軟土地層盾構下穿建筑物應對措施研究

中交三航局交建工程分公司，上海 201900

1 工程簡介

1.1 工程概況

上海西站—銅川路站區間由2臺φ6760mm盾構機分別從上海西站上、下行線始發向銅川路站推進并進洞。區間隧道呈“V”字坡，最大坡度28‰，最小平面曲線半徑349.840m，隧道頂部埋深15.5～26.0m。區間設一座聯絡通道兼泵站。區間隧道采用預制裝配式鋼筋砼管片，管片內、外直徑分別為Φ5900mm和Φ6600mm，管片厚度350mm，寬度1200mm。管片強度等級C55、抗滲等級為P10～P12。

1.2 地質條件

根據勘察資料，該區間穿越民房等建筑時主要位于⑤1-1灰色黏土層、⑤1j灰色砂質粉土層、⑤1-2灰色粉質黏土層、⑥暗綠～草黃色黏土層、⑦1-2灰黃～灰色粉砂層中，部分地段涉及④1灰色淤泥質黏土層、⑤2灰色粉砂層。房屋基礎下方，隧道上方有③1層灰色淤泥質粉質黏土、④1層灰色淤泥質黏土軟弱土層，易受施工擾動，盾構推進風險較大。

2 軟土地層盾構下穿建筑物應對措施

2.1 合理設計下穿施工模擬段

在盾構穿越建筑物以前合理模擬穿越區域對盾構穿越建筑的工況，利用模擬的方式在施工區域中設置校核參數值。模擬段施工的過程中，應按照監測數據信息，使用控制變量的方法對土壓力數值、同步注漿數量數值、盾構掘進速度數值等進行合理檢查分析，按照監測獲取的數據信息實時調整掘進參數，優化參數的同時預防對地層產生擾動，避免對周圍生態環境產生影響。在模擬的過程中獲取到具體參數，為保證施工質量，其推進參數如下：土壓力為0.38MPa，同步注漿3.5m3/環，掘進速度為20mm/min，明確相關的理論與實際施工參數關系，在房屋穿越推進過程中，綜合考慮理論施工參數、合理的糾偏值（相互關系）、附加荷載及監測報表等，設置合理的施工參數，確保房屋安全。

2.2 嚴格控制土壓力

在施工期間必須結合土壓力平衡盾構的基本原理開展工作，將土倉之內的壓力控制在和開挖面正面水土壓力相互平衡的狀態，保證開挖面區域中土體結構穩定性。但是在該工程施工期間，硬塑黏土層在沉降變化方面不會做出較為靈敏的反應，監測過程中的數據值也不能將土壓力的設定狀況全面反映出來，因此在施工工作中應該將土壓力控制在比靜止土壓力稍高的狀態，使地表能夠呈現出隆起的形態，在監測數據值中直接反映出掘進土壓力，上述在模擬段及穿越時土壓力控制在地表單次隆起0～0.8mm，因此在施工期間應該按照具體的情況開展控制工作。

2.3 科學開展同步注漿施工工作

同步注漿施工應以黃沙、粉煤灰、膨潤土作為主要的原材料，按照配比的要求進行材料的配置，保證漿液有較高的穩定性和流動性，避免出現固結過程中體積收縮和沁水現象，有效進行盾尾部分孔隙的填充處理，實現地面沉降的良好控制作用。在注漿施工之前應使用公式計算每一環的注漿體積：

式中：V1為管片外弧面與盾構機外徑之間的體積，m3；V2為同步注漿殼體自身的體積，m3。根據盾構外徑為Φ6760mm，管片外徑為Φ6600mm，可計算得V=π÷4×(6.76-6.6)×1.2+0.21=2.22m3。

為了確保注漿施工效果,每一環的注漿數量都必須是建筑孔隙的140%～180%。值得注意的是，當盾構推進到92環時，同步注漿系統的計量數據值與實際應用數據值存在一定的差異，也就是顯示屏中的注漿數量并非實際注漿的數量，為確保精確性開展施工工作，應該對漿液液面高度進行觀察，明確具體的注漿數量，保證同步注漿施工的質量。具體開展工作時還應利用合理樣本檢測方式明確坍落度和沁水率，便于在施工期間嚴格進行注漿施工的管理[1]。

2.4 合理開展掘進速度施工管理工作

在掘進速度控制的環節中，應該按照出土數量、注漿數量、盾尾油脂注入速率、地表狀況等嚴格進行速度的管理，利用模擬段分析方式、穿越之前的監測方式等分析數據信息，可以發現在盾構掘進速度為10～15mm/min，土壓力出現波動的現象很少，土層擾動也很小，因此在掘進環節中應按照這個標準控制掘進速度，進而確保掘進施工的質量。

