福州地鐵盾構穿越密集棚戶區施工技術

江治宇

(福州市城市地鐵有限責任公司 福建福州 350025)

引 言

福州1號線達道站～上藤站區間線路出達道站后沿達江路往南走行。上藤站～豎井段隧道上行線里程SK14+108.133至SK13+898.830(209.303m)，下行線里程XK14+108.133至XK13+885.570總長220m，棚戶區隧道邊線兩側25m影響區范圍內共有約100棟房屋，其中混凝土結構樓房約11棟，磚結構房屋9棟，磚木結構房屋約80棟。混凝土結構樓房為條形基礎，房屋情況較好，風險較小;磚、木結構房屋基礎主要為磚石基礎，年代較久，大多已破敗不堪，房屋分布如(圖1)所示。棚戶區段地質情況，從上至下主要為，雜填土層、粘土層、強風化巖層，隧道覆蓋厚度約為15～20m，盾構穿越地層主要為散體狀強風化花崗巖少部分殘積土。隧道穿越段地下水含水層介質、水動力特征及其賦存條件，場地范圍內與工程有關的地下水主要為松散類孔隙潛水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。

為減少因房屋受盾構影響產生民事糾紛的事情發生。地鐵公司項目部采取了房屋現狀鑒定、壁后注漿、地面監測幾種措施，最終盾構順利通過該區域，以下筆者就與大家分享該區域盾構施工的部分經驗。

1 房屋鑒定

在盾構通過該段房屋之前，首先對盾構通過區域一定范圍內的房屋進行房屋現狀鑒定。房屋現狀鑒定的目的是了解盾構施工對周邊民宅造成影響情況。鑒定方法是對指定的周邊民宅進行動工前的裂損檢測及施工完畢后的裂損檢測，根據施工前后兩次的裂損檢測結果，評估地鐵施工對民宅造成的影響。鑒于地下施工對周邊影響有個衰減范圍，經過各方論證，本次鑒定房屋的范圍為棚戶區隧道邊線兩側25m影響區范圍，該范圍內共有約100棟房屋，其中混凝土結構樓房約11棟，磚結構房屋9棟，磚木結構房屋約80棟。混凝土結構樓房為條形基礎，房屋情況較好;磚、木結構房屋年代較久，大多已破敗不堪，個別明顯傾斜，存在較大破壞風險。由于所檢房屋均在使用中，因此除非住戶特別要求，對構件的裂損檢測僅限于粉刷層表面。鑒定內容包括房屋建筑概況、結構形式，對受檢房屋的所有裂損進行文字記錄，包括裂縫位置、長度、最大裂縫寬度或損傷情況并拍照。另外對受檢房屋進行典型裂縫檢測，挑選二條裂縫，進行詳細檢測，測繪裂縫分布位置、裂縫起止位置、特定位置的裂縫寬度并于裂縫處標注記號，以供后續監測或施工完成后的二次檢測對比使用。通過盾構前房屋鑒定，地鐵公司基本掌握了地面房屋結構現狀，為一旦出現險情導致民事糾紛取得了原始依據。

圖1 房屋與隧道關系示意圖

2 壁后注漿

壁后注漿包括同步注漿，同步注漿與盾構掘進同時進行，是通過同步注漿系統及盾尾的注漿管，在盾構向前推進盾尾空隙形成的同時進行，同步注漿是控制地表沉降、管片上浮和管片錯臺的重要措施。同步注漿一般為四組對稱分布，掘進過程中應按照對角選擇兩組注漿孔位進行壓注漿液，并交叉進行確保漿液注入地層的均勻性。注漿材料具備以下性質:不發生材料離析、不喪失流動性、注漿后的體積變化小且盡早達道圍巖強度以上、水密性好。本次穿越棚戶區采用可硬性漿液，考慮到水泥的水化反映非常緩慢，為此本次注漿同時加入水玻璃作為速凝劑以加快漿液的凝固時間。同步注漿壓力要求在地層中的漿液壓力大于該點的靜止水壓與土壓力之和，做到盡量填補空隙而不會劈裂。注漿壓力如果過大，管壁外面土層將會被漿液擾動而造成地表隆起，淺埋地段還容易造成跑漿;而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不飽滿，會使地表沉降增大，本次同步注漿壓力比相應靜止水壓與土壓力之和要大0.4MPa。本次同步注漿根據理論計算，單環管片 和圍巖土體間的施工空隙體積為3.34m3，按以往施工經驗，要達到較好的填充效果，至少應保證注漿量在120% ～180%之間，即每環注漿量在4.01～6.01m3之間，本區間巖體中裂隙發育劇烈，注漿量可取理論間隙值的150%，即5m3/環，盾構通過以后實踐證明，該措施基本取得了良好效果，盾構推進時候，盾構機穿過地表上方極少產生超出報警值的沉降或者隆起。

