盾構(gòu)極限坡度極限半徑連續(xù)穿越建筑物施工技術(shù)

李彥輝（中鐵十八局集團有限公司，天津300222）

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盾構(gòu)極限坡度極限半徑連續(xù)穿越建筑物施工技術(shù)

李彥輝
（中鐵十八局集團有限公司，天津300222）

[摘要]伴隨著盾構(gòu)法施工在城市地鐵隧道中的廣泛運用，盾構(gòu)法施工面臨的環(huán)境也越來越復雜，對其施工技術(shù)的要求也越來越高。本文以天津地鐵三號線水上北路站——吳家窯站盾構(gòu)區(qū)間的施工為例，對這一工程進行了概括并對工程的具體施工過程進行了詳細分析。就極限坡度極限半徑連續(xù)穿越建筑物的施工技術(shù)開展了探討，以期形成進一步的深化認知。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)法；極限坡度；極限半徑；連續(xù)穿越建筑物

伴隨著城市化進程的加快以及社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，僅僅依賴地面交通已經(jīng)無法滿足廣大人民對交通量的需求。在這一需求的推動下，大多數(shù)城市逐步將目光轉(zhuǎn)向地下，開始加大地下交通的發(fā)展力度與深度。盾構(gòu)法正是在這一背景下迅速發(fā)展起來的一項施工技術(shù)。在進行軌道交通線路的選擇時，由于受到城市規(guī)劃與建筑物自身的限制，軌道交通的線形呈現(xiàn)越來越復雜的趨勢，在30‰的極限坡度、300米的極限半徑條件下，盾構(gòu)連續(xù)穿越建筑物的技術(shù)性、安全性、科學性、可靠性成為值得關(guān)注的研究議題。

圖1 施工方案流程圖

一、工程簡介

天津地鐵三號線六標段水上北路站——吳家窯站區(qū)間基本情況如附表1所示。

另外需注意的是：這一區(qū)間左線盾構(gòu)施工時，需要穿越的河流、建筑物包括衛(wèi)津河、天塔湖、平山里、建國樓、德才里、氣象里，并且需要連續(xù)穿越15座居民樓（居民樓間距最大34.62米，最小13.64米，建筑物于20世紀70年代修蓋，多數(shù)是連體樓。）

在工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件方面，呈現(xiàn)的主要特征如附表2所示。

二、施工方案及其具體實施過程

（一）盾構(gòu)穿越建筑物時施工方案的制定

綜合考察及分析發(fā)現(xiàn)，天津地鐵三號線六標段水上北路站——吳家窯站區(qū)間左線施工的重點與難點體現(xiàn)在：第一，要求盾構(gòu)在極限半徑極限坡度下連續(xù)穿越建筑物群；第二，所需穿越的建筑物群基礎差、結(jié)構(gòu)差；第三，地質(zhì)條件相對惡劣，對施工極為不利。

圍繞施工的重點與難點，從施工的具體實際出發(fā)制定了如下施工方案流程圖：

（二）盾構(gòu)穿越建筑物具體施工過程

具體施工時，施工質(zhì)量與盾構(gòu)推進、管片破損及滲漏水情況、盾構(gòu)上方不同深度處土層的垂直位移量等直接相關(guān)。影響這些質(zhì)量的主要指標包括：（1）盾構(gòu)推進土壓力；（2）推進油缸行程；（3）同步注漿壓力及注漿配合比；（4）鉸接油缸行程；（5）轉(zhuǎn)彎及變坡過程中油缸行程差的設定等。因此，施工過程中主要指標的相關(guān)操作與控制要點具體如下：

1.盾構(gòu)推進速度

就土體而言，在實際施工中推進速度過快/過慢均會產(chǎn)生很大程度的擾動，因此，為降低這一因素的不利干擾，要以盾構(gòu)機整體性能為依據(jù)，確保掘進速度的提升是建立在推進盾構(gòu)速度，同時滿足了掘進土壓力、同步注漿速度需求基礎上的，進而將對橋樁基的影響降到最低。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，盾構(gòu)推進過程中為最大程度地減小其在小半徑環(huán)境中的推進壓力，避免造成管片錯臺及破損，因此盾構(gòu)推進時速度不能過大，適宜的推進速度應以勻速20～30mm/min為宜。

