盾構(gòu)下穿既有建筑物的控制技術(shù)

閆瑞華

摘要：在城市軌道盾構(gòu)法施工中，盾構(gòu)不可避免地需要下穿既有建筑物，需要做好既有建筑物的保護工作。文章以實際工程為例，對工程控制重難點和建筑物沉降變形控制總體方案進行了介紹，對掘進中的主要控制措施進行了詳細的探討，可供參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)施工；下穿既有建筑；袖閥管

1.工程概況

石家莊地鐵3號線水上公園站-柏林莊站區(qū)間位于聯(lián)盟西路，呈東西走向，后右轉(zhuǎn)彎至中華北大街路下，呈南北走向，采用盾構(gòu)法施工。線路縱斷面呈v字形坡，最大坡度25‰。起始里程為DK1+852.613，終點里程為DK3+253.316，區(qū)間右線全長1400.703m，左線全長1426.367m（含長鏈25.664m）。區(qū)間隧道在左DK2+274.323（右DK2+300.000）處設(shè)1號聯(lián)絡(luò)通道，在左DK2+777.743（右DK2+800.955）設(shè)2號聯(lián)絡(luò)通道，與排水泵房合建。

區(qū)間埋深10～18m，隧道底部高程47.211～60.576m。本工程選用鐵建重工生產(chǎn)的直徑6250mm土壓平衡盾構(gòu)機根據(jù)本標段密實砂層地質(zhì)、掘進長度1.4km、小半徑曲線等特性，針對性地設(shè)計并選用了鐵建重工ZT6250土壓平衡盾構(gòu)機。

2.工程控制重難點

盾構(gòu)小半徑曲線段穿越8棟老舊房屋，施工難度大。重點是控制地面沉降。本區(qū)間隧道曲線半徑350m，在小半徑曲線上施工，盾構(gòu)掘進方向控制難，管片襯砌拼裝精度控制難度大。且在曲線段穿越建筑物密集區(qū)，特別是聯(lián)強小區(qū)，高柱小區(qū)為老舊建筑物，磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，給盾構(gòu)掘進施工和建筑物的安全保護造成了相當大的難度，需要從掘進控制，設(shè)備完好保障，注漿，監(jiān)控量測等方面進行嚴格管控。

3.建筑物沉降變形控制總體方案

穿越前劃定穿越建筑物的影響范圍。一般穿越建筑物影響范圍為2H（H-隧道埋深），隧道在建筑物位置埋深為16～18m，即34m（28環(huán)）。為了確保盾構(gòu)機下穿建筑物安全。界定盾構(gòu)機下穿建筑物的影響范圍為：盾構(gòu)機到達建筑物前20環(huán)+盾構(gòu)機通過建筑物長度+管片脫出盾尾后40環(huán)。

在穿越前做好“人-機-料-法-環(huán)”的準備工作和組織措施，應(yīng)急預(yù)案演練。穿越中嚴格執(zhí)行試驗段確定的掘進措施，保證連續(xù)、勻速通過建筑物，并根據(jù)監(jiān)測反饋調(diào)整相關(guān)掘進參數(shù)。穿越后為了防止后期沉降，采取小導(dǎo)管加固土體，避免后期固結(jié)沉降。

4.掘進中的主要控制措施

4.1地表加固方式

在進行地表加固時，采用袖閥管注漿加固建筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)地層，注漿導(dǎo)管采用Φ48×4mm的塑料袖閥管。距離建筑物邊墻2m

位置布置第一排，共3排，間距1.414×1m，梅花形布置。袖閥管以45°角深入基礎(chǔ)下部進行注漿。袖閥管打設(shè)位置可根據(jù)現(xiàn)場障礙物情況稍作調(diào)整，同時施工前應(yīng)詳細調(diào)查建筑物基礎(chǔ)情況，避免對建筑基礎(chǔ)造成破壞。袖閥管注漿漿液采用普通水泥漿液，注漿壓力為0.4～0.8MPa，每段注漿長度66～70cm，注漿擴散半徑按經(jīng)驗取值為0.5m。地層孔隙率0.46，漿液填充系數(shù)取0.8，漿液損耗系數(shù)1.15，注漿水灰比參照端頭加固經(jīng)驗取1：1。盾構(gòu)到達前1個月加固完成，加固后要對加固效果進行檢查。如注漿效果未能達到設(shè)計要求，需要重新進行補充注漿。

4.2盾構(gòu)通過小半徑曲線時過建筑物的掘進控制

區(qū)間350m小半徑曲線轉(zhuǎn)彎半徑段長度為有509.565m，對350m曲線半徑，△=1.2×6/350=20.57mm，本區(qū)間管片楔形量48mm，設(shè)n環(huán)管片配m環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)可擬合350m半徑，則：48m=20.57n，m：n=0.42854。即100環(huán)管片配43環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)。所以根據(jù)管片設(shè)計，350m小半徑段直線環(huán)管片和轉(zhuǎn)彎環(huán)管片配置比例約為3：2，滿足本段轉(zhuǎn)彎半徑要求。對于盾構(gòu)機小半徑曲線掘進控制的難點，主要在掘進軸線的控制及管片拼裝質(zhì)量控制兩個方面，采取如下措施：

4.2.1掘進軸線控制

（1）開始掘進軸線向圓弧內(nèi)預(yù)偏10～20mm，測10環(huán)左右管片姿態(tài)，確定最終預(yù)偏量；

（2）推進時速度應(yīng)控制在20～30mm/min，連續(xù)不間斷推進。避免因推力過大而引起的側(cè)向壓力的增大，又減小盾構(gòu)推進過程中對周圍土體的擾動；

