盾構近距離側穿在施深基坑風險分析及技術措施

劉 輝

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

盾構近距離側穿在施深基坑風險分析及技術措施

劉 輝

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

以沈陽地鐵二號線一期土建工程某盾構近距離穿越正在施工深基坑為例，結合工程的水文地質條件，分析了盾構穿越深基坑時的主要風險點，在此基礎上確定了有針對性的科學合理的施工措施，為施工的順利進行奠定了基礎。

盾構，深基坑，風險，技術措施

盾構施工因其對地面影響小、適應性廣、無噪聲無污染、施工速度快和安全性能高等特點，已成為城市隧道施工的主要施工方法。隨著城市軌道交通的發展，盾構近距離穿越地下建筑的情況比較頻繁，由于相鄰兩標段施工不協調，沈陽地鐵二號線奧會區間盾構施工時需穿越一段正在進行開挖作業的風道結構，現以此為背景，介紹土壓平衡盾構平行通過凈距離為2.1 m的風道基坑施工經驗，為今后同類型工程提供有益的借鑒。

1 工程概況

1.1 項目概況

沈陽地鐵二號線奧體中心站—會展中心站盾構區間隧道采用土壓平衡式盾構掘進，起止里程為K16+335.050～K17+538.363，盾構開挖斷面直徑為6.28 m，從奧體中心站開始始發掘進，在K17+509.318時將平行于會展中心站1號風道掘進，隧道外輪廓線距1號風道圍護結構邊緣為2.11 m，在盾構到達K17+526.418時，隧道外輪廓線距離風道灌注樁邊緣為2.81 m，盾構將平行通過長約27.90 m的風道到達終點里程。

會展中心站1號風道為地下雙層一柱兩跨鋼筋混凝土框架結構，外包尺寸為38.3 m×10.7 m×11.2 m,基坑底標高為29.77 m,圍護結構采用φ800@1 200 mm，C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，其中K17+509.318～K17+526.418樁底標高為21.75 m，K17+526.418～K17+538.363樁底標高為23.95 m,樁間采用掛網加噴射C25級混凝土支護,基坑分別于標高42.7 m及37.2 m處架設兩道鋼支撐。圖1，圖2為區間隧道與風道結構相對位置關系。

1.2 水文地質情況

地表標高為43.87 m，盾構機底標高為28.4 m,埋深為15.2 m，此段地層由上而下主要為2.5 m～3 m厚雜填土，6 m～7.5 m厚③-1粉質粉土，12 m～15 m厚③-3中粗砂，盾構穿越的地層主要為③-3中粗砂層，隧道頂部為粉質粘土。由于會展中心站1號風道正在降水狀態，地下水位處于盾構機底部50 cm。

2 實際施工情況

2.1 基坑施工情況

會展中心站1號風道基坑開挖已完成90%，K17+509.318～K17+513.318段基坑開挖至底板上1 m，K17+513.318～K17+538.363段基坑已全部開挖完成，由于施工的滯后性部分樁間網噴未完成施工，第二道鋼支撐架僅架設了3根，見圖3，此外由于在進行圍護結構施工時K17+526.418處受降水井影響，有一根鉆孔灌注樁未施工。

2.2 盾構施工情況

從盾構到達風道前施工情況來看，總體推力為1 800 t～2 000 t左右，掘進速度為45 mm/min～55 mm/min,土倉上部壓力為0.07 MPa,底部壓力為0.12 MPa，掘進狀態良好。

3 風險分析

1)樁體剪切破壞。本基坑采用鋼支撐輔以鋼圍檁支護，有效的確保圍護結構的整體性，故支撐系統架設的好壞直接影響到基坑的穩定，由于會展中心風道結構鋼支撐未架設完成，臨近到達端同時為基坑開挖完成部分，鋼支撐未架設，盾構通過風道圍護結構時，由于盾構機離樁體較近，掘進過程中對周邊土體擾動，加上對兩側土體的側壓力較大可能導致樁體剪切破壞。2)盾構保壓困難，造成地表沉降，樁背后土體松動，灌注樁往外偏移、傾斜，導致鋼支撐軸力釋放，失穩滑落，給基坑施工帶來嚴重的安全隱患。由于區間隧道中線距離灌注樁邊緣5.25 m～5.95 m，近距離平行通過會展中心站1號風道開挖基坑，在土壓盾構機掘進過程中，一般為半土壓半氣壓的模式進行掘進，區間隧道與風道間降水區域內為砂礫層，孔隙率大、滲透性好，在風道的掛網噴漿護壁沒有完成或未達到設計要求時，土倉內氣壓會從樁間空隙泄漏，無法保證掌子面壓力平衡，導致地表塌陷，擾動樁背土層，造成樁體往基坑外側偏移，鋼支撐軸力迅速釋放，支撐松動滑落，給風道基坑帶來嚴重隱患。3)盾構受困于地層中。若待風道完成底板側墻施工后，盾構再進行掘進，盾構至少需在此地層中停機超過一個月,由于砂礫石地層中，地層收斂能力強，若盾構長時間停留于地層中，地層收斂很容易將盾殼體卡住，盾構脫困時需加大推力，增加運轉負荷，導致振動過大，過分擾動掌子面，基坑的安全。另外，受到長時間停機影響，容易造成堵倉、糊面板，導致盾構恢復掘進困難。