2.盾構(gòu)穿越建筑物時同步注漿及二次注漿壓力和注漿量的確定

（1）同步注漿

鑒于水泥砂漿具有極佳抗地下水侵蝕能力、高結(jié)石率、良好耐久性等優(yōu)點，因此，注漿材料選用水泥砂漿。針對地下水會造成襯砌結(jié)構(gòu)腐蝕的地段，為提升注漿結(jié)石體的耐腐蝕性能，應選用抗硫酸鹽水泥。同步注漿漿液的主要物理性能應滿足的指標具體有以下幾個方面：

①膠凝時間：膠凝時間通常維持在3～10h，根據(jù)本標段過建筑物時的需要，其實際膠凝時間在不超過4h，通過凝膠時間的縮短，進而促進建（構(gòu)）筑物的沉降。②固結(jié)體強度：固結(jié)體強度的強度通常在0.1MPa及以上，其平均強度應達到0.45MPa。28天的強度應在5MPa及以上，平均強度達到6.5MPa。③漿液結(jié)石率：漿液結(jié)石率應超過95%。④漿液稠度：漿液稠度應保持在8～10cm/m為宜。

在同步注漿過程中，根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況對注漿壓力、注漿量與注漿速度予以確定。本區(qū)段根據(jù)深度、土層性質(zhì)與地下水位，確定注漿壓力在0.3MPa，綜合考慮上方建筑物的重力影響，在盾構(gòu)穿過建筑物時其注漿壓力維持在0.35～0.5MPa。本區(qū)間盾構(gòu)機每掘進一環(huán)，其盾尾的脫空量為（參考盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范）：。根據(jù)盾構(gòu)在極限坡度與極限半徑中的糾偏過程，本區(qū)間隧道每環(huán)注漿量在3.08m3- 5.92m3，但實際產(chǎn)生的空腔比理論要大，因此確定適宜的盾構(gòu)同步注漿量為8- 10m3。

（2）二次注漿

二次注漿的運用多在穿越筑物或地下管時段。一般而言，二次注漿在盾尾脫出5- 10環(huán)后進行，具體注漿量的多少要依照沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)來進一步確定。選取雙液漿實施二次注漿，并根據(jù)地層變形觀測等實際情況確定二次注漿的位置、壓力與壓入量。通常二次注漿壓力維持在0.5MPa，而漿液材料、配比與注漿壓力應嚴格根據(jù)設計文件執(zhí)行。

3.盾構(gòu)穿越建筑物時土壓力的判定

P1（土壓力）的計算分兩種情形：淺埋隧道、深埋隧道。詳細計算如下：

（1）H＜2D時，定性為：淺埋隧道。這種情況下，上覆水土產(chǎn)生的壓力全部作用在開挖面上。計算公式為：。公式中各字母的含義為P1：土壓力，φ：摩擦角，γ：土的容重，h：刀盤中心至土體面的高度。（注：H：隧道埋深，D：盾構(gòu)外徑。）

（2）H＞2D時，定性為：深埋隧道。這種情況下，土體會在隧道上方形成拱效應，以致于上部土體產(chǎn)生的土壓力不會像淺埋隧道一樣完全作用于開挖面。土壓力計算按太沙基理論公式計算；當盾構(gòu)穿越建筑物時，土壓力的計算均按淺埋隧道來算。按公式計算土壓力，可得：P1=（1- sin200）×0.019×16=0.20MPa由此計算結(jié)果，預先判定土壓力在0.20- 0.24MPa范圍。（注：H：隧道埋深，D：盾構(gòu)外徑。）

