盾構(gòu)施工側(cè)穿城市立交結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性及施工控制措施研究

摘要：對(duì)盾構(gòu)法施工在穿越城市立交結(jié)構(gòu)時(shí)的技術(shù)挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行深入探討，通過(guò)實(shí)際監(jiān)測(cè)分析，闡述盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)城市立交結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，并提出了相應(yīng)的施工控制措施。盾構(gòu)施工會(huì)擾動(dòng)周圍土體，引發(fā)地面沉降和地層移動(dòng)，對(duì)鄰近建筑物造成變形影響，因此在施工中需嚴(yán)格控制土倉(cāng)壓力、出渣量及推進(jìn)速度等掘進(jìn)參數(shù)，并采取注漿加固等措施，以減少地層擾動(dòng)。同時(shí)需要通過(guò)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速、扭矩、推進(jìn)速度及推力等參數(shù)，確保施工安全和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)掘進(jìn)；立交結(jié)構(gòu)；參數(shù)調(diào)整；沉降

0" "引言

隨著城市化的快速推進(jìn)和交通需求的不斷增長(zhǎng)，城市地下軌道交通系統(tǒng)建設(shè)逐漸成為緩解城市交通壓力、提升城市交通效率的重要手段。盾構(gòu)法施工以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如自動(dòng)化程度高、施工速度快、對(duì)地面交通影響小等，在城市軌道交通建設(shè)中占據(jù)了重要地位[1]。然而，隨著城市地下空間的不斷開(kāi)發(fā)，盾構(gòu)施工常常需要穿越復(fù)雜的環(huán)境，尤其是城市立交結(jié)構(gòu)，這無(wú)疑增加了施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

一旦立交結(jié)構(gòu)在盾構(gòu)施工過(guò)程中受到影響，將直接威脅到城市交通的安全和效率，甚至可能引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。因此研究盾構(gòu)法施工側(cè)穿城市立交結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性及施工控制措施，對(duì)于確保施工安全、保障城市立交結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的意義[2]。

本研究旨在通過(guò)分析盾構(gòu)法施工側(cè)穿城市立交結(jié)構(gòu)的實(shí)際案例，探討盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)城市立交結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，為盾構(gòu)施工技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展提供重要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全和質(zhì)量提供有力保障。

1" "盾構(gòu)施工對(duì)鄰近建筑物的影響

盾構(gòu)法施工側(cè)穿城市立交結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜且風(fēng)險(xiǎn)較高的工程活動(dòng)。該過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)不可避免地?cái)_動(dòng)周圍土體，導(dǎo)致地面沉降和地層移動(dòng)。這些沉降和移動(dòng)會(huì)通過(guò)樁基等傳遞到鄰近建筑物，引發(fā)建筑物的變形，如整體沉降、局部?jī)A斜以及墻體裂縫等[3]。特別是當(dāng)建筑物與施工線路較近或位于施工影響范圍內(nèi)時(shí)，其受到的影響尤為顯著。變形嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)影響建筑物的正常使用，甚至對(duì)其結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅。

此外，盾構(gòu)法施工還會(huì)引發(fā)地層應(yīng)力的重新分布。隨著盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，地層中的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)發(fā)生顯著變化，影響鄰近建筑物的地基承載力。當(dāng)?shù)鼗休d力受到影響時(shí)，建筑物的荷載將無(wú)法得到充分支撐，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的變形[4]。

基于此，在盾構(gòu)法施工過(guò)程中，必須采取有效的措施來(lái)監(jiān)測(cè)和控制鄰近建筑物的變形情況，以確保施工活動(dòng)的順利進(jìn)行和建筑物的安全穩(wěn)定。其中包括加強(qiáng)地質(zhì)勘察、優(yōu)化施工方案、采取加固措施以及設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警等，只有這樣才能最大程度地減少盾構(gòu)法施工對(duì)鄰近建筑物的影響。

