超淺覆土大直徑盾構(gòu)近距離側(cè)穿古建筑隔離防護(hù)技術(shù)研究

中圖分類號：U455.43DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2205-5640-7623

作者簡介：王德平（1969—），男，本科，高級工程師，主要從事高速公路、城市道路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)管理等工作。

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，中心城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，以盾構(gòu)法下穿歷史文化保護(hù)區(qū)的工程不斷增加。以桐涇路北延工程為背景，介紹了大直徑泥水盾構(gòu)淺覆土穿越古文物建筑施工的防護(hù)措施：盾構(gòu)掘進(jìn)前，對保護(hù)古文物建筑采取鋼花管注漿加固的處理方式，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行適用性改造;掘進(jìn)過程中，采取掘進(jìn)參數(shù)合理設(shè)置、盾構(gòu)姿態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整、克泥效應(yīng)用等措施;掘進(jìn)后，對二次注漿壓力采取精準(zhǔn)控制措施。通過施工全過程對古文物建筑的防護(hù)，確保了淺覆土條件下大直徑盾構(gòu)的順利穿越。

關(guān)鍵詞：大直徑盾構(gòu) ?淺覆土 ?古文物建筑??注漿加固

Research on Isolation and Protection Technology of Ultra-Shallow Overburden Large-Diameter Shield Tunnel Through Ancient Buildings at Short Distance

WANG ?Deping

（Suzhou ?Jiaotou ?Planning ， Design ?and Construction ?Management ?Co.， ?Ltd.， ?Suzhou， ?Jiangsu Province， ?215007 ?China）

Abstract： With the acceleration of urbanization， the scale of the central city is expanding， and the number of projects penetrating the historical and cultural reserves by shield tunneling is increasing. ?Taking the north extension project of Tongjing road as the background， this paper introduces the protective measures for the construction of large-diameter slurry shield through ancient cultural buildings with shallow soil cover： before the shield tunneling， the treatment method of steel flower pipe grouting reinforcement is adopted for the ancient cultural buildings， and the applicability transformation of the shield machine is carried out; In the process of tunneling， measures such as reasonable setting of tunneling parameters， dynamic adjustment of shield posture， and application of mud control efficiency are taken; After tunneling， precise control measures shall be taken for the secondary grouting pressure. ?Through the protection of the ancient cultural relic building in the whole construction process， the smooth passage of large diameter shield under the condition of shallow soil cover is ensured.

Key?Words： Large ?diameter???shield; ?Shallow??overburden; ?Antique ?architecture;??Grouting ?reinforcement

因盾構(gòu)施工具有安全性高、對地面交通影響小、受氣候變化干擾小及對周邊構(gòu)筑物擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，目前在城市地鐵隧道中得到大量的應(yīng)用^[1]。但由于城市空間的局限性和地下隧道的功能要求，其穿越路線往往涉及人口稠密、建筑物密集地區(qū)，不可避免會(huì)遇到穿越建（構(gòu)）筑物的情況^[2-5]。此時(shí)，不僅要考慮盾構(gòu)隧道自身的安全性及穩(wěn)定性，同時(shí)還要保證盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工過程中周圍建（構(gòu)）筑物的安全，尤其對于歷史古建筑。我國古代木結(jié)構(gòu)建筑因結(jié)構(gòu)獨(dú)特、做工精致、格調(diào)典雅、文化底蘊(yùn)深厚，在世界建筑發(fā)展史上占據(jù)著重要地位。木結(jié)構(gòu)建筑中的榫頭部位截面相對較小，是結(jié)構(gòu)中最脆弱的部分，極易發(fā)生破壞。因此，在盾構(gòu)穿越木結(jié)構(gòu)建筑過程中，需要嚴(yán)格控制土體卸荷開挖引起的地表沉降，必要時(shí)對古建筑采取預(yù)防加固措施予以保護(hù)^[6-9]。

結(jié)合蘇州桐涇路北延工程，針對大直徑泥水盾構(gòu)旅游景區(qū)淺覆土下穿古文物建筑赦建報(bào)恩禪寺施工技術(shù)開展研究，以期降低盾構(gòu)施工對古建筑的不利影響，為類似工程提供借鑒。

1?工程概述

1.1?工程簡介

蘇州桐涇路北延工程起于西塘河南岸，向南采用隧道上跨蘇州軌道交通6號線清塘路地鐵站，下穿清塘路、山塘河、滬寧城際鐵路、京滬既有鐵路、北環(huán)快速路，終點(diǎn)位于西園路與現(xiàn)狀桐涇北路交叉口。道路全長約2067.267m。道路等級為城市主干路，道路紅線寬度39～66m，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h。

