盾構直接截樁穿越建筑物樁基施工技術

丁偉鑫

摘 要：文章以某城市地鐵盾構隧道與既有建筑物樁基相沖突的工程實例，闡述了特殊條件下，不做樁基托換，采用盾構機直接截樁穿越建筑物樁基的關鍵技術措施，最終在確保建筑物安全的同時，成功地解決了制約整條地鐵線路通車的關鍵難題。

關鍵詞：盾構；截樁穿越；建筑物樁基

中圖分類號：U457 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0130-02

Abstract： This paper illustrates the key of a metro shield tunnel in a city that conflicts with a building foundation. The key to using a shield machine to directly cross a building pile foundation without a pile foundation under special conditions is described. Technical measures， while ensuring the safety of buildings， have successfully solved the key problems that constrain the opening of the entire subway line.

Keywords： shield； pile-cutting crossing； building pile foundation

當前國內的許多先進城市已經跨進了修建城市地鐵的進程，在已經建成或在建的地鐵線路上，廣泛存在地鐵線路與建（構）筑物樁基相沖突的現象，通常情況下是通過調坡、調線避開，或先進行樁基托換加固處理后再掘進通過。但當區間首尾站位已經確定并已基本建成，線路難以調整或繞行，而建筑物業主拒絕配合進行樁基托換或藉此索要超高額賠償的情況下，如何在滿足地鐵穿越施工的同時將其對建構筑物的影響降至最低是擺在廣大工程技術人員面前的一道難題。

1 工程概述

某城市地鐵盾構隧道從一棟九層住宅樓下部通過，該住宅樓為框架結構，共布φ1200mm人工挖孔樁61根，柱間距為3.5m～5m不等，樁與柱的關系為一柱一樁（無地梁），樁身砼為C25，樁長16m～28m不等（樁鋼筋籠長度為承臺下9m，下部為素砼），樁端持力層均為中風化泥質粉砂巖且深入中風化巖層不少于2m，為摩擦端承樁。盾構隧道下穿該住宅樓段埋深約22.3m，其中的20根樁基不同程度的受到隧道施工的影響，樁底位于隧道上方的有4根樁基，樁身傾入隧道斷面的共有16根樁基。

區域地質條件：

根據詳勘和補堪資料揭露，盾構隧道穿越九層住宅樓地段時左線隧道上斷面一小部分斷面穿過〈9〉微風化泥質粉砂巖地層，中下部斷面穿過〈7〉、〈8〉強～中風化泥質粉砂巖地層。右線隧道穿過〈8〉、〈9〉中～微風化泥質粉砂巖地層。洞頂為〈5-1〉可塑狀粉質粘土、〈5-2〉硬塑狀粉質粘土、〈6〉、〈7〉、〈8〉全～中風化泥質粉砂巖地層。

2 樁基處理方案

2.1 原設計方案

原設計方案采用樁基托換法處理（樁梁式被動托換），共增加Φ1200mm新樁15根、Φ1800mm新樁8根，并在主、次梁之間設置600mm厚的樁頂蓋板將所有托換體系連成整體，通過主、次梁組合形式將原樁荷載傳遞至新承臺后，再經新承臺傳至區間隧道兩側的托換新樁上。此設計方案已經市建設科技委的專家評審通過，但因建筑物業主拒絕配合進行托換加固，借此機會索要超高額賠償，使得工程無法繼續進行，直接制約到整條地鐵線路的開通。

2.2 設計方案優化

由于建筑物業主拒絕配合進行樁基托換施工，原方案無法實施，且區間首尾站位已經確定并已基本建成，經過設計線路調整（線路下調5m）之后，仍有11根樁基傾入隧道范圍，以及9根樁基樁底位于隧道上方。為積極推動該工程項目的進展，地鐵業主提出了“不做樁基托換直接截樁通過”的方案設想，并委托某大學就不做樁基托換直接截樁通過方案進行技術分析。經計算分析，地鐵隧道截樁通過或樁底在持力層中穿越施工后，按純摩擦樁（不考慮樁端阻力）計算仍能夠滿足承載力的要求，直接截樁通過方案在技術上可行。于是，確定采用不做樁基托換，將區間線路下調5m，采用盾構機刀盤直接截樁通過該九層住宅樓的方案。

3 關鍵技術措施

3.1 建筑物安全鑒定

在掘進前，收集周邊建（構）筑物的原始監測數據，并委托第三方對建筑物進行安全鑒定和監測。對建筑物的裂縫狀況，在盾構推進前作詳細調查摸底，掘進施工過程中定期巡視檢查。對已經存在的裂縫，施工前必須會同有關各方現場檢查，并作文字、拍照、錄像記錄。

3.2 刀具更換

根據對該住宅樓區域地質情況和樁基情況的綜合分析，住宅樓段盾構區間隧道穿越<7>強風化混合巖、<8>中風化混合巖、<9>微風化混合巖地層，以<8>、<9>地層為主，單軸抗壓強度達9.3～29.5Mpa，傾入隧道的樁基為C25砼。為減小在住宅樓底換刀機率，防止刀具帶病作業，在過住宅樓前需先選擇適當位置進行刀具、刀盤檢查及更換，換刀后盾構機將掘進通過住宅樓。