2" "工程概況

2.1" "工程基本情況

濱海新區(qū)軌道交通B1線一期工程土建施工第七標(biāo)段，涵蓋車站北路站至廣州道站區(qū)間，全長(zhǎng)約2065m，采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行施工。該線路優(yōu)雅地沿河北路向南延伸，毗鄰河北路立交橋，穿越繁華的泰達(dá)大街后優(yōu)雅右轉(zhuǎn)，抵達(dá)廣州道站。

區(qū)間內(nèi)配置聯(lián)絡(luò)通道及廢水處理泵房，縱斷面呈V型坡，左右線路坡度各具特色。隧道上方覆土深度介于10.57～21.42m之間，為隧道結(jié)構(gòu)提供了穩(wěn)固的保護(hù)。區(qū)間隧道采用圓形單洞單線設(shè)計(jì)，兩臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)自廣州道站雙向始發(fā)，向車站北路站掘進(jìn)。

河北路立交橋橫跨12跨，泰達(dá)大街上方為4跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁，下部以1.5m×1.5m的八角墩柱支撐，墩下設(shè)有承臺(tái)，承臺(tái)下則精心布置了9根直徑為1.1m的樁基，樁長(zhǎng)41m，與隧道區(qū)間的最小水平距離保持在9.05m。

泰達(dá)大街兩側(cè)各設(shè)4跨簡(jiǎn)支T梁，每跨跨度20m，橋面下部由兩個(gè)1.2m×1.2m的八角墩柱支撐，墩柱下是單根直徑為1.5m的樁基，樁長(zhǎng)43m。橋頭引板下設(shè)置4根直徑為1.2m的樁基，樁長(zhǎng)達(dá)46m，與隧道區(qū)間的最小水平距離約為5.52m。

2.2nbsp; "工程地質(zhì)條件

工程水文地質(zhì)條件呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性，區(qū)間側(cè)穿立交橋覆土埋深約19.59～22.56m，主要穿越粉質(zhì)黏土、粉砂地層，為承壓含水層。

3" "盾構(gòu)近距離側(cè)穿立交橋施工要點(diǎn)

3.1" "設(shè)備選型

近距離側(cè)穿立交橋施工時(shí)，設(shè)備選型需兼顧安全、效率與成本。依據(jù)地質(zhì)條件及適應(yīng)性評(píng)審要求，該工程選擇土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，以確保掘進(jìn)穩(wěn)定。此外，考慮建筑物保護(hù)需求，需要選用具備精確導(dǎo)向與低擾動(dòng)特性的盾構(gòu)機(jī)，以減少施工對(duì)建筑物的影響。

3.2" "盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

盾構(gòu)法施工的掘進(jìn)參數(shù)需嚴(yán)格控制，以確保土倉(cāng)壓力穩(wěn)定，維持開(kāi)挖掌子面穩(wěn)定。同時(shí)為保證盾構(gòu)機(jī)連續(xù)快速、低擾動(dòng)通過(guò)立交橋，確保隧道線形和地面沉降，需要嚴(yán)控推進(jìn)速度、轉(zhuǎn)速和注漿壓力。

3.2.1" "土倉(cāng)壓力控制

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果和建筑物特性，合理設(shè)定土倉(cāng)壓力，確保開(kāi)挖掌子面穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速或推進(jìn)速度，維持土倉(cāng)內(nèi)土壓力與開(kāi)挖面地層土壓力動(dòng)態(tài)平衡。參照區(qū)間側(cè)穿立交橋時(shí)相對(duì)埋深，將土壓設(shè)定值為0.2～0.21MPa。

3.2.2" "出渣量控制

通過(guò)稱重設(shè)備（皮帶稱重設(shè)備+門式起重機(jī)出渣稱重計(jì)量設(shè)備）計(jì)算出渣方量，比對(duì)設(shè)計(jì)出土量，避免超挖。

