盾構在上軟下硬地層中穿越建筑物施工控制

李 長 山

(中鐵七局集團有限公司，河南 鄭州 450016)

盾構在上軟下硬地層中穿越建筑物施工控制

李 長 山

(中鐵七局集團有限公司，河南 鄭州 450016)

通過對深圳地鐵5號線盾構下穿碧海花園小區施工控制情況進行總結分析，重點論述了輔助措施的重要性與局限性，分析了在上軟下硬地層條件下，盾構掘進所不可避免的風險，并探討了盾構穿越該段的主要施工技術措施，為同類工程施工積累了經驗。

上軟下硬地質，盾構，建筑物，風險

0 引言

目前盾構法隧道更多的面臨著在各種復雜條件下，穿越建筑物的風險，盾構工法雖然在安全、快速、環保等方面是最優的隧道施工工法，但在上軟下硬地層中，難免對上層土體造成擾動，而造成較大地層位移，引起建筑物不均勻沉降及上部結構的附加變形，甚至導致建筑物開裂破壞。深圳地鐵5號線翻靈區間右線局部在DK4+481.882～DK4+581.634段下穿碧海花園小區，長約100 m，歷時55 d。通過地面補勘、注漿加固、注漿填倉、換刀等措施，雖然安全通過，但也出現很多險情，并造成房屋局部出現開裂。以下通過對施工過程的全面分析，找出施工存在的問題和需要改進方面。

1 工程概況

1.1 碧海花園小區概況及與隧道相對位置

翻身站～靈芝站區間盾構隧道右線在DK4+481.882～DK4+581.634下穿碧海花園。碧海花園是一個生活小區，共有7棟樓。

原樓房設計無地質資料，采用柱下獨立基礎，承臺下樁基采用φ480沉管灌注樁，單樁設計承載力60 t/根，貫入度控制ε≤3.5 mm，有效樁長17 m。按17 m有效樁長計算，該建筑物樁基與隧道拱頂最近距離為1.14 m。

區間隧道與碧海花園的1號、2號、3號樓斜穿過，盾構掘進在DK4+481.882處進入碧海花園小區范圍，在DK4+581.634后離開小區范圍。該段長度為99.75 m。穿越部分的樓房為2層和8層的混凝土框架樓房，見圖1，圖2。

1.2 該段地質概況

該段隧道拱頂埋深為19.5 m～22.5 m。隧道拱頂以上地層

主要為：從下至上是10 m厚的礫質粘性土，5 m厚的砂層和3 m～4 m回填土。隧道斷面范圍地層為礫質粘性土、全風化花崗巖和強風化花崗巖，下部有微風化硬巖凸起，強度80 MPa～120 MPa，見圖2。

2 工程風險分析

2.1 建筑物存在的風險

建筑物為磚混結構、采用柱下獨立基礎，承臺下樁基采用φ480沉管灌注樁，單樁設計承載力60 t/根，樁基與隧道拱頂最近距離為1.14 m，當地層擾動過大時，將破壞樁基承載力，造成建筑物基礎及其結構發生破壞,并導致建筑物沉降開裂。

對策：盾構機通過前，預埋注漿管,隨盾構機通過時根據沉降變化情況實施跟蹤注漿,控制沉降。

2.2 地質風險

隧道拱頂為約10 m厚的礫質粘性土，5 m厚的砂層,隧道斷面范圍地層為礫質粘性土、全風化花崗巖和強風化花崗巖，下部有硬巖凸起。硬巖強度在80 MPa～120 MPa之間，刀盤破挖下部硬巖時，會對隧道頂部砂層產生擾動并塌落,造成隧道過度超挖,進而導致地面發生較大沉降,甚至坍塌事故。

對策：超前注漿加固軟弱地層。

2.3 設備風險

掘進過程中刀具突遇下部凸起硬巖后，造成滾刀刀圈崩斷脫落，使刀具報廢。

對策：提前檢修設備，更換重型刀具，加強換刀頻次。

3 盾構穿越該段采取的主要施工技術措施

1)在到達該區段前,先對盾構設備進行全面維修保養，將盾構機除中心4把滾刀外，其余35 把邊緣的滾刀全部更換為重型滾刀,對盾尾的最后一排尾刷也進行了更換。通過此次維修,提高盾構破巖能力，杜絕盾構機漏漿問題;

2)初步計劃在通過3號樓和2號樓時，分別進行一次刀具檢查更換，里程在DK4+508，DK4+581附近，考慮在建筑物下帶壓換刀風險大，而地面又不具備加固條件，因此計劃采用先帶壓進倉檢查，根據情況再注漿填倉，常壓開倉換刀的方法進行;

