地鐵盾構區間下（側）穿重要木結構古建筑施工技術研究

（福州地鐵集團有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

福州市軌道交通1號線工程全部為地下線，其起點為象峰站，沿線經過主城、閩江，并沿著則徐大道到達福峽路，終點為三江口站。1號線二期工程包括：福州火車南站～安平站區間、安平站、安平站～梁厝站區間、梁厝站、梁厝站～下洋站區間、下洋站、下洋站～三江口站區間、三江口站，共4站4區間。

安平站～梁厝站盾構區間的起點為安平站大里程端，其終點為梁厝站小里程端端頭井，上行線里程為SK25+925.500～SK27+241.295，全長1 315.795 m；下行線里程為XK25+925.500 ～XK27+237.199，全長1 366.503 m，含長鏈54.804 m。區間上下行線盾構段3段平面曲線，半徑450 m、1 200 m、365 m/下行線385 m，線間距從12 m變化到39 m。縱斷面采用高站位，低區間的"V"字節能坡，最大縱坡24.3‰，最小縱坡2‰。盾構段隧道覆土最大厚度為19.6 m，盾構段最小覆土厚度為9.9 m。在SK26+389.80處設置1#聯絡通道，位置在直線段，線間距為12.082 m，聯絡通道上覆土層厚度約17.4 m；在SK26+695.80處設置2#聯絡通道（兼作廢水泵站），位置在曲線段，線間距為22.827 m，聯絡通道上覆土層厚度約20.09 m。

安平站～梁厝站區間線路出安平站后，沿著規劃螺城路下穿菜地、福泉高速公路及梁厝村后到達位于規劃縱三路的梁厝站，目前周邊現狀用地為菜地及2層～4層民建用房。區間下（側）穿梁厝村古建筑群（保護文物），具體涉及保護文物有：梁厝桃源左東境、梁厝藍灰厝、梁厝梁敬玖宅、梁厝三落里梁九齡宅、梁厝三翕堂、梁厝梁守魁宅、梁厝藥鋪房、梁厝梁寶林宅、梁厝梁仁柯宅。

2 工程特征與施工條件分析

安平站～梁厝站盾構區間處于南臺島平原，其地貌類型為山前堆積平原地貌與剝蝕殘山地貌交替分布，高程主要為5.8 m～10.7 m。該區間隧道范圍內巖土層沿線以殘積土與風化巖為普遍分布巖層，其中殘積土以黏性土為主，遇水易出現崩解、軟化現象；而風化層則主要分布了花崗巖或凝灰熔巖的散體狀強風化層、全風化層以及碎裂狀強風化層，并且風化巖中還存在孤石，對盾構施工影響較大。SK26+000附近盾構所穿越的3層淤泥質軟土土層，不僅具有較為突出的土體含水量較高以及壓縮性強、強度低等特點，而且其土層固結所需的時間也比較長，易產生側向滑移或者過量沉降、不均勻沉降等問題。此外，上述地鐵盾構區間施工開展過程中，由于其施工場地的潛水水位存在較大的變化，且具有上層滯水突出、各含水層間的上層滯水與其他含水層之間的水力聯系較差等情況，對其施工過程也存在較大的不利影響。結合上述地質變化情況，其施工中的重難點主要為：穿越軟弱地層（含淤泥）時隧道上方的梁厝梁九齡宅、梁厝三翕堂及梁厝梁守魁宅等保護區；穿越上軟下硬地層時隧道上方的梁厝藍灰厝及梁厝供銷社保護區；區間穿越其他文物、歷史建筑物時易發情況的預防及處理等。

3 前期調查

結合上述工程特征與施工條件分析，施工前應對該地鐵工程盾構區間下（側）穿古建筑的施工質量和效果進行保障，根據該工程地區的古建筑現狀，對其施工開展可行性的調查和分析，提供可靠的根據和支持，以確保工程順利實施。沿線古建筑調查統計：基礎形式以條形為主；結構形式為木質結構加土墻；與隧道結構水平關系為下穿或者側穿；與隧頂垂直距離為13.35 m～16.15 m。另外，通過第三方單位對古建筑鑒定，該古建筑基礎部分以及上部結構建筑整體的安全性等級為D級。其安全性不滿足該地鐵工程施工開展要求，需要通過采取有效的加固處理技術措施進行保護。另外在進行盾構掘進控制時，主要從壓力管理、出土量管理以及其他參數情況等方面進行綜合分析與考慮。

