的地層是粗砂、礫砂。

3 工程水文

根據地下水含水空間介質和水理、水動力特征及賦存條件，擬建工程場地地下水按地下水類型可分為孔隙性潛水、孔隙微承壓水、紅色碎屑巖類裂隙孔隙水3種類型。

經勘察，場地內的地下水主要為賦存于第四系砂礫層中的孔隙性潛水和微承壓水。地下潛水、微承壓水對混凝土結構具弱腐蝕性；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水和干濕交替環境下無腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性，工程區域內地表水體對混凝土結構無腐蝕性，局部具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水下無腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性。地下水對混凝土結構具侵蝕性CO2中等腐蝕性。

4 重大風險源控制

4.1 對地下建（構）筑物的監測與監測點位的布置

區間隧道沿線地面沉降、地下構筑物、沿線建筑物是本工程重點監測保護對象。需在盾構推進施工影響范圍內的建（構）筑物上布設沉降監測點，以隨時了解建（構）筑物的不均勻沉降情況。

針對區間隧道沿線的建（構）筑物及地下構筑物設施分布情況，結合盾構推進施工工藝及其對地面沉降的影響機理，我們開展了地表沉降監測、管線、箱涵沉降監測、隧道收斂、拱頂沉降、建筑物沉降、房屋傾斜、裂縫等監測內容。監測點位布置見圖1～圖3。

圖1 隧道區間施工主斷面監測點布置

4.2 下穿污水箱涵段的施工及沉降監測

本區間須下穿創新二路污水箱涵段施工，下穿前對箱涵四周進行袖閥管預注漿加固，下穿施工過程中加強施工參數的控制，其中掘進速度控制在20～30 mm/min，刀盤扭矩控制在4 000 kN·m以內，推力控制在21 000 kN以內，同步注漿量控制在6.5 m3/環，保持在盾尾后8環及時進行二次注漿，同時加強地表監測頻率及巡視力度。根據監測數據可知，污水箱涵段累計沉降最大值為-15.11 mm，施工情況良好，安全可控。

圖2 隧道重疊段沉降監測點位

圖3 下穿創新二路污水箱涵監測點位

我部對污水箱涵累計沉降進行了歸納，同時對累計沉降最大的Gxw00-03點沉降速率進行了歸納分析，如圖4和圖5所示。

圖4 污水箱涵最終累計沉降

圖5 Gxw00-03沉降速率分析

從以上累計沉降分析可知，通過在地表對箱涵四周進行預注漿加固及掘進參數的控制，盾構下穿施工完成后，箱涵累計沉降值在可控范圍之內；另外，從沉降速率分析可知，盾構在通過該位置1～3 d沉降速率較大，達到-1.47～-1.81 mm/d，通過采取及時進行二次注漿等措施，盾構通過6 d后，沉降基本達到了穩定，確保污水箱涵安全。

4.3 隧道重疊段施工及沉降情況總結

通過對下部隧道采用型鋼支撐、施工參數控制以及二次注漿控制等一系列措施，本區間出入段線安全順利完成重疊段施工。施工期間，掘進速度控制在20～30 mm/min，刀盤扭矩控制在4 000 kN·m以內，推力控制在20 000 kN以內，同步注漿量控制在6.5 m3/環，同時保持在盾尾后6環進行二次注漿，并加強地表及下部隧道管片收斂、拱頂沉降等監測，按時進行地表及隧道內巡視，確保了重疊段施工安全可控。根據監測數據知，重疊段地表累計沉降最大值為-23.05 mm，下部隧道拱頂沉降累計-3.58 mm，管片收斂累計2.82 mm，隧道內未新增管片破損或滲漏水等異常現象，總體情況安全可控。

4.4 學校大門段施工及控制措施

本區間出入段線下穿江西制造職業技術學院大門段前進行袖閥管預注漿加固，下穿施工過程中加強施工參數的控制，其中掘進速度控制在20～30 mm/min，刀盤扭矩控制在4 000 kN·m以內，推力控制在22 000 kN以內，同步注漿量控制在6.5 m3/環，同時保持在盾尾后6環進行二次注漿，并加強地表監測頻率及巡視力度，根據監測數據知，學校大門累計沉降最大值為-8.98 mm，施工情況良好，未出現傾斜或房屋結構損壞等異常現象，安全可控。

根據監測信息反饋，盾構下穿施工完成后，學校大門累計沉降滿足要求，安全可控；另外，從沉降速率分析可知，盾構在通過該位置1～3 d沉降速率較大，達到-1.11～-1.77 mm/d，盾構通過7 d后，沉降基本穩定，通過及時采取二次注漿等措施，有效控制了土體擾動引起的沉降。

