關(guān)于盾構(gòu)在粉土中連續(xù)下穿新老舊密集建筑物的沉降控制

劉志明 吉晉榮 章菁

摘 要：以杭州地鐵1號(hào)線富春路站至秋濤路站至城站站區(qū)間盾構(gòu)工程為例，本文針對(duì)盾構(gòu)在粉土中連續(xù)下穿新老舊密集建筑物的沉降控制進(jìn)行了分析，同時(shí)介紹了盾構(gòu)施工期間的沉降控制措施，從而希望能夠?qū)π吕吓f密集建筑物的沉降進(jìn)行有效的控制。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道；建筑物；施工措施

引 言

現(xiàn)在城市地鐵公共交通模式出現(xiàn)了可靠、安全、高速以及容量大的特點(diǎn)，因此很多城市為了緩解日趨緊張的城市交通問題，都將地鐵公共交通模式作為了首選模式。城市地鐵建設(shè)現(xiàn)在開始逐漸的深入，因此無法避免地鐵隧道在密集建筑物下通過，比如杭州地鐵1號(hào)線富春路站至秋濤路站至城站需要穿越大片街坊、貼沙河、鐵路、杭州火車站、高架候車室、鐵道綜合大樓等建筑物，所以必須要對(duì)建筑物沉降進(jìn)行正確的預(yù)測(cè)，從而能夠采取相應(yīng)的有效措施，最終使地鐵隧道在密集建筑物下通過時(shí)的施工安全得到確保。

1 工程概況

富春路站～秋濤路站（樁號(hào)K9+022.70～K9+662.84）設(shè)計(jì)使用年限為100年，區(qū)間隧道左線長(zhǎng)673.815m，右線長(zhǎng)580.315m，雙線全長(zhǎng)1254.13；最小坡度為2‰，最大坡度為13.994‰，最小埋深12.744m，最大埋深為19.712m。需要穿越大片街坊、貼沙河、鐵路、杭州火車站、高架候車室、鐵道綜合大樓等建筑物。富春路站～秋濤路站上部埋深19.7m內(nèi)除淺表層填土外為沖海相的粉土、粉砂，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚度略大，第12層圓礫埋深較淺，頂板標(biāo)高-29～-22m；秋濤路站～城站站上部埋深20.8m內(nèi)除淺表層填土為外沖海相的粉土、粉砂，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚度薄，圓礫埋深略深，其頂板標(biāo)高-35.8～-36.4m。

2 盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境影響的分析和預(yù)測(cè)

2.1 盾構(gòu)推進(jìn)施工技術(shù)引起地面沉降的主要因素

（1）盾構(gòu)推進(jìn)的時(shí)候造成的地層損失，其中會(huì)有多種因素導(dǎo)致地表沉降，主要包括開挖工作面土體移動(dòng)、盾構(gòu)后退、土體擠入管片與盾構(gòu)之間的建筑空隙、盾構(gòu)施工中改變推進(jìn)方向、管片的變形和隧道的沉降；

（2）受擾動(dòng)土的再固結(jié)：首先，由于孔隙水壓力在地層因土體中發(fā)生變化產(chǎn)生排水固結(jié)變形最終導(dǎo)致地面出現(xiàn)了沉降的現(xiàn)象；其次，土體在受到較大的擾動(dòng)之后，就會(huì)有持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的壓縮變形出現(xiàn)在土體骨架當(dāng)中，在這個(gè)土體蠕變過程當(dāng)中就會(huì)出現(xiàn)地面沉降。

2.2 地基土對(duì)隧道掘進(jìn)的影響

由于軟硬不同土性地層存在于掘進(jìn)過程當(dāng)中，因此非常容易出現(xiàn)盾構(gòu)偏離、排土過多以及軟弱層超挖等各種因素導(dǎo)致的地面下沉和；由于淤泥質(zhì)和粉質(zhì)粘土土質(zhì)為高含水，所以其土體結(jié)構(gòu)非常容易在外動(dòng)力作用下受到破壞，驟然降低了土體強(qiáng)度，導(dǎo)致出現(xiàn)開挖面失穩(wěn)的情況。與此同時(shí)，由于土層具有較強(qiáng)的粘性，所以容易導(dǎo)致出現(xiàn)盾構(gòu)設(shè)備或管道堵塞的情況。