4 施工技術研究

4.1 地表跟蹤注漿技術

4.1.1 施工基本參數及要求

鉆孔布置：對施工區域內地基進行全覆蓋加固，注漿孔間距1.0 m，加固深度為14.6 m～22.5 m，袖閥管為Φ52 mm聚氯乙烯塑料管。

水泥-水玻璃雙液漿配比為1∶1，水泥漿水灰比0.5～1，雙液漿稀釋比例為1∶1。

4.1.2 施工技術要求

地表跟蹤注漿技術的施工技術要求包括以下7個方面：1）材料。以P.O 42.5號的普通硅酸鹽水泥為主要材料。2）鉆孔施工。對鉆孔施工的允許偏差范圍控制中，要求其水平偏差約為鉆孔深度的3%。3）水泥用量。注漿深度范圍內，應不低于400 kg/m。4）注漿方法。注漿施工以分段、多次重復注漿施工方法為主，對各注漿段施工長度控制為50 cm。5）注漿壓力。注漿施工中，對其壓力控制應合理，其壓力參考范圍為0.5 MPa～1.0 MPa，以確保不出現地面隆起、裂縫為合適，并且對其最大的單次隆起要求不超過2 mm。6） 終注標準。在注漿壓力升至1.2 MPa后終注，或者在1.0 MPa壓力條件下每延米注漿加固吸漿量＜2.5 L/min穩壓15 min后終注。7） 套殼料：配合比采用水泥∶黏土∶水=1∶1.5∶1.88（質量比），黏土中不含沙礫等雜物。地表跟蹤注漿施工工藝技術流程圖如圖1所示。

4.2 洞內跟蹤注漿技術

通過注漿管向上方土體進行注漿，以提高土體的強度；漿液采用水泥漿，水灰比根據現場試驗確定[1]。注漿壓力控制在0.3 M Pa～0.5 MPa，加固范圍為每環均進行。其中在靠上的1片B型管片預留3個注漿孔、L型管片各預留3個注漿孔，F型管片預留1個注漿孔。共16個注漿孔。注漿孔位置將每1塊管片二或四等分。

注漿先注單液漿，封環時采用雙液漿。單液漿配比為水（kg）∶水泥（kg）=0.8∶1。雙液漿配比為水玻璃溶液（kg）∶水泥漿溶液（kg）=1∶1，壓注過程中加強監測，直至沉降穩定。如圖2所示。

4.3 盾構掘進控制

4.3.1 壓力管理

通常應與作用在開挖面上的土壓在對抗中保持平衡，壓力與開挖面上含水土體的垂直作用的重力和土的內摩擦角大小有關[2]。根據地層參數，初步確定盾構下穿構建筑物時頂部理論土壓力為1.65 bar，穿越時，根據實際地質情況調整，并考慮0.2 bar應力附加值。

4.3.2 出土量管理

控制好出土速率和出土量有利于對土壓力的控制，并且有利于機長對隧道上方土體的穩定性和注漿量需求做出判斷[3]。在掘進施工中，應控制出土量處于設計值的98%～100%，嚴禁超排。應安排專人對出土量進行測量，測量頻率為掘進40 cm/次。如果發現出土量異常狀況應及時通知機長，以便及時調整掘進參數，避免超排等事故發生。調整出土量控制應根據土壓力變化緩慢調節螺旋機轉速和掘進速度，嚴禁大幅度反復調整而造成土壓力波動。

4.3.3 盾構掘進其他主要參數控制

4.3.3.1 千斤頂推力F

最大推力Fmax=40 860 kN（20個千斤頂），初始掘進階段時5 000 N＜F＜8 000 kN，上軟下硬掘進階段時F=8 000 kN～15 000 kN，局部中風化巖層特殊情況時P=20 000 kN～30 000 kN。

4.3.3.2 刀盤轉速n

滿足轉速和扭矩曲線，且無級可調n=0 rpm～2.5 rpm；對于隧道頂部淤泥且上部土體裂隙發育的地層，刀盤轉速一般為1.1 rpm～1.3 rpm；全、強風化花崗巖及軟土地層，刀盤轉速一般為1.5 rpm～2 rpm；中風化花崗巖地層可設為2 rpm～2.5 rpm。

圖1 地表跟蹤注漿施工工藝技術流程圖

圖2 構建筑物管片頂部新增注漿孔位置剖面圖

4.3.3.3 刀盤扭矩T

地鐵盾構區間的掘進施工中，對正常掘進情況下的刀盤扭矩要求要低于其最大扭矩。如果其掘進施工中的工作扭矩超出最大扭矩時，就會出現刀盤停止轉動情況，在進行多次正反轉啟動未果時，可啟動脫困扭矩，使刀盤重新啟動。