3)對通過范圍進行地質補勘，以進一步了解小區段隧道范圍地質情況，同時在受影響的房子外側布置好監測點，嚴密監測房子沉降變形情況及地表沉降情況；

4)對于1號樓范圍上軟下硬段，提前從2號豎井小里程掌子面進行上半斷面及拱頂外側2 m范圍土體注漿加固；

5)全部采用土壓平衡模式進行掘進,保證土倉壓力在1.9 bar左右,在推進和停機過程中保持土壓基本穩定,不要出現過大的波動；

6)在盾構機通過時，加強盾構機掘進速度、土倉壓力和盾構機姿態控制等參數控制，加強同步注漿和二次注漿，減少地面隆起或沉陷，確保盾構機快速、平穩通過該地段；

7)加強監測，通過監測信息及時反饋，對各項施工參數進行調整。同時根據盾構出土量等參數變化情況，及時采取地面補強注漿，以減小地面及建筑物的沉降變形。

4 施工控制情況

1)進入3號樓之前，參數相對正常：掘進速度為37 mm/min，扭矩0.6、推力1 300 t；進入3號樓后，參數為掘進速度為23 mm/min、扭矩1.8、推力1 378 t。進入2號，1號樓后，隨著巖石硬度增高和巖面高度增高的變化，掘進速度逐漸變低，扭矩逐漸增大，土溫逐漸升高，刀盤震動及響聲逐漸加大。穿越1號樓時，速度降到5 mm/min以下、推力達到1 600 t、扭矩達2.7，隨后幾環速度幾乎為零。此時下部硬巖強度超過80 MPa，硬巖高度超過刀盤中心。

2)刀具損壞情況：由于巖石硬度高，巖面不平整，刀盤震動很大。通過2號樓時發生中心雙刃滾刀刀圈崩斷脫落，后檢查發現中心刀承密封破壞。通過1號樓時，發生9號刀圈崩斷，刀體掉入土倉的情況。期間共進行三次注漿填倉，常壓換刀。

3)3號樓到1號樓之間未采取預加固措施，盾構機刀盤下穿3號樓時，沉降點變化速率較大，最大時達-6 mm/d，后將土倉壓力上調0.02 MPa，之后監測數據恢復正常。通過2號樓東側時，因刀盤震動加大，掘進速度降低，對土體擾動的影響也隨之加大，該處沉降量達到-28 mm。后進行二次注漿，和地面跟蹤注漿加固。盾構通過3個月后沉降維持在-38.2 mm不變。但2號樓東側墻體出現裂縫。

4)通過1號樓時，由于停機次數多時間長，再加上巖石強度高，推進速度慢等因素，對上部砂層的擾動量和頻次大幅增強，因此對1號樓下上半斷面注漿加固防沉降效果不明顯，1號樓沉降也達到-40 mm，一層住戶地面開裂，樓房墻體出現裂縫。

5)盾構下穿前后房屋傾斜率變化，均控制在規范允許范圍之內，第三方測得最大傾斜率2.8‰，小于最大允許值3‰。

5 結語

雖然盾構在上軟下硬地層中成功穿越建筑物，基本控制了較大沉降的發生,沒有造成地面坍塌和建筑物破壞。但通過總結，認為有以下兩點值得思考和借鑒:

1)在半斷面硬巖連續分布地層中掘進存在的問題：a.刀具消耗量大，需頻繁停機換刀及再啟動脫困等，而產生擾動；b.刀盤震動大，易造成土體坍塌；c.盾構機存在被困甚至癱瘓的風險。因此，當沉降控制要求高，且無條件進行加固時，應選擇繞行或采用其他工法施工。

2)掘進過程中，通過觀察掘進參數、碴土成分、刀盤響聲和震動情況，分析開挖面地層，判斷刀具和刀盤情況。根據情況及時果斷安排刀具檢查或更換，避免刀具、刀盤出現非正常損壞，導致盾構機癱瘓。

[1] 王 暉,譚 文,黃威然.廣州地鐵三號線北延段盾構隧道工程施工技術研究[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 竺維彬,鞠世健.復合地層中的盾構施工技術[M].北京：中國科學技術出版社，2011.

Construction control of shield crossing architecture with hardness-downward and softness-upward geology

Li Changshan

(ChinaRailway7thBureauGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450016,China)

Through analyzing construction control conditions of shield crossing Bihai huayuan community of Shenzhen subway No.5 line, the thesis mainly discusses the importance and limits of assisting measures, discusses shield crossing risks under hardness-downward and softness-upward geology, and explores its major shield crossing construction technology measures, which has accumulated experience for similar engineering construction.

hardness-downward and softness-upward geology, shield, architecture, risk

2014-12-18

李長山(1963- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)06-0152-02

U455.43

A