4.5 商鋪段下施工及沉降情況總結

本區間出段線需下穿忠義路商鋪，下穿前沿房屋基礎四周施工了2排袖閥管進行預注漿加固，袖閥管間距為1 m，并對加固體進行了取芯檢測，同時對盾構影響范圍內的商鋪內人員采取臨時疏散措施；在下穿施工過程中加強了施工參數的控制，其中掘進速度控制在15～25 mm/min，刀盤扭矩控制在4 000 kN·m以內，推力控制在21 000 kN以內，同步注漿量控制在6.5 m3/環，保持在盾尾后6環進行二次注漿；同時增加房屋段地表及建筑物的監測頻率，每天不定時進行地表、房屋巡視，確保建筑物段施工安全可控。

盾構下穿完成后，根據監測數據得知，該位置地表及建筑物沉降穩定，建筑物累計最大沉降為-4.18 mm，商鋪未出現傾斜或房屋結構損壞等異常現象。我部對商鋪段建筑物累計沉降進行了整理，并選取了累計沉降最大JZ04-06點進行了沉降速率歸納，如圖6和圖7所示。

圖6 商鋪各測點最大累計沉降

圖7 JZ04-06沉降速率變化示意

從圖6累計沉降分析可知，通過在地表對相關建（構）筑物進行預注漿加固及掘進參數的控制，盾構下穿施工完成后，累計沉降滿足施工要求，有效保證了相關建（構）筑物安全；另外，從圖7沉降速率分析可知，盾構在通過該位置1～3 d沉降速率較大，達到-0.35～-0.88 mm/d，盾構通過7 d后，沉降基本達到了穩定，通過及時采取二次注漿等措施，有效控制了土體擾動引起的地表沉降。

4.6 淺覆土段的土體控制及盾構接收

4.6.1 淺覆土階段的土體控制

覆土較淺處盾構施工時，須嚴格控制盾構的掘進速度，減少對土體的擾動，同時加大同步注漿量，及時進行二次注漿，確保盾尾脫出管片后的間隙能得到及時的補充，以減小地表沉降量[4-6]。

與此同時，提前對覆土較淺處地表的建筑物基礎進行加固，通過預埋斜向袖閥管對建筑物基地進行加固，確保盾構通過時地表建筑物的穩定。

考慮到覆土較淺，盾構及管片由于淺覆土可能發生“上飄”現象，為抵消“上飄”的影響，盾構掘進時，盾構中心與隧道設計高程的偏差控制在-10 mm。平面偏差控制在±10 mm之內，還應加強地表監測及巡視，出現異常及時反饋。經監測分析，本次穿越淺覆土階段累計沉降最大為-19.3 mm，在可控范圍之內。

4.6.2 淺覆土階段盾構接收

1）對端頭地層進行加固。針對端頭地層性質，盾構端頭井加固采用φ600 mm旋噴樁，咬合150 mm以上。加固長度為8 m，深度為結構下方3 m，寬度為結構側邊3 m的范圍。加固后的土體應具有良好的均勻性、自立性、止水性，且無側限抗壓強度（28 d）qu≥0.8 MPa，滲透系數≤1.0×10-7cm/s。

2）端頭地層加固施工完畢后，對加固區域進行垂直取芯并在洞門處均勻布置數個水平探孔，用以檢測加固效果。遇問題及時進行補充加固，確保盾構進、出洞的安全。

3）做好洞口防水密封。盾構進出洞時，預先安裝洞門圈預埋鋼環，簾布橡膠板以及折葉式壓板等洞門密封裝置，并確保其能有效使用。

4）盾構接收時，在刀盤推出隧道后立即將洞門密封的折葉式壓板用鋼絲繩牢固地捆綁在盾殼上，在刀盤推出洞門前一環開始采用快硬性水泥+水玻璃雙液漿對盾尾空隙進行回填。

5）對到達洞口的20環管片采用14b#槽鋼通過管片吊裝孔進行拉緊，確保在盾構反推力較小的情況下，管片環間的縫隙不至于加大，避免管片間因密封失效而發生滲漏。

6）加強盾構在始發和到達段的掘進控制。控制好盾構姿態，在保證出渣量正常、同步注漿回填密實的前提下，盡量快速完成盾構的出洞與進洞。同時，考慮到由于已對端頭地層進行了加固處理，地層物理力學性質發生了改變，掘進時防止盾構姿態突然變化。

5 結語

通過對南昌軌道交通1號線艾溪湖東站—瑤湖定修區間盾構施工過程中穿越污水箱涵、艾溪湖東站—太子殿站區間隧道及聯絡通道，以及小半徑隧道下穿越江西制造學院大門、側穿實驗樓、實習車間、忠義路淺基礎多層商鋪、淺覆土段等多風險源的控制及分析總結，確定了盾構機掘進的各項參數和盾構掘進過程監測頻率的控制，并在盾構機掘進過程中及時對盾構掘進各項參數及監測分析數據進行反饋，制定了相應的應對措施。最后，在盾構掘進過程中，按設定的技術、監控方案實施監控和管理，使盾構安全穿越多風險源區段，順利到達瑤湖定修井段。