管廊盾構下穿建筑中掘進參數的控制策略

馬永博

摘要：本文以石家莊市塔北路綜合管廊工程 DJ-03～DJ-04-02區間盾構下穿建筑物工程為例，深入研究盾構下穿建筑中掘進參數的控制策略，具有重要意義。

Abstract： This paper takes the DJ-03～DJ-04-02 section of the comprehensive pipe gallery project of Tabei Road， Shijiazhuang City as an example， and studies the control strategy of the tunneling parameters in the shield tunnel underpass the buildings. It is of great significance.

關鍵詞：盾構;下穿建筑;掘進參數;控制策略

Key words： shield;underpass construction;tunneling parameters;control strategy

中圖分類號：U455.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0133-03

0 ?引言

盾構法是一種工法，能夠有效拓展地下空間，具有多種特點，如成型隧道質量高、施工環境良好、開挖掘進速度較快、施工機械化程度高、對施工周邊環境影響較小等。但是針對盾構機穿越的地層，因其自身的多種特點，如多變性、復雜性、不可預見性等，所以在實際施工過程中，常常會存在多種無法預見的風險，尤其是在地質較差條件下，在下穿建筑物時，因存在非常大的施工風險，極易破壞、損壞建筑物，出現嚴重的人員傷亡事故現象和重大財產損失現象。因此，在盾構下穿建筑物施工時，必須嚴格控制相關掘進參數。本文以石家莊市塔北路綜合管廊工程DJ-03～DJ-04-02區間盾構下穿建筑物工程為例，對盾構下穿建筑中掘進參數的控制策略進行了深入研究，具有重要意義。

1 ?案例分析

1.1 工程背景

DJ-03～DJ-04-02區間位于規劃塔北路及現有塔北路南側，呈東西走向，區間全長2097m。本工程區間隧道采用盾構法施工。線路縱向坡度呈“W”字坡，最大縱坡為-35‰下坡、35‰上坡。管廊覆土厚度約13.31m-30.04m，區間隧道斷面穿越地層主要以粉細砂層、中粗砂含卵石層、粉質黏土層為主。

1.1.1 盾構管片結構形式

隧道襯砌采用預制混凝土平板型管片襯砌，襯砌環外徑為6000mm，內徑為5400mm;管片寬度為1200mm，厚度為300mm。預制鋼筋混凝土管片設計強度為C50，抗滲等級為P12。襯砌環采用標準環+左右轉彎楔形環型式。襯砌環由1個封頂塊、2個鄰接塊、3個標準塊組成。襯砌環采用錯縫拼裝，接縫采用彎螺栓連接，其中每個環縫采用16根M24螺栓，每環縱縫采用12根M24螺栓。

1.1.2 隧道平縱斷面圖設計

DJ-03～DJ-04-02區間盾構線路平面為直線。線路縱向最大坡度為35‰，共含7處豎曲線，采用兩種曲線半徑，分別為2000m、3000m;盾構從DJ-03盾構井始發后依次以6‰的下坡掘進20m，以35‰的下坡掘進300m，以3‰的下坡掘進139.3m，以22‰的上坡掘進231m，以3‰的上坡掘進370m，以35‰的上坡掘進273m，以5‰的下坡掘進367m，以5‰的上坡掘進396.3m到達DJ-04-02盾構接收井。管廊線路中心線標高為33.579-49.459m。

1.1.3 區間與建筑物相對位置關系

DJ-03～DJ-04-02區間在DK1+021.4～DK1+101.14處下穿空中花園地下室，隧道頂與空中花園地下室底板間凈距約4.46m，對應環號為770～836環，共計66環。

DJ-03～DJ-04-02區間在DK1+266.466～DK1+796.246處近距離側穿卓達書香園小區住宅樓，隧道結構邊緣距住宅樓結構邊緣最近水平距離僅為3.4m，縱斷面上該穿越段區間隧道埋深約13.2-20.03m，此次盾構近距離側穿地段總長為442環，為960-1402環。

1.2 地鐵盾構下穿建筑中掘進參數的控制策略

1.2.1 普通試驗段與克泥效試驗段掘進參數對比

地面沉降的控制主要從盾構掘進參數的合理設定來保證，根據3號機已施工完成660環成型隧道的總結結果，并考慮下穿建筑物的特殊情況，盾構下穿試驗段擬定4組掘進參數。試驗段前50m不采用克泥效工法施工，后50m采用克泥效工法。通過試驗段4組數據的對比，同時根據現場實際監測情況的反饋，優化數據，制定下穿建筑物合理的一組掘進參數。