本標(biāo)段為桐涇路北延工程TJL-SG1標(biāo)段。本標(biāo)段起于清塘路南側(cè)，終點(diǎn)位于西園路與現(xiàn)狀桐涇北路交叉口。本標(biāo)段道路實(shí)施長度約1753.267m。萬順樓至北環(huán)快速路區(qū)段，采用泥水平衡式盾構(gòu)法施工，長度490m，盾構(gòu)外徑13.25m。如圖1所示，盾構(gòu)右線隧道側(cè)穿敕建報(bào)恩禪寺，隧道邊線距報(bào)恩禪寺約10.7m，隧道埋深約10.2m。盾構(gòu)隧道管片外徑、內(nèi)徑分別為12.05m、13.25m，每環(huán)2m寬。

1.2?地質(zhì)條件

如圖2所示，本工程地層主要以素填土①、黏土②、粉質(zhì)粘土②、粉土③、粉砂③、黏土⑤為主;隧道盾構(gòu)段依次穿越地層主要以黏土②、粉質(zhì)黏土②、粉土③、粉砂③、粉質(zhì)黏土④、黏土⑤為主;北側(cè)工作井地層自上而下依次為雜填土①、素填土①、黏土②、粉質(zhì)黏土②、粉土③、粉砂③為主。盾構(gòu)隧道穿越區(qū)域上部覆土主要以素填土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂地層為主，隧道斷面內(nèi)地層主要為③層粉土、③層粉砂、④層粉質(zhì)黏土、⑤層黏土。左線埋深6.47～12.59m，右線埋深6.47～13.15m，埋深均不足一倍洞徑。含水層頂板埋深約25～38m，富水性及透水性中等。

1.3?古建筑物現(xiàn)狀

如圖3所示，蘇州敕建報(bào)恩禪寺位于山塘街，是清代康熙十三子怡賢親王祠（乾隆十三年詔賜“敕建報(bào)恩禪寺”，俗稱“十三阿哥行宮”），為市控制保護(hù)建筑。現(xiàn)保存之山門，臨街面河，為磚砌三樓一拱門牌坊式樣翼以八字磚墻，雄偉壯觀。怡親王允祥，賢是謚號。與雍正最為友善，竭心輔助，總理戶部。薨后，雍正大為悲慟，并“詔奉天（沈陽）、直隸（北京）、江南（蘇州）、浙江（杭州）各為王立祠”，為皇親國戚中“振古未有之榮”。

2?盾構(gòu)穿越赦建報(bào)恩禪寺的風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)穿越時(shí)，右線隧道邊線距報(bào)恩禪寺約10.7m，隧道埋深約10.2m。盾構(gòu)穿越赦建報(bào)恩禪寺的風(fēng)險(xiǎn)主要存在以下兩個(gè)方面：一是在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工中刀盤對土體的擾動(dòng)力極大，很容易對周圍土體土層造成影響或破壞;二是盾構(gòu)推進(jìn)完成后進(jìn)行的二次注漿，會(huì)對土體土層造成影響或破壞。在下穿古文物建筑赦建報(bào)恩禪寺時(shí)，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和注漿壓力控制不當(dāng)，極易引文物建筑地層破壞嚴(yán)重，造成地面裂縫、坍塌破壞文物建筑造成不可挽回的歷史文化損失及經(jīng)濟(jì)損失等嚴(yán)重后果。

3?穿越赦建報(bào)恩禪寺準(zhǔn)備工作

3.1?盾構(gòu)機(jī)適用性改造

盾構(gòu)機(jī)型號為DZ288由鐵建重工生產(chǎn)的間接控制式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，由于本工程的地質(zhì)條件及施工特點(diǎn)，中鐵十四局集團(tuán)和鐵建重工集團(tuán)聯(lián)合研制盾構(gòu)機(jī)并對其優(yōu)化改造。其中，刀盤開口率達(dá)到41%;主驅(qū)動(dòng)增加2臺(tái)250kW驅(qū)動(dòng)電機(jī);為應(yīng)對粉砂層及黏性土層，為提高掘進(jìn)施工效率，升級改造了盾構(gòu)機(jī)的氣墊倉內(nèi)沖刷系統(tǒng);新增克泥效注入設(shè)備，目的在于精確控制地表沉降、快速填充盾體外圍空隙。

3.2?加固處理措施

3.2.1 定制鋼花管

廠家預(yù)先定制鋼花管，鋼花管的尖端制成尖頭圓錐形，尾部焊接有8mm的鋼筋環(huán)，每10～20cm鉆一次管壁。孔的直徑為6～8mm，尾部長度不小于50cm作為不鉆孔的止?jié){段。加工三角支架安裝鋼花管，鋼花管焊接過程中需臨時(shí)固定牢固，鋼管的尾端露出足夠的長度。如圖4所示，根據(jù)施工圖，測量員在開挖面上準(zhǔn)確標(biāo)記小管的孔位置。使用氣動(dòng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆頭直徑比設(shè)計(jì)的管道直徑大20mm以上鉆孔偏差應(yīng)不大于5cm，并且鉆孔深度應(yīng)大于鋼花管的長度。