3.2.3" "推進(jìn)速度、轉(zhuǎn)速控制

精細(xì)的速度控制，是盾構(gòu)近距離側(cè)穿立交橋施工技術(shù)的關(guān)鍵，有助于減少地層擾動(dòng)，保護(hù)建筑物安全。

盾構(gòu)近距離側(cè)穿立交橋時(shí)，推進(jìn)速度、轉(zhuǎn)速等需嚴(yán)格控制。推進(jìn)過(guò)快易導(dǎo)致地層擾動(dòng)大，影響建筑物安全，推進(jìn)過(guò)慢則影響施工效率。同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)姿態(tài)和地層變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)，確保施工安全和質(zhì)量。

3.3" "盾構(gòu)側(cè)穿立交橋施工

3.3.1" "基于試驗(yàn)段確定盾構(gòu)機(jī)施工參數(shù)

為探索地層特性，將前100m設(shè)為試驗(yàn)段。隧道正式側(cè)穿河北路立交橋從第710環(huán)啟動(dòng)，至第880環(huán)時(shí)盾尾完全脫離立交橋，此段長(zhǎng)度約為255m，隧道埋深約21m。基于試驗(yàn)段獲取的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合地表沉降數(shù)據(jù)，將盾構(gòu)機(jī)土壓調(diào)整為0.23MPa，將推進(jìn)速度控制在40～50mm/min，保證連續(xù)快速。同步注漿量跟進(jìn)，每環(huán)注漿量7m3左右，注漿壓力維持在0.3MPa上下，以保障漿液充足。施工過(guò)程中，每隔4環(huán)進(jìn)行一次二次補(bǔ)漿，確保管片壁后漿液飽滿，以提升隧道成型質(zhì)量，預(yù)防地表沉降。

3.3.2" "嚴(yán)格控制出土量

穿越地層中粉砂承壓水層占比高達(dá)90%，伴有少量黏土層，整體地層偏軟且含水量大，為此需要嚴(yán)格控制出土量。結(jié)合稱重計(jì)量裝置換算，將出土量控制在理論值54.5m3/環(huán)左右，避免過(guò)量出土引發(fā)地表沉降，進(jìn)而對(duì)橋樁安全構(gòu)成威脅。

3.3.3" "嚴(yán)控糾偏量

掘進(jìn)期間，姿態(tài)調(diào)整幅度不宜過(guò)大，每環(huán)糾偏量不超過(guò)5mm，以確保成型管片質(zhì)量。

4" "盾構(gòu)近距離側(cè)穿立交橋時(shí)設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)分析

在立交橋每段橋墩布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隧道洞內(nèi)每隔10m布設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備參數(shù)，期間豎向最大沉降為7.34mm，在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。以下結(jié)合側(cè)穿立交橋期間，對(duì)盾構(gòu)機(jī)相關(guān)監(jiān)測(cè)參數(shù)系統(tǒng)分析。

4.1" "轉(zhuǎn)速及扭矩監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

4.1.1" "監(jiān)測(cè)結(jié)果

刀盤轉(zhuǎn)速及扭矩參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖1所示。由圖1可以看出，盾構(gòu)機(jī)在近距離側(cè)穿立交橋時(shí)，刀盤轉(zhuǎn)速保持相對(duì)的穩(wěn)定性，其波動(dòng)范圍在1.2～1.5r/min之間。隨著掘進(jìn)地層的變換，刀盤轉(zhuǎn)速并未隨之展現(xiàn)出明顯的線性增長(zhǎng)或下降趨勢(shì)，而是維持了一種相對(duì)平穩(wěn)的波動(dòng)態(tài)勢(shì)。此外，隨著掘進(jìn)里程的不斷增加，刀盤扭矩呈現(xiàn)出一種逐漸增大的趨勢(shì)。

4.1.2" "結(jié)果分析

分析認(rèn)為，側(cè)穿立交橋附近無(wú)暗樁分布等不可控狀況，盾構(gòu)機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地保持在一個(gè)適當(dāng)范圍內(nèi)，確保了作業(yè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