需要注意的是：在盾構(gòu)機掘進過程中，由上述一系列計算得到平衡壓力設定值，在實際施工中還應根據(jù)盾構(gòu)機所處方位、地表監(jiān)測情況、土層狀況等予以適當調(diào)整。綜合考慮到過建筑物時建筑物本身重力造成的影響，進而確定本標段過建筑物實際土壓力設定為0.25- 0.35MPa。

4.大坡度小半徑環(huán)境時盾構(gòu)控制與姿態(tài)調(diào)整

當盾構(gòu)進入到大坡度小半徑的環(huán)境中時，應對盾構(gòu)機姿態(tài)進行嚴格控制，對推進偏差做出及時的糾正。在此過程中，需要重點做到以下幾個方面的問題：（1）及時根據(jù)掌子面地層情況對推進參數(shù)進行調(diào)整，在推進方向調(diào)整過程中要設置限制值與警戒值。（2）為防止管片局部發(fā)生開裂或者破損，應在推進油缸油壓時做到慢調(diào)、少量。（3）在盾構(gòu)機激光導向系統(tǒng)的指引下開展推進、糾偏等工作。（4）盾構(gòu)機每推進一環(huán)的糾偏量≤5mm。（5）蛇形修正及糾偏時應緩慢進行，勤糾、緩糾。（6）有效運用超挖刀調(diào)整開挖面阻力，實現(xiàn)糾偏（這一方法在調(diào)整盾構(gòu)機推進油缸編組的方式不能實現(xiàn)糾偏目標時采用）。（7）在盾構(gòu)機推進過程中，通過調(diào)整推進油缸使盾構(gòu)機縱坡盡量接近隧道縱坡，在下坡的過程中盾構(gòu)機姿態(tài)為稍仰頭姿態(tài)。

5.監(jiān)控量測

盾構(gòu)推進過程中，有可能由于施工需要，會造成隧道附近原有構(gòu)筑物、管線等變形，甚至毀壞現(xiàn)象。基于此，在盾構(gòu)推進施工時對距隧道30米以內(nèi)的原有構(gòu)筑物要進行沉降監(jiān)測。監(jiān)控點直接在構(gòu)筑物外墻（樁）正負零以上10～15厘米處布設，測點間距8～12米左右。隧道沿線需要監(jiān)測的建筑物較多，在穿越樓群過程中，隧道埋深在15米～- 21米。每棟樓房平均布點8～10個，共布點147個左右。同時，除了對構(gòu)筑物開展沉降監(jiān)測工作之外，還應注意對處于隧道30m范圍之內(nèi)的原有建筑物開展裂縫觀測、記錄及量度操作。

城市化進程帶動了地鐵建設的飛速發(fā)展，而城市施工由于多方限制還不能完全跟上這一發(fā)展節(jié)奏，這就為本施工技術(shù)的應用與推廣提供了廣闊空間。通過以上研究與分析，可以發(fā)現(xiàn)：第一，土體擾動的影響程度主要由盾構(gòu)機推進速度、注漿控制等因素決定；第二，盾構(gòu)通過該工程施工區(qū)域后，盾構(gòu)穿越對建筑物的影響十分小。研究中存在的不足主要體現(xiàn)為：僅對特定工程（天津地鐵三號線六標段水上北路站——吳家窯站區(qū)間）進行了研究，具有一定局限性。同時可以展望：盾構(gòu)施工研究重點將向如何最大限度減少盾構(gòu)施工對附近建筑物的影響方向偏移。

參考文獻：

[1]吳濤.大坡度并小半徑曲線盾構(gòu)連續(xù)穿越建筑群沉降施工控制[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2013，11（40）：76- 80.

[2]住房與城鄉(xiāng)建設部科技發(fā)展促進中心.GB50446- 2008盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

附表1 天津地鐵三號線六標段水上北路站——吳家窯站區(qū)間基本情況表

附表2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件特點表

[中圖分類號]TU

[文獻標識碼]A

[文章編號]1673- 0046（2016）1- 0153- 03