2.3 地表沉降的預(yù)測(cè)

盾構(gòu)施工中引起的地表沉降，可用派克（peck）法估算。即假定盾構(gòu)施工引起的地表沉降是在不排水情況下發(fā)生的，所以沉降槽的體積應(yīng)等于地層損失的體積，地面沉降量的橫向分布估算公式為：

3 盾構(gòu)施工的沉降控制措施

針對(duì)秋濤路站～城站站區(qū)間盾構(gòu)連續(xù)下穿157幢新老舊民房時(shí)，對(duì)盾構(gòu)施工的沉降進(jìn)行了實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，有關(guān)監(jiān)測(cè)工作中采取的相關(guān)措施如下：

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)

由于建筑物較為密集，按照常規(guī)的布點(diǎn)思路，導(dǎo)致許多地面軸線監(jiān)測(cè)點(diǎn)、剖面監(jiān)測(cè)點(diǎn)無法布設(shè)，我們本著能夠使地面沉降在盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)安全受控，同時(shí)還能量化的地表變形值反應(yīng)出來，實(shí)際中遵照了以下方法執(zhí)行：

（1）當(dāng)隧道下穿房屋時(shí)，建筑物各個(gè)角點(diǎn)布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在隧道穿入房屋位置以及穿出房屋位置的地面上布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在房屋以外的空地區(qū)域均按照每五環(huán)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每30m一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面布設(shè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)遇至障礙物時(shí)，在影響范圍內(nèi)距離適當(dāng)調(diào)整。

（2）由于房屋的密集以及房屋類型的多樣化導(dǎo)致部分布設(shè)好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)不具備觀測(cè)條件。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，有的房角連正常進(jìn)出通道都沒有，在這種情況下，在保證建筑物安全受控為前提下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件實(shí)時(shí)機(jī)動(dòng)布點(diǎn)。

3.2 增加監(jiān)測(cè)頻率

施工前所得初始數(shù)據(jù)為三次觀測(cè)平均植，以保證原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在盾構(gòu)穿越期間每隔四小時(shí)進(jìn)行跟蹤測(cè)量。待盾構(gòu)穿越后，沉降趨于穩(wěn)定時(shí)，逐漸減少監(jiān)測(cè)次數(shù)，并恢復(fù)正常監(jiān)測(cè)，待地面沉降穩(wěn)定后方可停止監(jiān)測(cè)。

在盾構(gòu)穿越期間，有專職人員晝夜對(duì)需控制的建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，及時(shí)觀察結(jié)構(gòu)的變形情況。采取先進(jìn)的通訊手段，每一次測(cè)量成果都及時(shí)匯報(bào)給施工技術(shù)部門，以便于施工技術(shù)人員及時(shí)了解施工現(xiàn)狀和相應(yīng)區(qū)域管路變形情況，確定新的施工參數(shù)和注漿量等信息和指令，并傳遞給盾構(gòu)推進(jìn)面，使推進(jìn)施工面及時(shí)作相應(yīng)調(diào)整，最后通過監(jiān)測(cè)確定效果，從而反復(fù)循環(huán)、驗(yàn)證、完善，確保建筑物安全和隧道施工質(zhì)量。

在盾構(gòu)穿越樓房后，后期沉降仍會(huì)對(duì)房屋的安全造成不利的影響，因此必須持續(xù)對(duì)房屋的沉降、傾斜進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，并根據(jù)變化量，及時(shí)對(duì)相應(yīng)位置進(jìn)行二次注漿，有效降低房屋的后期沉降，直至樓房沉降趨于穩(wěn)定。

3.3 盾構(gòu)施工期間輔助措施

因?yàn)槎軜?gòu)下穿前沉降預(yù)測(cè)值都在有效的控制值范圍中，因此不用實(shí)施建筑物加固措施，要想對(duì)地層損失率進(jìn)行有效的控制，只需要利用一定的施工輔助措施就可以對(duì)建筑物沉降進(jìn)行有效的控制。在盾構(gòu)施工的過程中主要采取了以下幾方面的輔助措施：