通過對已完成本區間666-749環穿越空中花園建筑物試驗段兩種參數設定掘進后，得到最優的掘進指導參數正穿段施工。

①掘進速度。

盾構機進入試驗段666-707環掘進速度在35-40mm/min左右，進入克泥效試驗段708-749環掘進速度在30-35mm/min左右，普通試驗段與克泥效試驗段對比分析較容易發現掘進速度相對較慢，確保了漿液能填充飽滿、密實，并減少對地層的擾動。

②總推力。

盾構機進入試驗段666-707環總推力在11000kN左右，進入克泥效試驗段708-749環總推力在13000kN左右，最大值時為719環14500kN，達到額定推力（37730kN）的38.43%，普通試驗段與克泥效試驗段對比分析較明顯發現總推力有所增大，增大值約為2000kN，原因可能是克泥效工法施工有部分克泥效液體進入刀盤前方所導致，均屬于正常情況范圍。

③刀盤扭矩。

盾構機進入試驗段666-707環扭矩在3900kNm左右，進入克泥效試驗段708-749環扭矩在4200kNm左右，最大值時為730環4630kN，達到額定扭矩1.1轉每分鐘時（5771kN）的80.22%，普通試驗段與克泥效試驗段對比分析較容易發現扭矩有所增大，原因可能是克泥效工法施工注入時有部分克泥效液體進入刀盤前方和土倉內增大壓力所導致，均屬于正常情況范圍。

④出土量。

本臺小松盾構機開挖直徑為6280mm，理論出土量為37.1m3，進入試驗段666-749環出土量基本控制在37m3左右，施工中出土量嚴格按照理論出土量控制（松散系數1.212），每環出土控制在45m3左右，均屬于正常范圍。

⑤土倉上部土壓。

盾構機進入試驗段666-707環土壓控制在1.2bar左右，進入克泥效試驗段708-749環土壓控制在1.1bar左右，結合地表沉降監測及掘進參數情況來看均屬于正常合理范圍。

⑥同步注漿量與注漿壓力。

為了按照之前計劃的4組掘進參數推進，盾構機進入試驗段666-707環和進入克泥效試驗段708-749環同步注漿量在5m3和5.5m3，注漿壓力控制在0.3MPa左右，結合地表沉降監測及掘進參數情況來看，均屬于正常范圍，后期在保證地表沉降監測值能夠在規范允許內和盾尾不漏漿、盾尾刷不破壞的情況下，穿越期間盡可能多注漿。

⑦渣土溫度。

盾構機進入試驗段666-707環渣土溫度在22.5-27℃左右，進入克泥效試驗段708-749環渣土溫度在22-26℃左右，渣土溫度相對有所降低，原因可能是因為克泥效注入刀盤前方及土倉內，均屬于正常合理范圍。

⑧渣土塌落度。

盾構機進入試驗段666-707環渣土塌落度在110-130mm之間，進入克泥效試驗段708-749環渣土塌落度在116-138之間，塌落度相對有所變大，原因可能是因為克泥效注入刀盤前方及土倉內，均屬于正常合理范圍。

通過對已完成本區間666-749環穿越空中花園建筑物試驗段兩種參數設定掘進后，得到最優的掘進指導參數正穿段施工，具體參數設定，還應根據當時所處地層情況結合試驗段的分析總結，設定相應最優參數，優化渣土改良方法，細化泡沫劑、盾尾油脂、膨潤土以及分散劑的使用情況和技術指標。

1.2.2 擬定剩余各區段掘進參數

本次擬定結果主要參考依據為試驗段掘進參數分析總結和筆者多年在同類穿越建構筑物期間總結得出來的掘進參數施工經驗對比分析總結所得，具體區段參數如表1。

2 ?結論

通過對已經掘進完成的666-749環試驗段地表監測數據分析總結得出：使用克泥效工法施工與不使用克泥效工法施工，無論是地表累計沉降值還是變形沉降速率值都得到較好的控制，地表最大累計沉降值由之前普通試驗段677環-7.1mm，變成克泥效試驗段正常范圍內的-4mm左右，對比分析發現使用克泥效工法施工可減少2mm左右地表累計沉降;單次變形最大速率值由之前的-1.71mm/d，變為+0.57mm/d，均在設計要求允許范圍內。如圖1所示。

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