隨著掘進(jìn)里程的不斷增加，刀盤扭矩呈現(xiàn)出一種逐漸增大的趨勢(shì)，主要是由于隨著地質(zhì)條件變化，掘進(jìn)深度的增加，需要克服的土壓、水壓等阻力也隨之增大。隨著掘進(jìn)里程的推移扭矩逐漸增大，反映了地層條件變化與設(shè)備掘進(jìn)參數(shù)的相對(duì)關(guān)系。

4.2" "推進(jìn)速度及推力監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

4.2.1" "監(jiān)測(cè)結(jié)果

推進(jìn)速度及推力參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2可以觀察到，隨著盾構(gòu)機(jī)在立交橋下方的掘進(jìn)工作持續(xù)推進(jìn)，推進(jìn)速度呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)性。

具體而言，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)從起始里程18120掘進(jìn)至終止里程17864過(guò)程中，推進(jìn)速度在45～50mm/min區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。盡管存在波動(dòng)，但推進(jìn)速度整體上仍保持在較為穩(wěn)定范圍內(nèi)。與此同時(shí)，隨著掘進(jìn)里程的不斷增加，總推力也呈現(xiàn)出相應(yīng)的波動(dòng)變化趨勢(shì)。

4.2.2" "結(jié)果分析

分析認(rèn)為，在特定的掘進(jìn)段，如掘進(jìn)段718～727環(huán)，即盾構(gòu)機(jī)穿越地質(zhì)條件復(fù)雜地層時(shí)，為了達(dá)到足夠的切削效果和掘進(jìn)效率，需要增大總推力。而在其他掘進(jìn)段，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)處于偏軟的地層中時(shí)，總推力則相應(yīng)降低。盾構(gòu)機(jī)根據(jù)地層變化靈活調(diào)整推力，推力范圍14000～19000kN。

為了提升推進(jìn)速度，往往需要增加總推力來(lái)提供足夠的支持，以確保盾構(gòu)機(jī)能夠順利穿越各種地層。值得注意的是，過(guò)大的推力可能會(huì)對(duì)立交橋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生潛在的不利影響。因此在實(shí)際操作中，需要在推進(jìn)速度和推力之間找到一個(gè)恰當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)，以確保施工的安全和效率。

隨著掘進(jìn)里程的不斷累積，盾構(gòu)機(jī)需要穿越更多具有不同特性的地層。這不僅對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)能力和適應(yīng)性提出了更高的要求，也需要施工團(tuán)隊(duì)密切關(guān)注掘進(jìn)參數(shù)的變化，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)做出調(diào)整，以確保盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

5" "結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)法施工在城市地下軌道交通建設(shè)中扮演著重要角色，但其穿越城市立交結(jié)構(gòu)時(shí)帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。本文通過(guò)深入分析盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)城市立交結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，揭示了盾構(gòu)施工過(guò)程中的土體擾動(dòng)、地面沉降和地層移動(dòng)等關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速、扭矩、推進(jìn)速度及推力等關(guān)鍵參數(shù)，來(lái)確保施工過(guò)程的可控性和安全性。

在本工程軟土且富含承壓水層的地層中側(cè)穿立交橋等建筑物時(shí)，將推進(jìn)速度保持在45mm/min左右，將土壓相對(duì)臨界壓力上調(diào)0.2MPa并維持住。同時(shí)將刀盤設(shè)為轉(zhuǎn)速1.4r/min，以適應(yīng)刀盤扭矩，確保平穩(wěn)、快速側(cè)穿立交橋。這些措施的實(shí)施不僅有助于保護(hù)鄰近建筑物的安全，還能提升盾構(gòu)施工的整體效率和質(zhì)量。

綜上所述，本研究為盾構(gòu)施工技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展提供了重要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全和質(zhì)量提供了有力保障。

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