盾構施工對周邊建筑物影響及其保護技術

彭學軍,孫望成,饒永強,佘文軍,凌濤,劉燾

(1.中鐵五局集團 第一工程有限責任公司,湖南 長沙,410117;2.湖南科技大學 資源環境與安全工程學院,湖南 湘潭,4112011;3.中國建筑第五工程局有限公司,湖南 長沙,410004)

地鐵作為一種高效快捷的交通工具,有效解決了我國城市交通擁堵問題,對我國城市現代化建設起著重要的作用[1–2]。地鐵盾構施工導致巖土體發生應力擾動,會對隧道上方地面建筑物造成影響[3–5]。因此,在地鐵施工中應根據建筑物自身特性及具體施工條件對區間內建筑物采取合理的保護措施[6–7]。許寬[8]研究了地鐵施工中造成建筑物變形的因素,并提出了保護盾構隧道上方建筑物的措施。楊濤[9]結合常州地鐵1號線施工實際,闡述了盾構施工對沿線建筑物的影響以及對建筑物采取的保護措施和效果。吳超[10]以合肥地鐵3號線下穿高架橋的盾構施工實際為例,研究了盾構施工對隧道上方高架橋的擾動規律。倪偉[11]考慮了地鐵周圍建筑物的地基基礎、結構形式等一系列風險因素,并給出了相應的風險處理措施。

長沙地鐵5號線時湘及湘木區段位于萬家麗路下方,盾構區間地面環境復雜,建筑物分布較密集。為了避免盾構隧道施工對地面建筑物產生影響,在地鐵施工前對本區間段建筑物進行了詳細的實地勘察及風險鑒定,根據勘察報告制定了合理的施工方案,在施工過程中針對不同建筑物的具體情況采取了有效的保護技術。

1 盾構區間建筑勘察

為了減小時湘及湘木區間段盾構施工對周邊建筑物的影響,確保地鐵隧道施工能夠按預期進行,在施工前對區間沿線的建筑物進行了實地勘察,并對勘察結果進行了分析整理,如表1、2所示。

表1 時湘區間建筑物勘察表

表2 湘木區間建筑物勘察表

為了深入剖析施工區間建筑物的特征及其對盾構施工的風險程度,以便為制定合理的沿線建筑物保護技術提供充分的工程實際資料支撐,從勘察結果中選取具有代表性的建筑物進行詳細介紹與分析。

1.1 時湘區間圭塘河橋

時湘區間隧道下穿天際圭塘河橋,右線隧道邊線位于橋梁邊線處,如圖1所示。圭塘河橋橫跨圭塘河連接萬家麗路南北岸,橋面長約20 m,橋面總寬約52 m,共分兩幅橋面。河橋的橋墩樁基深為10 m,有2根橋墩樁基侵入隧道結構約為5 m。橋臺樁基深為8 m,有4根橋臺根樁基侵入隧道結構約3 m。

圖1 時湘區間隧道下穿天際圭塘河橋現場勘察

1.2 時湘區間天際嶺隧道

隧道洞口出現環向裂縫、破損,隧道內部側壁局部濕漬,存在滲水現象,如圖2所示。區間隧道左右線下穿天際嶺隧道,其頂部距離天際嶺隧道結構凈距約12 m。

圖2 時湘區間隧道下穿天際嶺隧道現場勘察圖

1.3 時湘區間華銀天際小區

華銀天際小區綜合B樓下部瓷磚破損,裂縫明顯,小區西側人行道路面破損,如圖3所示。該小區綜合B樓地上4層,地下0層,已建成9年左右。區間隧道右線側穿小區綜合B樓,該樓地基距離隧道頂部約3～4 m,其距離右線隧道邊線水平距離為20.4～21.2 m。小區住宅樓距離右線隧道邊線水平距離為15.7～17.6 m。

圖3 時湘區間隧道下穿天際嶺隧道現場勘察圖

1.4 時湘區間雅苑加油站

雅苑加油站附近雙塘路路面坑洼明顯,加油站前路面裂縫較多,區間隧道右線側穿雅苑加油站,如圖4(a)所示。雅苑加油站樓層地面高度約7 m,地下0層,磚混結構,樁基基礎,已建成14年。雅苑加油站地基距離隧道結構頂部約4.5～5.5 m,該加油站油罐底到隧道頂部的凈距約7 m,油罐距離右線隧道邊線的水平距離約為3 m,如圖4(b)所示。

圖4 時湘區間隧道下穿雅苑加油站現場勘察圖

1.5 湘木區間喜樂地購物中心

喜樂地購物中心北側墻上裝飾面變形,北側墻下部懸挑頂裝飾面變形,西側墻上部和下部裝飾面變形脫落,西側墻下方路面裂縫,如圖5所示。喜樂地購物中心樓層為地上5層,地下1層。區間隧道右線側穿喜樂地購物中心,建筑物距離右線隧道邊線水平距離約為9.7～15.1 m,其中部大門位置距右線隧道邊線水平距離約為2.3～3.8 m。

圖5 時湘區間隧道下穿喜樂地購物中心現場勘察圖

1.6 湘木區間萬家麗路高架橋(美洲故事西側)