4.3.3.4 掘進速度v

對掘進的速度，應根據其施工區間的土質、推力以及扭矩、土倉壓力等情況進行綜合確定，其中，土質對掘進速度的影響最大。針對該地質情況，限制速度vmax=60 cm/min，上軟下硬結合盾構姿態控制在v=1 mm/min～15 mm/min。

4.3.3.5 土體改良及防噴涌

上述地鐵盾構區間穿越施工中，針對其帶壓推進施工情況，需要在施工過程中采用泡沫劑進行土體改良，對泡沫劑原液的稀釋比例按照3%～8%進行控制，泡沫溶液與空氣比例為1∶8～1∶15，泡沫溶液流量根據刀盤扭矩調整，控制范圍為 120 L/min～1200 L/min。

4.3.3.6 充填注漿

充填注漿方式主要分為同步注漿和二次注漿。

4.3.3.6.1 同步注漿

同步注漿施工，與盾構的掘進同時進行，其具體操作為：利用同步注漿系統以及盾尾中內置的注漿管，在區間推進過程中，通過盾尾所形成空隙在雙活塞泵二管路（四注入點）支持下進行注漿施工。

注漿壓力由地基條件、水泥強度及盾構形式和使用材料特性綜合決定出其適當值，大致選擇為等于地層阻力 （壓力）加上0.1 MPa～0.2 MPa的壓力，一般控制在3 bar。

在注漿施工中，對注漿量的控制，是根據幾何學中對尾部空隙量的規定等觀點理論進行計算和控制。需要注意的是，具體施工操作中，由于注漿材料以及圍巖滲透性、加壓導致向圍巖內的壓入、排水固結、超挖等因素影響，其注漿量一般在理論計算空隙量（從盾構外徑面積扣除管片外徑面積計算的量）的120%～150%。

在施工過程中，通過注漿壓力和注漿量這一雙指標控制標準進行施工控制和管理，即當注漿壓力達到設定值，注漿量達到設計值的85%以上時，即可認為達到了質量要求。對于同步注漿量不滿足要求的，進行二次補注漿，確保地層空隙填充密實，地層變化滿足設計及規范要求。

4.3.3.6.2 二次注漿

根據工程實際情況（例如管片滲漏、隧道沉降等），采取在盾尾7環后的管片注漿孔進行二次（或多次）背填注漿，控制滯后沉降，減輕隧道防水壓力。同時，為了防止管片上浮引起盾構機上部盾尾間隙過小，造成管片錯臺、破損，在成型管片區域，每隔5環～10環做1次環箍并進行封水，抑制管片上浮。二次注漿采用注漿量和注漿壓力進行雙控，注漿壓力控制在0.2 MPa～0.25 MPa，終漿壓力不超過0.3 MPa，且注漿量不少于2 m3。

5 施工監測分析

子地鐵盾構區間推進施工穿越構建筑物期間，除日常洞內管片收斂與隧道沉降監測外，重點監測施工影響范圍的構建筑物沉降、裂縫等項目。其中，在進行盾構穿越施工對構建筑物的沉降影響監測中，根據第三方監測報表，該區間2018年9月11日～2019年2月24日，共發布25次周報，6次月報。縱觀各期各項觀測成果，監測數據連續性一致，表明觀測所用儀器工具性能良好，基準點穩定，并且各監測周期中各項觀測技術指標均達到國家規范要求，成果可靠。從各期監測數據報表及變形過程圖來看，除個別建（構）筑物沉降點累計變化量較大以及個別地表沉降點累計變化量較大外，其他監測點數據變化量無異常，符合規范及設計要求。

6 結語

通過工程實踐得出以下4條結論：1）盾構下穿既有保護木結構古建筑，建議提前對保護古建筑進行全面調查和權威鑒定。2）既有木結構古建筑基礎可以采用地面跟蹤注漿工藝技術提前預加固處理，盾構掘進過程中可以根據變形特點進行跟蹤注漿。3）盾構掘進參數控制是施工過程中應重點考慮的問題，在下穿之前應該就盾構機在此地層的掘進參數、地表沉降控制等核心參數進行預設，在施工過程中根據掘進狀態動態調整參數。4）施工過程中，應該加強施工監測及巡視、巡查工作，做好安全施工，減少安全事故的發生概率。