4 應對措施

4.1 風道施工應對措施

1)對滯后的施工項目加快進度，完善施工。由于基坑施工的滯后性，部分地方樁間網噴、第二道鋼支撐及鋼圍檁未完成，為確保盾構順利通過，在未完成施工的區域加快進度，確保盾構通過前完成所有工序的施工。2)為防止鋼支撐滑落，在鋼支撐與鋼圍檁上增設一道軟連接，用鋼絞線將支撐與圍檁連接為一體。3)加強初期支護強度。在缺少鉆孔樁部分樁間采用掛雙層鋼筋網，同時提高噴射混凝土的厚度，由原設計10 cm提高至20 cm，此外在盾構高度1.5倍范圍內將樁間網噴厚度增加至15 cm，增強薄弱面的保壓能力。4)增加監測頻率與手段。分別于K17+502，K17+521，K17+529上布置沉降槽，根據掘進速度加大對鋼支撐軸力的監測力度，并于基坑樁體上布置收斂點隨時監控樁體的偏移。5)加強現場巡視。安排專人24 h不間斷對風道情況及地表和洞門情況進行巡查，出現異常情況立即反饋，以便及時采取措施。

4.2 盾構掘進控制措施

1)調整盾構掘進參數，增加適量的外加劑確保掌子面的穩定。為防止盾構在通過風道段掘進的過程中對1號風道周邊的地層造成較大的擾動影響風道的安全，所以在通過風道段掘進過程中要嚴格控制掘進參數，盡量減小盾構掘進對地層的擾動。降低刀盤轉速，減輕與礫石的碰撞沖擊，減小盾構掘進對地層的擾動，刀盤轉速擬控制在0.7 r/min左右。適當降低掘進速度，掘進速度控制在25 mm/min～30 mm/min，加強盾構姿態調整與控制；為減少掘進推力，在盾構殼體與開挖面之間注入適量的膨潤土，既能減少殼體與周圍土體的摩擦力，也能有效控制土體的收斂；在保證土倉壓力不變的情況下，適當調整氣壓和土壓的比例，降低氣壓比例并減少泡沫注入量，增加膨潤土的注入量提高土壓的比例，充分利用注入的膨潤土在掌子面形成泥膜，減少氣體通過礫砂層的空隙外泄，確保土倉壓力穩定，減少土體的擾動破壞；根據掘進速度，嚴格控制出土量，嚴禁出現超挖現象，以保證土體的穩定。2)提高管片拼裝質量，保證同步注漿質量。在盾構掘進過程中根據盾構機姿態、盾尾間隙、油缸行程等做好管片選型工作，確保管片安裝質量，防止因管片拼裝選型問題出現卡盾現象，掘進參數不穩定，影響到掌子面的穩定；在掘進過程中嚴格控制好同步注漿質量，及時填充管片背后的環形間隙的同時控制好注漿壓力，防止因壓力過大造成基坑側壓力過大破壞樁間網噴，通過調整漿液的質量，適當加快漿液初凝速度，保證管片的穩定，減少注漿時側壓力對基坑噴混面的影響。3)控制盾構的掘進姿態。本著“平、穩”的原則，防止因姿態變化過大使掘進參數波動頻繁，而影響掌子面的穩定。4)嚴格控制地下水位，防止施工過程中地下水位上升，對掘進及基坑穩定造成不利影響。

4.3 做好充分的應急措施

施工現場儲備充足的回填料和噴漿材料等應急物資，一旦險情出現，能及時控制；加大監測頻率，根據每天監測數據調整掘進參數，確保掘進過程的穩定順利;設置專人24 h巡查基坑和掘進路線地面情況,若有問題能及時反饋。

5 結語

通過以上技術措施，取得了很好的效果。近距離通過風道基坑施工順利完成，地面沉降最大為8.9 mm；樁間網噴混凝土也未出現裂縫；樁體收斂、側移得到有效控制，鋼支撐軸力變化在掘進過程中不超過7%。盾構近距離通過深基坑過程，不僅需要增加基坑圍護結構的強度及整體性能，同時嚴格控制盾構的參數，確保盾構在有序、可控的狀態下通過，將風險降低至最小。此次近距離通過深基坑施工，在確保施工期基坑安全穩定的情況下，取得了良好的經濟與社會效益，為以后的同類工程提供了有益的借鑒。

[1] 沈陽地鐵二號線12標施工組織設計[Z].

[2] 張鳳祥.盾構隧道[M].上海：人民交通出版社,2004.

On risk analysis of deep foundation pits in shield close-distance side crossing and its technical measures

Liu Hui

(ChinaRailwayTunnelCo.,Ltd,Zhengzhou450000,China)

Taking some shield close-distance crossing deep foundation pit under construction of No.1 Period civil project of No.2 Line along Shenyang Subway as the example, the paper analyzes main risk points in the shield crossing deep foundation pits by combining with its engineering hydrological and geological conditions, and identifies the scientific and reasonable construction measures based on the previous points, so as to lay the foundation for the smooth construction.

shield, deep foundation pit, risk, technical measures

2015-01-10

劉 輝(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)08-0194-02

U455

A