（3）每環(huán)糾偏量≤10mm/環(huán)，油缸壓差≤50bar，行程差≤80mm。掘進參數(shù)見表1。

表1 小曲線段過建筑物掘進參數(shù)表

4.2.2管片拼裝質(zhì)量控制與注漿控制

（1）合理地綜合油缸行程差和盾尾間隙對管片選型、拼裝選點。

（2）管片3次復(fù)緊。

（3）同步注漿：增加弧線外側(cè)注漿量和注漿壓力

（4）同步補注漿：盾尾后第3～6環(huán)同步補注漿時加強外側(cè)壓漿量，如果管片向外偏移難以控制，采用二次注漿壓注圓弧外側(cè)。

（5）派專人負責(zé)，防止注漿壓力過大，造成管片錯臺。

4.2.3渣土改良

在穿越建筑物期間，除少量地段夾小部粉質(zhì)黏土外，其余均為中粗砂層，下穿建筑物地層基本均一。碴土改良采取以泡沫為主，膨潤土為輔的的土體改良的方式。前方沉降較難控制時，采用充分膨化的膨潤土對掌子面護壁開挖。如刀盤扭矩>2500kN·m，采用注入膨潤土加泡沫的方式降低刀盤扭矩。同時采購一批康達特、巴斯夫等優(yōu)質(zhì)泡沫和油脂，保證下穿房屋順利通過。

4.2.4土壓控制

由于下穿建筑物地段拱頂?shù)貙佣酁楦缮皩樱貙用舾行詮姡粤⑿圆睿鶕?jù)地層最大高度產(chǎn)生的靜止土壓力值加地面建筑物附加載荷值制定土艙掘進壓力值，土倉上部土壓暫定1.5bar。如果需要短時間緊急停機，啟動盾構(gòu)機的PID自動保壓系統(tǒng)。

4.2.5出土量控制

Φ6280mm開挖直徑，1.2m管片，開挖的實土方量為37.1方/環(huán)，根據(jù)本標段地質(zhì)及實際掘進記錄，松散系數(shù)為1.1，每環(huán)出土量控制值為41m3。渣土車容量為18m3，控制每車進尺500mm。如發(fā)現(xiàn)出土量超標，記錄當前里程，盾構(gòu)通過后立即組織二次補漿。如果必要的情況下采取地面補注漿。

4.2.6同步注漿量及注漿壓力控制

采取注漿量和注漿壓力雙控指標控制，在全斷面砂層掘進時，每環(huán)壓漿量達到6.2m3或注入壓力達到4bar，注漿結(jié)束。優(yōu)先選擇注漿量控制，若出現(xiàn)注漿量<6.2m3而注入壓力達到4bar，需排查管路情況，防止注漿管路孔徑縮小導(dǎo)致的注入壓力升高，而誤判注漿達到結(jié)束標準。若注漿量<5m3而注入壓力達到4bar，可判定拱頂沉降或應(yīng)力釋放導(dǎo)致注入困難，此時應(yīng)及時跟進二次注漿，填補拱頂沉降或應(yīng)力釋放產(chǎn)生的空隙。

同步注漿漿液性能控制：同步注漿漿液的初凝時間在5h以內(nèi)，1d固結(jié)體強度≥0.2MPa，28d抗壓強度≥2.5MPa，稠度8～12cm，固結(jié)收縮率<5%，傾析率<5%。同步注漿配合比見表2。

表2 同步注漿配合比

采用同步注漿漿液進行同步補注漿，注漿位置在盾尾后3～6環(huán)。采用盾構(gòu)機自帶的同步注漿管路改造后進行注漿，極大增加注漿的便利性和降低成本。

4.3盾體減阻及盾體位置沉降控制

刀盤開挖直徑Φ6280mm，前盾直徑Φ6250mm，中盾直徑Φ6240mm，盾尾直徑Φ6230mm。單邊最大間隙有25mm，該段間隙一無土壓支撐，二無漿液回填。盾體上部是拱頂沉降控制的難點。針對該問題，通過盾體周邊預(yù)留的注入孔注入膨潤土，減少盾體上方沉降，降低盾體在砂層中的摩擦力，進而降低推力，減少地層擾動。

4.4后期沉降控制措施

為了防止由于地層松弛擾動后遠期的固結(jié)沉降，對建筑物造成危害，利用每環(huán)管片上預(yù)留的注漿孔進行隧道徑向小導(dǎo)管深孔注漿，漿液采用水泥漿液，注漿壓力為0.4～1.2MPa，注漿擴散半徑按經(jīng)驗取值為0.5m。注漿時機為管片二次注漿漿液凝固后即可進行。小導(dǎo)管加固深度3m，成樁直徑1m。小導(dǎo)管采用Φ42mm、壁厚3.5mm的無縫鋼管，鋼管長度L=3.0m。注漿孔間距為15cm，直徑6～8mm，梅花形布置，鋼管尾部留1.0m的預(yù)留止?jié){段。

5.結(jié)束語

綜上所述，由于城市建筑物過度集中，在使用盾構(gòu)法進行地鐵施工時，難免會下穿建筑物，從而容易對建筑物造成不利的影響。文章以實際工程為例，對盾構(gòu)下穿既有建筑物的控制措施進行了探討，順利完成了盾構(gòu)施工，取得了良好的施工效果，值得類似工程借鑒和參考。

【參考文獻】

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[2]張慶賀.地鐵與輕軌[M].第二版.北京：人民交通出版社，2006.