2.5 盾構姿態施工控制

為保證盾構姿態得到合理的控制，在工作中應該合理設置盾構軸線，保證軸線不會出現偏差。一般情況下，推進油缸的位置是在圓柱體中間區域，因此在盾構糾偏的環節中很容易出現切口、盾尾姿態相反的現象。對于軟土地層來講有一定的壓縮性，因此在糾偏期間切口面、盾尾面的平面會形成和“8”字較為類似的形狀，糾偏的角度越大形狀的面積就越大，如果不能嚴格進行注漿數量的調整，很容易出現沉降的現象。因此，在軟土地層盾構下穿建筑物的過程中，應盡量保證盾構處于速度均勻，按照“勤測、勤糾、小角度糾偏”的原則進行糾偏控制，同時還需嚴格開展糾偏過程的控制工作，保證糾偏的科學性與合理性。

2.6 二次注漿施工措施

二次注漿的施工工作中應該在管片中預留注漿孔，以此預防出現沉降的問題，要求在施工期間使用增加注漿點數、減少每次注漿量、提升均勻性的形式開展工作，注漿期間的壓力控制在注漿口水土壓力之上，使得漿液能夠順利注入。由于該工程穿越模擬段10～50環掘進期間的土壓力設置的數據值偏低，盾構穿越以后沒有明顯的沉降減緩現象，因此必須開展二次注漿施工工作，連續性、多次性的注漿，以此控制沉降問題，按照監測數據值開展注漿工作。但是在多次注漿的過程中可能會出現土體結構破壞的現象，沉降問題嚴重，因此在二次注漿期間應該著重預防出現沉降的問題，開展分層注漿加固施工工作，考慮到可能會有兩次穿越的疊加效應，在隧道周圍區域預留注漿孔，每環大約15個，在加固之后能夠提升土體的均勻度，降低滲透方面的系數指標，注漿加固以后土體的強度能夠達到≥1.0MPa的標準。一般情況下，各種土層結構所產生的沉降反應也存在差異，各個土層結構已經從下到上受到了破壞性影響，采用二次注漿施工方式可以進行沉降趨勢的控制，但是也會導致土層受到二次破壞，因此二次注漿施工技術只能當作是緊急補救的措施，應該盡量減少應用次數和應用量，以免引發工程的施工質量和穩定性問題[2]。

2.7 管片拼裝施工措施

完成盾構掘進施工工作之后不能立即進行管片的拼裝，應該等待2～3min以后，周圍的土體能夠與盾構機相互之間凝固，此時對千斤頂進行回縮處理，開展管片拼裝的施工工作。拼裝施工期間，螺栓應該一次性緊固，后續開展3次復緊工作，將扭矩數值控制在150N·m以上，保證復緊的操作效果。在管片拼裝的施工環節中，相關部門應實時監測拼裝的質量、穩固性，如果發現有拼裝方面的質量問題或是缺陷，就要立即進行處理，保證其中管片拼接的質量符合規范要求，以此增強各方面的施工工作有效性。

3 軟土地層盾構下穿建筑物的施工管理措施

3.1 加大人員管理力度

施工管理的過程中應重點開展人員的管理工作，安排專業化的人員組建成盾構下穿建筑物的施工領導、工作小組，明確各項施工標準、責任與要求，確保工程的施工質量。為了保證盾構能夠順利下穿建筑物，在穿越施工以前應到現場開展技術交底的工作，每位施工人員都必須掌握技術知識，清晰了解盾構隧道和建筑物相互的位置關系，熟練掌控施工技術流程。

3.2 強化施工記錄管理

要求在盾構下穿建筑物期間強化施工記錄管理，通過專用表式書面記錄每日工作狀況、每環的掘進數據，這樣不僅有利于工作交接，而且便于后期數據收集，并以此為基礎數據，解決盾構下穿建筑物的施工難題，整合數據信息與施工內容進行集中性、統一性的施工管理。

3.3 強化應急預案管理

成立有關的應急工作小組，各個部門為小組成員，共同研究編制應急預案內容，同時還需合理設置相關的應急預案啟動機制和程序，要求在出現突發事件的時候立刻啟動應急預案，統一開展領導工作，以最快的速度做出反應，嚴格按照法律規定執行工作，這樣在完善應急預案的情況下能夠預防出現經濟損失、人員傷亡等現象。

4 監測結果

區間隧道貫通后，建筑物最大累計沉降為-12.7mm，平均沉降量為-4.39mm；建筑物最大隆起6.96mm，平均隆起4.32mm，整體變形控制較好，未發現結構開裂、破損情況。在盾構穿越群房過程中為避免后期發生較大沉降，在盾構施工中適當增大了土壓力使地表及建筑物微隆起，盾構雖穿越后土層受擾動后沉降，但沉降量較小，隨時間變化趨于穩定。

5 結束語

綜上所述，在軟土地層盾構下穿建筑物施工的過程中，應結合建筑物結構特點、盾構下穿施工的要求，完善有關的施工計劃方案與工作模式，按照標準規范開展施工工作，確保盾構掘進、注漿施工、管片拼裝等環節的質量，還需要強化人員管理，加大應急預案的管理力度，爭取在新時期的環境中營造良好的施工氛圍，確保施工質量和安全。同時，在保證建筑物安全的前提下，可以適當增加掘進土壓力，這樣有利于后期沉降控制。