3 二次壁后注雙液漿

盾構在掘進過程中，為有效控制地面沉降，防止管片上浮及隧道滲漏等情況，應及時對管片進行二次壁后注漿工作，以提高同步注漿的效果，補充部分未充填的空腔，提高管片背后土體的密實度。二次注漿的位置一般選擇在脫離盾尾之后的管片，出于對盾尾及刀盤的保護一般選擇在盾構臺車之后或離盾尾更遠的距離進行，其注漿的孔位一般根據隧道的后期沉降或隧道滲漏點進行確定，無確定的執行標準。二次注漿充填時間滯后于掘進一定的時間，對圍巖起到加固和止水的作用。本次注漿材料采用雙液漿 ，盾構穿過地表有棚戶區的地段，經過理論計算與實踐論證采取整個區間隧道管片每隔5環注一環全斷面雙液漿形成環箍。注漿范圍為管片全斷面外擴1.5m，二次注漿過程中以注漿壓力控制，注漿壓力一般為0.3～0.5MPa，同時要防止壓力過高對地層的過大擾動。實踐證明在盾構機通過棚戶區后，將近兩個月內，地表沉降未能超過警戒值，充分肯定了二次注漿的良好效果。是否有必要增加我司將在后續繼續委托第三方對該處地段的沉降進行跟蹤監測。

4 土倉壓力控制

圖2 地表沉降與土倉壓力關系

本次穿過上藤棚戶區地段，大部分是風化巖石地段，同時存在32m的殘積土層地段，該段地面穩定性相對較差，盾構施工時必須控制好盾構土倉壓力。土倉壓力大小與掌子面穩定性密切相關，當土倉壓力較小時，掌子面很容易坍塌失穩，造成水土流失過多，導致地面沉降發生。關于土倉壓力與地表變形的關系，西南交大曾經做過相關實驗，設定前方水壓力0.2MPa，土壓力0.12MPa，當土倉壓力增長至0.3MPa時，此時土倉壓力與掌子面前方的水土壓力相當接近，地層變形明顯較小，地表只有很小的變形。當土倉壓力變為0.4MPa時，此時由于土倉壓力大于掌子面前方水土壓力，地表出現了微弱隆起。土倉壓力為0時，地表沉降最大，如(圖2)所示。本次盾構穿過風化巖區域，有土層自穩能力較好，土倉壓力很小，基本為0.1Mpa，而穿過殘積土地層經過多次論證實踐，采取略低于水土壓力和取值，約0.2MPa，最終盾構過程中刀盤部位地面未發生嚴重沉降或隆起現象。

5 工程監測

工程監測是貫穿整個盾構施工的另一關鍵措施，通過監測可以及時掌握地表及建筑物的變形情況，一旦發生險情，為采取相應的補救措施提供了強有力的保證。本區間盾構棚戶區段地面房屋均老式木結構和磚瓦結構為主，并為群體式，監測難度大;由于房屋密集、布局雜亂影響，監測通視線路狹窄，大部分區域需多次轉點。受棚戶區的實際情況影響，其中約一半監測點位于房屋下部，無法進行布點，由于盾構通過之前已經對房屋進行現狀鑒定，而現場房屋大部分狀況較差，因此現場僅僅對部分相對較好的房屋進行了房屋傾斜監測。

本次監測內容包括:

(1)地表隆降，監測的目的是預測施工引起地表和土體變形，根據地表變形發展趨勢和周圍建筑物情況，決定是否需要采取保護措施.盾構正常掘進時監測頻率為2次/天，根據施工情況加強監測頻率。

(2)周圍建(構)筑物沉降監測，點位埋設選用建筑物原有測點;新布測點主要設立在房角、承重墻、立柱上。

(3)隧道拱頂沉降監測。

本次監測成果有日監測、周監測、月監測、累計監測。限于篇幅要求，以下列出盾構穿過后一個月的累計沉降數據，如(表1):

從表中可以看出，本監測周期中，SDC09、SDC12周變化量大，SDC12累積量最大其他數據周變化量、月變化量及累計變化量均不大。縱觀各項觀測數據，其延續性一致，表明觀測所用儀器工具性能良好，基準點穩定。在本觀測周期內，各項觀測技術指標均達到國家規范要求，成果可靠。另外通過對部分房屋傾斜數據分析，房屋傾斜變形處于規范要求范圍之內，表明房屋基本未受盾構通過影響。

表1 過棚戶區監測數據

本文介紹了在地鐵區間穿過區域上部存在房屋的情況下，盡可能采取盾構法穿越，盾構法穿越相對爆破法震動小，對上部房屋結構影響較小。在選擇盾構法穿越地上結構之后，為了盡量減少地面沉降或隆起導致房屋破壞，本文提出控制土倉壓力、同步注漿以及二次注漿、工程監控監測、對房屋事先的現狀鑒定等主要的措施。通過以上措施，盾構機順利穿過了棚戶區域，并未產生重大超預警沉降，保障了地鐵的有序施工，也保護了周邊居民房屋的安全。

[1]盧金岳.福州地鐵1號線達道－上藤區間勘察報告[R].浙江省工程勘察院.2010.1.

[2]鮑綏意.盾構技術理論與實踐[M].中國建筑工業出版社.2012.5.

[3]王士民.福州地鐵越江盾構隧道科研進展報告[R].西南交通大學.2014.12.