萬家麗路高架橋橋梁(美洲故事西側)變形縫處存在細微裂縫,橋梁正常使用,如圖6所示。該高架橋匝道橋樁基PE9-01～PE9-06距離左線隧道邊線水平距離約為3.7～5.5 m,高架橋橋樁基Pm-467～Pm-473距離左線隧道邊線水平距離約為11～12 m。該盾構區間內與地鐵隧道凈間距小于5 m的橋樁基共有3根,即樁基PE9-05、樁基PE9-06和樁基Pm-467,與盾構隧道凈間距大于5 m且小于7 m的橋樁基有2根,即為樁基PE9-01～PE9-04和樁基Pm-468～Pm-473。

圖6 時湘區間隧道下穿萬家麗路高架橋現場勘察圖

2 風險評估及處理措施

結合現場勘察結果及盾構施工的工程實際,針對時湘及湘木盾構區間建筑物的具體特性采取了不同的保護措施。

2.1 時湘區間圭塘河橋

根據時湘區間圭塘河橋現場勘察情況,河橋有2根橋墩樁基侵入隧道結構約為5 m,有4根橋臺樁基侵入隧道結構約3 m。為了避免河橋樁基對盾構施工造成干擾,在盾構施工本區域時,先拆除了圭塘河橋的右側橋面,破除了區間沖突的橋樁后,再進行盾構掘進。區間施工完成后,再對破除的半側圭塘河橋進行了恢復修整。

因涉及半幅橋梁拆除與重建,在橋樁基拆除后,及時采用了低標號混凝土回填樁孔。考慮河床距隧道頂部距離約5～6 m,隧道覆土淺且橋梁拆除重建過程中對河床擾動較大,盾構通過時采取了洞內深孔注漿的措施,在拱頂120度范圍內進行注漿2～2.5 m厚度。同時加強了盾構施工掘進參數控制以及施工階段的監控量測及數分析。

2.2 時湘區間天際嶺隧道

本區間盾構施工下穿天際嶺隧道,盾構隧道頂部距離天際嶺隧道結構較近。而且天際嶺隧道通車使用多年,結構存在變形、裂縫、漏水等情況。為了減小盾構掘進對天際嶺隧道產生影響,在盾構掘進下穿天際嶺隧道時,對盾構隧道采取了深孔注漿措施,在拱頂120度范圍內進行注漿2～2.5 m厚度。同時,通過不斷優化盾構掘進參數,控制盾構掘進速率,嚴格按要求對隧道進行了監測及數據分析。

2.3 時湘區間華銀天際小區

區間隧道右線側穿華銀天際小區,隧道右線距離小區內綜合B樓較近,并且綜合B樓下部瓷磚破損,裂縫明顯,小區西側人行道路面破損。為了有效避免盾構施工產生的應力擾動對小區建筑物造成影響,盾構施工期間,對盾構控制參數進行了優化,對盾構掘進速率進行了嚴格控制。按要求對小區房屋進行了監測及數據分析。

2.4 時湘區間雅苑加油站

根據時湘區間雅苑加油站的現場實地勘察情況,區間隧道水平及豎向均距雅苑加油站內油罐較近,而且隧道頂部存在富水性圓礫層,穩定性較差,對區間盾構雅苑加油站區段進行了鑒定,此處為重大風險源。在盾構通過此區段前,在區間隧道與油罐間采用φ800@600mm旋噴樁進行了隔離保護。在盾構施工通過此區段油罐時,對盾構隧道采取了深孔注漿措施,在拱頂120度范圍內進行注漿2～2.5 m厚度。同時,優化了盾構施工參數,控制了盾構的掘進速率。并且加強了對加油站的監測及數據分析。

2.5 湘木喜樂地購物中心

區間盾構隧道邊線距離喜樂地購物中心南端部分僅2.3 m,而且喜樂地購物中心中部大門北端位于盾構端頭加固區域東側,經鑒定盾構施工會對建筑物產生較大影響。在盾構端頭加固施工期間,對喜樂地購物中心大門采取了注漿隔離保護。同時,在盾構施工期間,優化了盾構控制參數,控制了盾構掘進速率,并加強了對房屋的監測頻次及數據分析。

2.6 湘木區間萬家麗路高架橋(美洲故事西側)

地鐵隧道下穿美洲故事西側萬家麗路高架橋且距離高架橋橋樁較近,盾構施工前經過鑒定,盾構施工對萬家麗高架橋橋樁基會產生一定影響。在盾構掘進中,對凈間距小于5 m的橋樁基采取了旋噴樁注漿隔離和預埋袖閥管跟蹤注漿的保護措施。對凈間距大于5 m且小于7 m橋樁基采取了預埋袖閥管跟蹤注漿措施。同時,盾構施工期間,對盾構控制參數進行了優化,對盾構掘進速率進行了嚴格控制,并加強了對橋樁基的監測頻次及數據分析。

3 結語

長沙地鐵5號線時湘及湘木區間建筑物分布密集,地面環境復雜,對本區間內建筑物的具體特性進行了詳細勘察,并通過本區間內建筑物與盾構隧道邊線的水平和豎直距離評估了地鐵施工對建筑物的影響。針對不同建筑的具體特性采取了優化盾構掘進參數、控制盾構掘進速率、深孔注漿、旋噴樁隔離保護以及預埋袖閥管跟蹤注漿等保護措施,有效減少了盾構施工對區間內沿線建筑物的影響,避免了建筑物發生變形、裂縫、傾斜等不良現象,取得了良好的施工效果,可為今后類似工程提供一定參考價值。