3.2.2 注漿

注漿漿液采用水灰比為1：1的水泥漿，使用KBY-50注漿泵注入水泥漿，在注漿之前，施工5～10cm厚的混凝土以密封工作面，形成注漿板。在注漿之前，沖洗管道中的沉積物，然后從下往上進(jìn)行。單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求值，注漿持續(xù)10分鐘，注漿速度為初始注漿速度的1/4或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%以上。主要注漿參數(shù)為：注漿壓力0.5～2.0MPa，漿料初始凝結(jié)時(shí)：1～2min，采用普通硅酸鹽水泥和中細(xì)砂。

為確保下穿赦建報(bào)恩禪寺及段落周邊建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，對盾構(gòu)段右線K1+232.3-K1+392段采取徑向注漿，注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿：水玻璃=1：1（體積比）;水泥漿水灰比W/C=1：1。注漿壓力：0.5～1.0MPa，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定最佳注漿量及注漿壓力。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，嚴(yán)禁注漿區(qū)范圍內(nèi)地表隆起及構(gòu)造物、管線的破壞，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整注漿速度和注漿量。盾構(gòu)在注漿前應(yīng)對漿液進(jìn)行詳細(xì)的配比及注漿試驗(yàn)，選定合適的漿液配比及注漿量，保證所選漿液配比、強(qiáng)度、耐久性等物理力學(xué)指標(biāo)符合《注漿技術(shù)規(guī)程》（YS/T 5211-2018）等相關(guān)規(guī)范要求及其他設(shè)計(jì)施工要求，以確保漿液注射的最佳效果。

3.2.3 加固施工測量檢測

為確保盾構(gòu)穿越安全，在穿越過程中，對赦建報(bào)恩禪寺及周邊既有房屋建筑沉降和差異沉降、道路及地表沉降進(jìn)行監(jiān)測。對盾構(gòu)機(jī)隧道管片結(jié)構(gòu)豎向位移和凈空收斂進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)檢測結(jié)果及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，滿足地表沉降差控制值15mm，頂部水平位移控制值10mm，承重結(jié)構(gòu)最高處水平振動(dòng)值0.2mm/s的要求。根據(jù)檢測制定的方案提前布點(diǎn)，采取原始數(shù)據(jù)，根據(jù)要求在施工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，如發(fā)現(xiàn)異常采取相應(yīng)制定的措施進(jìn)行整改確保文物建筑不被損壞。

4 冠梁現(xiàn)澆加固及破除恢復(fù)

4.1?冠梁現(xiàn)澆加固

注漿完成后的鋼花管頂部以冠梁鏈接加固范圍為赦建報(bào)恩禪寺基礎(chǔ)兩側(cè)3m內(nèi)。如圖5所示，冠梁為現(xiàn)澆梁，梁的縱向主筋為20抗震螺紋鋼，橫向筋為14抗震螺紋鋼，箍筋為12的圓鋼，拉鉤為10的圓鋼。按設(shè)計(jì)要求先對鋼筋進(jìn)行加工，然后運(yùn)至施工區(qū)域安裝綁扎，最后使用C30標(biāo)號混凝土進(jìn)行澆筑。

4.2 冠梁破除恢復(fù)

破除恢復(fù)采用空壓機(jī)風(fēng)鎬人工破除，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)安全穿越后，進(jìn)行冠梁破除，破除部分為現(xiàn)澆的所有混凝土。破除完成后，覆蓋原始渣土，恢復(fù)場地原始地貌，并進(jìn)行場地移交。最后設(shè)備及人員材料退場。

5 結(jié)語

依托工程中，大直徑盾構(gòu)淺覆土下穿赦建報(bào)恩禪寺的建設(shè)條件復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)大、社會(huì)關(guān)注度高。為確保順利穿越，本文通過對古文物建筑采用施工全過程防護(hù)措施：盾構(gòu)掘進(jìn)前，對保護(hù)古文物建筑采取鋼花管注漿加固的處理方式，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行適用性改造;掘進(jìn)過程中，采取掘進(jìn)參數(shù)合理設(shè)置、盾構(gòu)姿態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整、克泥效應(yīng)用等措施;掘進(jìn)后，對二次注漿壓力采取精準(zhǔn)控制措施。工程效果表明，采用上述技術(shù)有效保障了淺覆土條件下大直徑盾構(gòu)順利穿越古文物建筑。

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