盾構長距離小半徑曲線穿越平房區施工分析

李楠楠

(中鐵十八局集團市政工程有限公司，天津 300222)

盾構是目前我國地鐵工程施工中常用的方法，和明挖、暗挖等地鐵工程施工技術相比，盾構施工可實現地鐵隧道開挖、支護、管片安裝、襯砌等同時操作。可大幅度提升施工效率，縮短施工工期。但在具體施工中經常需要穿越一級風險工程，如平房區、加油站區、管線區域等，任何一個細節控制不當，都會引起較大的安全隱患和事故。因此，需要調整施工方案，以保證施工質量和效率。多數情況下，盾構隧道都是沿著道路下規劃的，但也有部分需要穿越上部建筑物，此時，盾構在掘進過程中，就會對周圍土體造成較大的擾動和流失，引起地面下沉，破壞上部建筑物。影響土體擾動程度的因素包括推進速度、出土量、注漿控制效果等。盾構長距離小半徑曲線施工中，對土體造成的擾動比較大，更易引起沉降問題，上部構筑物存在較大風險。為降低對原有地基及基礎造成的擾動，保證施工任務能夠順利完成，本文以北京地鐵17號線工程為例，結合盾構長距離小半徑曲線穿越平房區的地鐵施工項目，對盾構掘進施工中出現的問題進行總結分析。

1 工程概述

北京地鐵17號線工程在十里河—潘家園區間(簡稱：十—潘區間)里程K16+812～K17+305范圍內最小半徑曲線320.0 m平行下穿平房區，平房區為層數6層以下磚混結構。區間結構最小垂直距離為16.5 m，穿越粉細砂、細中砂、粉質黏土層。盾構掘進應堅持“控制擾動，安全、連續、快速均衡通過”的原則[1]，杜絕在通過房屋時停機。盡量減少盾構施工過程中的地層變形對房屋的影響，通過控制盾構掘進參數、注漿參數來減少對地層的擾動。盾構下穿平房區平面位置如圖1所示。

圖1 盾構下穿平房區平面位置示意圖

2 施工總體方案設計

為保證施工質量，降低對既有平房造成的影響，在施工方案設計之前，先進行了全方位的地質勘查和實地走訪調查，獲得了十—潘區間里程段隧道埋設、地質情況和下穿風險工程之間的空間關系，提出相應的施工指導方案，可簡單概括為“安全、連續、快速、均衡通過”，并確定施工原則為“壓力合理、防范失水、快速掘進、嚴密監測、快速反饋”。通過加強監測，控制好盾構機的掘進參數等，可有效保證盾構施工影響一級風險工程范圍內的交通安全。同時在通過一級風險工程區之前，做好停機檢查、維修保養盾構機等相關工作，以保證盾構機處于良好的運行狀態，安全、順利、連續、均衡地通過一級風險工程區。

3 盾構試驗段施工

按照穿越10～50環試驗段的情況，為最大限度降低對平房區一級風險工程造成的不良影響，本工程在盾構穿越平房區之前，選擇長度為50 m的路段里程作為試驗段。在試驗段中每道工序都遵循一級風險工程的規定要求施工，且依據類似工程經驗指導試驗段施工。在整個試驗段施工中，需要注重對盾構掘進狀態、出渣量、地表沉降數據的檢查和記錄，作為調整盾構穿越平房區參與調整的主要依據，以保證盾構姿態、掘進參數、出渣量、注漿量、注漿壓力、脫出盾尾及徑向二次補漿效果等全部符合施工要求。通過對記錄數據的分析，總結出在平房區地層施工中的最佳掘進參數，從而更加科學合理地指導和掌握一級風險工程的盾構施工，以保證平房區的地鐵施工任務能夠順利完成[2]。

4 盾構長距離小半徑曲線平行下穿平房區

4.1 做好房屋保護

4.1.1 做好觀測工作

平房區屬于典型的一級風險工程區，在盾構長距離小半徑曲線穿越平房區時，需要做好房屋保護工作，對房屋的結構特點、地表沉降、附近管線情況等進行全面查詢，一旦發現問題及時向項目部進行匯報。在案例工程施工中，為及時、準確地掌握盾構長距離小半徑曲線穿越平房區時對房屋沉降造成的影響，布置了很多沉降觀測點，沿既有建筑沿線布設垂直沉降觀測點、裂縫觀測點[3]。同時按照地鐵沿線建筑物基礎形式和地鐵隧道之間的對應關系和技術規范，確定最大的沉降量和沉降差的警戒值。

4.1.2 小半徑曲線段嚴格控制盾構糾偏量

盾構長距離小半徑曲線段中需要嚴格控制盾構的糾偏量，以便在正面沉降良好的情況下，完成穿越平房區的施工任務，嚴格控制盾構姿態變化量和變化的頻率。在正常推進時不應急糾偏和猛糾偏，以降低對周圍土體造成的擾動程度。此外，還要嚴格控制同步注漿和壁后二次注漿質量，同步注漿量應在盾尾間隙的150%～180%之間，按照房屋沉降監測反饋的數據，及時采取處理措施，調整漿液配合比和注漿量，保證壓漿工序的施工質量，從而將屋面沉降控制到最小范圍中，保證施工質量[4]。本工程施工中采取的預偏方式如圖2所示。