3.3 系統檢修

在檢修刀具的同時，要對盾構機的液壓、電氣、水循環、潤滑、注脂、注漿、泡沫、鉸接等系統進行檢修。

3.4 掘進參數管理

（1）盾構姿態調整。在盾構掘進至距建筑物50米處，先對盾構姿態進行一次調整，對地下導線控制點進行嚴密復測；在盾構掘進至距建筑物10米處，對盾構姿態進行全方位檢查調整，對地下導線控制點再進行嚴密復測，嚴格平差，對盾構機導向系統重新進行調試，以確保盾構機掘進至樁位時，以正確的姿態，按隧道設計軸線方向順利掘進。（2）掘進模式管理。根據住宅樓區域范圍地層分布，區間隧道在住宅樓區域位置穿過<7><8><9>強～微風化灰砂巖地層，盾構穿越地層自穩性較好，但由于地層具有較強的粘性，容易形成泥餅，因此該段采用氣壓平衡模式掘進。（3）土壓及出渣量控制。盾構機在穿越住宅樓掘進中按氣壓平衡模式掘進，并用改良好的渣土充滿土倉實測水土壓力驗證計算值而設定土壓，保證土倉的土壓力足以平衡開挖面的壓力，達到有效控制建筑物和地層沉降的目的。掘進時嚴格控制每環出渣量，防止因出渣量過多造成刀盤前方土體損失過大引起地層失穩、坍塌。（4）推力、刀盤轉速及掘進速度控制。為最大程度的降低截樁施工對樁基礎的擾動以及控制施工震動，盾構到達住宅樓段后，首先減小推力和降低推進速度，并提高刀盤轉速，控制出土量并時刻監視土倉壓力值，避免較大的地表隆陷。到達樁基礎前1環，進一步降低盾構掘進推力，掘進推力維持在1000t左右，刀盤轉速1.8～2.0r/min，掘進速度控制在20～30mm/min，截樁階段要密切關注盾構推進系統的推進速度和推進壓力以及掘進出土情況。（5）渣土改良。截樁過程中要每天進行渣土性質分析，嚴密監視渣土的成分變化，判斷前方地層情況，及時調整掘進參數。對渣土中不同成分土粒含量也要進行認真分析、研究，掘進時加入足量的泡沫劑和水進行充分的渣土改良，每環泡沫劑（主要向切割表面注入）加入量不少于35L，避免刀盤前方形成泥餅。（6）同步注漿。在穿越住宅樓掘進時，應及時、連續、足量進行環向雙液注漿，注漿時遵循“同步注入，快速凝結，信息反饋，適當補充”的原則。考慮到盾構隧道施工過程中運輸機車以及后續地鐵運營均存在震動效應問題，盾構掘進過程中同步注漿擬采用快速凝固而產生強度的雙液混合型同步注入漿液進行填充洞身中下部的環形空隙。并在施工和運營階段分別安裝減震道床，以降低盾構施工過程運輸及后續地鐵運營期間所產生的震動對居民生活造成的影響。

3.5 預防泥餅的措施

盾構機穿越易結泥餅的<7>、<8>、<9>泥質粉砂巖地層時，盾構機掘進時就可能會在刀盤特別是刀盤的中心部位產生泥餅，當產生泥餅時，掘進速度急劇下降，刀盤扭矩也會上升，大大降低開挖效率，甚至無法掘進。施工中采取的主要技術措施為：（1）通過刀盤不同高度位置的3個泡沫注入孔向掌子面直接注入適量的泡沫，減小碴土的黏附性，降低泥餅產生的幾率。泡沫的潤滑作用能增加刀盤中心粘性土的流動性，減小土倉中堵塞又可以有效的防止刀盤中心泥餅的產生。（2）為防止結泥餅，盡可能將土壓平衡掘進模式改為采用土倉頂部（1/5-1/6倉位）氣壓平衡模式掘進。（3）必要時螺旋輸送機內也要加入泡沫或泥水，以增加碴土的流動性，利于碴土的排出。

3.6 防止地層沉降措施

（1）維持土倉內壓力平衡。控制螺旋輸送機出土量與掘進速度的關系。分析洞外、洞內監測數據，通過分析土樣，判斷圍巖變化，反演地層特性，調整土倉中的設定平衡土壓力。（2）保證線性準確。在地層軟硬不均，一側有樁基障礙及坡度變化的情況下盾構掘進時易發生方向偏差，因此應嚴格控制盾構機的姿態，并正確糾偏修正蛇行，以免產生過大的地層損失而引起地層變形，正確地選用左右轉彎環管片及其轉彎環管片的拼裝點位是保證盾構在正確方向掘進的重要措施。（3）及時、足量注漿。保證注漿數量不小于1.8倍理論空隙，必要時要進行二次注漿。環形間隙充填不夠、結構與地層變形不能得到有效控制或變形危及地面建筑物安全時、或存在地下水滲漏區段，必須通過吊裝孔對管片背后進行補充注漿。

3.7 建筑物下沉及傾斜監測

為如實準確反應盾構截樁穿越建筑物時地表沉降情況，盾構機在進入住宅樓前，對其建筑物結構進行全面測量，取得原始數據。建筑物變形測量應在盾構機開挖面附近，每天進行及每周進行后期觀測直至沉降穩定。當測量值變化較大時，應增加觀測頻率，如現場條件允許時可采用自動記錄儀和警報裝置。在具體施工過程中，做到二十四小時監測，做到實時了解建筑物出現沉降、傾斜等，并將測量的結果反饋到施工中，指導施工過程的進行。盾構施工時根據建筑物情況在建筑物上面每個角部以及中部各設置一個觀測點，以觀測其位移和傾斜等。

4 結束語

在建筑物業主拒不配合進行樁基托換施工，且區間首尾站位已經確定并已基本建成，線路經過多次調整仍未能完全避開該建筑物樁基的特殊情況下，通過采用上述多種施工技術措施進行綜合控制，最終兩臺盾構機均順利的穿越了該建筑物，成功的解決了制約整條地鐵線路通車的關鍵難題。根據過程中的監測及地鐵運營后的跟蹤監測，該建筑物的沉降及震動均在可控范圍，未對上部建筑物居民造成不良影響。

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