（1）首先在穿越建筑物的時(shí)候，需要保證不宜過慢或者過快的盾構(gòu)推進(jìn)速度，如果過快的話，很容易由于較大的土壓和較大的推理導(dǎo)致四周的土體受到影響，最終引起較大的建筑物沉降；如果太慢的話很容出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象，而且很難及時(shí)的跟進(jìn)同步注漿量，最終引起較大的建筑物沉降。

（2）將管片占有體積以及盾構(gòu)機(jī)理論開挖量作為根據(jù)，針對(duì)注漿量進(jìn)行計(jì)算，通過對(duì)注漿量的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)施工的沉降控制。

（3）在穿越建筑物的時(shí)候，應(yīng)該保證在20mm以內(nèi)的盾構(gòu)姿態(tài)正負(fù)控制，并且要控制在10mm以內(nèi)的前后差值，一旦出現(xiàn)較大的變差，就容易出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象，最終使沉降不斷的加大。

（4）在穿越建筑物的時(shí)候，必須要加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)的監(jiān)測(cè)工作，在盾構(gòu)穿越之前每天進(jìn)行3次監(jiān)測(cè)，在盾構(gòu)穿越時(shí)與穿越后五環(huán)之內(nèi)需要保證每天進(jìn)行3次到4次的監(jiān)測(cè)，在盾構(gòu)通過之后，如果出現(xiàn)小于1mm/d的變形量，就可以適當(dāng)?shù)臏p少為每周進(jìn)行2次監(jiān)測(cè)，直到確保建筑物的沉降得到有效的控制。

3.4 盾構(gòu)施工期間建筑物沉降情況

秋濤路至城站站區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)約為：總推力為1571KN，推進(jìn)速度為2.7cm/min，土倉(cāng)壓力為0.25MPa，注漿量為7.0方，同步注漿壓力約0.45MPa。以下截取了秋濤路至城站站區(qū)間右線下穿建筑物時(shí)的相關(guān)施工掘進(jìn)參數(shù)的曲線圖和建筑物變化速率曲線圖：

在以上參數(shù)情況下，匯總建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，受影響最大單體建筑物為下沉有-14.2mm，地鐵沿線中最大單點(diǎn)沉降值為-22.2mm，以下為各建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化曲線圖：

從上圖可以看出，沉降變化分布很不均勻，在F26至F36建筑物之間、F75至F88之間以及F122附近產(chǎn)生明顯的沉降盆，根據(jù)當(dāng)時(shí)的施工工況，結(jié)合隧道沿線的地質(zhì)情況，可以得出，由于掘進(jìn)過程中出現(xiàn)過偶爾漏漿、盾構(gòu)機(jī)停機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)等現(xiàn)象導(dǎo)致而成地層損失，進(jìn)而導(dǎo)致地表建筑物沉降較為明顯。在盾構(gòu)推進(jìn)過后，我們對(duì)所有建筑物進(jìn)行了為期6個(gè)月的后續(xù)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，所有建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)均已經(jīng)穩(wěn)定，至2011年11月30日，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化速率均小于0.04mm/d。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以杭州地鐵1號(hào)線富春路站至秋濤路站至城站站區(qū)間盾構(gòu)工程為例，介紹了關(guān)于盾構(gòu)在粉土中連續(xù)下穿新老舊密集建筑物的沉降控制，可以通過針對(duì)盾構(gòu)施工的沉降進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)，并且在盾構(gòu)施工期間采取一定的輔助措施，最終對(duì)盾構(gòu)施工中建筑物的沉降進(jìn)行有效的控制。

參考文獻(xiàn)

[1]姚宣德，王夢(mèng)恕.地鐵淺埋暗挖法施工引起的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011（10）.

[2]許江，顧義磊，康驥鳴.隧道與地表構(gòu)筑物相互影響的研究[J].巖土力學(xué)，2013（06）.

[3]宋克志，王夢(mèng)恕，孫謀.基于Peck公式的盾構(gòu)隧道地表沉降的可靠性分析[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（04）.

[4]范新健，王海平，張慶賀，王世友，白貴呈.盾構(gòu)近距離掘進(jìn)對(duì)建筑物的損傷及其保護(hù)措施[J].中國(guó)科技信息，2013（03）.