圖2 預偏示意圖

4.1.3 控制同步注漿及壁后二次注漿質量

施工前對拌漿工進行技術交底，嚴格按照漿液配比進行漿液拌制。采用同步自動注漿，保證漿液勻速、均勻、連續地壓注，防止推進尚未結束而注漿停止情況的發生。在盾構掘進過程中根據地表影響范圍內房屋監測反饋數據，必要時采取盾尾后3～5環進行壁后二次注漿以控制房屋后期沉降，壁后每隔1環進行二次補漿，注漿材料為雙液漿。

4.2 盾構掘進中的控制

就案例工程而言，穿越的平房區為典型的一級風險工程區，存在很多不確定的風險。為保證施工質量和安全性，降低對平房區造成的影響和擾動，在盾構掘進中需要做好控制措施，可從以下4個方面同時入手：

一是盾構在穿越平房區之前，不能急于求成，要停機檢修，保證盾構機各構件和性能都處于良好狀態，再一次性通過[5]。

二是做好小半徑曲線盾構狀態控制，盾構在穿越平房區前，需要對各個測量控制點進行復核校正，保證盾構水平控制不超過100 mm/環，垂直控制在5 mm/環左右，具體的掘進參數控制如表1所示。

表1 盾構掘進參數控制

圖3 盾構掘進中的控制

四是加強施工監測對盾構穿越施工進行全過程監測，變形控制標準：平房區周邊地面沉降量≤15 mm、隆起量≤5 mm、最大變形速率≤1 mm/d、傾斜控制值≤0.002。盾構刀盤與平房區域的水平距離表示為L。L≤20 m時，監測頻率為1～2次/d；20 m

4.3 地表滯后沉降控制

在盾構長距離小半徑曲線穿越平房區的地鐵施工中，地表滯后沉降控制是重中之重，為提升控制效果，需要結合滯后沉降的成因選擇有針對性的控制措施。在盾構施工中以前地表沉降的因素包括：1)出土量太大，每階段螺旋輸送機出土量大于對應的推進距離；2)發生了噴涌問題；3)注漿量不足，無法填充上盾構推進之后形成的空隙。針對這3種原因，可采取如下技術措施：

1)對每環出土總量核查是否超出限制，特殊情況下，適當加大檢查頻率。應急措施為：迅速關閉螺旋輸送機，停止出土，分析成因，采取減少出土推進和停止出土的方法。

2)對可能發生噴涌的地段，需先對土倉下部進行氣壓疏水操作，并加強渣土改良力度，以提升其和易性。應急措施：立即關閉螺旋輸送機，停止出土，分析成因。先用氣壓疏水，如效果較差，及時改良土倉下部的聚合物[7]。

3)保證同步注漿量≥4.43 m3，且注漿壓力>1.0～3.0 Pa。應急措施：立即停止盾構掘進，在保證壓力達標的情況下，加大同步注漿量，及時對脫出盾尾的管片進行二次注漿填充。具體地表滯后沉降控制如圖4所示。

圖4 地表滯后沉降控制

在具體的注漿施工中需要嚴格控制注漿量，案例工程在盾構施工中，盾構機的直徑比管片圓環直徑大，所以管片在脫離盾尾之后會和周圍土體之間存在一定的空隙，該空隙大小的理論值計算公式為：

(1)

式中：D為盾構的外徑，m；d為管片的外徑，m；lG為管片的長度，m。在進行同步注漿中，漿液在填充該空隙時也會滲透到周圍的土體上，所以所注漿量應該還包括滲入土體的量。其計算公式為：

V′=β·V。

(2)

式中：β表示注漿量調整系數，這和土體的性質、注漿壓力、漿體材料等密切相關[8]。每環壓入量應為建筑空隙的130%～180%，本工程同步注漿量≥4.43 m3，滿足施工要求。

4.4 施工效果分析

在盾構施工中，經采用盾構長距離小半徑曲線穿越平房區施工方法，在施工之前進行全方位勘察，結合周圍地質情況，并加強對穿越平房的保護力度。在施工中密切關注上部平房的情況，合理調整盾構推進參數。經檢測平房區周邊地面沉降量≤15 mm、隆起量≤5 mm、最大變形速率≤1 mm/d、傾斜控制值≤0.002。各數據均滿足施工要求，有效保證了施工安全和施工質量，值得類似工程參考借鑒。

5 結語

綜上，結合工程實踐分析了盾構長距離小半徑曲線穿越平房區的地鐵施工要點，結果表明：平房區屬于典型的一級風險工程區域，在地鐵施工中，如果需要穿越平房區，可采取盾構長距離小半徑曲線穿越施工技術。但在具體施工中，需要加大管理力度和質量控制力度，在進行盾構水平或垂直糾偏的過程中，必然會增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。因此在盾構機進入一級風險工程影響范圍之前，將盾構機調整到良好的姿態，并保持良好姿態穿越平房區。在盾構穿越的過程中盡可能勻速推進，最快不大于80 mm/min；盾構糾偏不可過大、過頻，控制每環糾偏量≤5 mm(垂直、水平)，以減少盾構施工對地層的擾動影響。嚴格按照相關規范和標準進行施工，才能最大限度上保證地鐵施工質量，避免對既有平房造成影響，從而獲得更大的效益。