盾構近距離下穿房屋接收技術

【摘要】針對距離盾構接收井9m有兩棟70年代建設的4層淺基框架磚混結構房屋，盾構覆土最小6m，采用端頭井注漿加固、房屋周邊袖閥管注漿加固、超長大管棚支護等預加固方式，盾構施工中加強監測，根據監測數據調整掘進速度、土壓力、同步注漿量、注漿壓力、推進壓力等盾構掘進參數、改良土體、及時進行二次注漿，順利穿越淺基房屋并安全接收。

【關鍵詞】盾構；預加固；下穿；接收；淺基房屋

1、前言

成都地鐵3號線出入段線盾構接收端距離接收井9m處有兩棟4層淺基框架磚混結構房屋，接收端盾構埋深最小6m，盾構掘進并穿越該房屋時，容易擾動地層或者盾構參數選取不合理，導致房屋基礎承載力不滿足受力要求、房屋產生不均勻沉降或地表隆起，進而使房屋結構面臨裂縫、傾斜和倒塌的風險。若房屋結構變得不穩定勢必將影響其使用功能，盾構近距離下穿房屋接收存在很大的施工風險。

2、工程概況

成都地鐵3號線一期出、入段線盾構區間分別從天回鎮南站站前、熊貓大道站站后引出，終止于車輛段盾構接收井，出段線長1317.744m，入段線長879.921m。出、入線段分別在CDK1+381.6～CDK1+393.6、RDK0+890.0～RDK0+932.5下穿兩棟七十年代的4層淺基框架磚混結構房屋，房屋基礎形式為混凝土結合磚砌條形擴大基礎，上部為1.2m的鋼筋混凝土圈梁，下部為0.5m磚砌墊層，基礎埋深1.7m，下穿房屋段盾構隧道最小埋深6.0m。出段線位于R=350m曲線上，入段線位于直線上，出入段線均位于豎曲線的36‰的上坡段。

2.1工程地質

出入段線穿越房屋地段地質情況從上到下依次為素填土、粘土、全風化泥巖、強風化泥巖。各層土的構成和特征如下：

1）第四系全新統人工填筑土層（Q4ml）

素填土：褐灰、灰黃色，稍濕，稍密，以粘性土為主，含少量卵石、磚粒等雜物。層厚1.00～4.10m

2）第四系中下更新統冰水沉積層（Q1+2fgl）

粘土：黃褐色、褐黃色，局部為灰褐色。硬塑，局部堅硬。含鐵、錳質氧化物結核，局部夾少量鈣質結核。該層裂隙發育，裂隙短小而密集，上寬下窄，較陡直而方向無規律性，將粘土切割成短柱狀或碎塊，隙面光滑，充填灰白色粘土薄層。區間內普遍分布，層厚為0.70～15.30m。

3）白堊系上統灌口組（K2g）

巖層頂面埋深為2.00～17.30m，與上覆第四系地層呈不整合接觸，地層為泥巖。根據泥巖層風化程度的不同，分為：

全風化泥巖：褐紅色、紫紅色夾灰白色，主要由粘土礦物組成，可塑，巖芯呈土柱狀，少量碎塊狀。本層沿線廣泛分布，發育厚度不均勻。區間內普遍分布。層厚為0.50～7.60m。

強風化泥巖：棕紅、褐紅色、紫紅色，泥質結構，裂隙較發育，巖芯多呈碎塊狀、短柱狀，巖質軟，為極軟巖，巖芯碎塊手可折斷，巖體基本質量等級為Ⅴ類。層厚為0.70～10.50m。

2.2水文地質

上層滯水主要賦存于粘土層之上的填土層中，大氣降水、溝渠水和附近居民的生活用水為其主要補給源。當降雨量在80mm以上時，多形成地表徑流，不利于滲入地下。由于其水量相對較小，對地下工程基本無影響。

本工程范圍內基巖為紫紅色泥巖，地下水賦存于基巖裂隙中，含水量較小，本段內泥巖滲透系數約為0.027～2.01m/d，平均為0.44m/d，屬弱～中等透水層。

3、施工難點

1）在盾構接收井與房屋之間有一道圍墻，靠近入段線接收井端頭位置處有一土堆，該土堆長6米，高在1.5米～2米，因土堆上有一電桿無法移除，受周圍環境的影響，出入段線盾構接收井端頭加固只能在圍墻內加固，端頭井距離圍墻最遠距離為11米，端頭加固范圍受限是一個難點。

2）出入段線下穿的房屋建造年代較遠，基礎為擴大基礎，預加固不到位或盾構穿越時引起地表沉降或隆起都會導致房屋受損。采取何種方式進行房屋及地層的預加固是盾構近距離下穿房屋接收成敗的關鍵。

3）盾構掘進參數的選擇及動態調整是影響盾構能否順利通過的一個主要因素。

4、加固方案

地層加固方案主要考慮盾構井端頭加固和房屋基礎加固。房屋加固主要針對房屋基礎和房屋范圍內土體進行預加固，各加固方案如下：

4.1盾構井端頭加固

盾構井端頭在盾構到達前采用袖閥管注漿加固，出入段線線路中線兩側各6m、從端頭井起縱向10m范圍內，采用間距0.8m×0.8m、深度4m的袖閥管進行注漿加固，共計150孔。入段線受土堆影響，土堆位置不加固。袖閥管套殼料采用水泥和膨潤土配制，水灰比1：1，水泥：膨潤土=1：1.5。注漿材料為水泥、水玻璃雙液漿，水灰比為1：1，水泥漿：水玻璃體積=1：1，水玻璃濃度：15-20比特。盾構井端頭加固袖閥管布置示意圖見下圖：

4.2房屋地基及周邊加固

房屋地基及周邊加固分兩次進行。第一次加固采用袖閥管注漿加固，加固范圍及參數為：

在房屋與盾構區間相交范圍及盾構邊緣外2倍洞徑范圍內，沿房屋基礎邊沿設置兩排袖閥管，排距1m，距離盾構邊緣1倍洞徑范圍內，袖閥管間距1m；距離盾構邊緣1-2倍洞徑范圍內，袖閥管間距2m。鉆孔直徑9cm，孔深4m，采用1：1水泥漿，注漿壓力控制在0.15-1.0MPa。

第二次加固采用斜孔袖閥管對房屋地基進行加固，加固范圍及參數為：

在隧道輪廓線以外，距離第一次加固好的外排袖閥管1米位置布置第一排鉆孔，距離第一次加固好的外排袖閥管2米布置第二排鉆孔。同時在開挖輪廓線外適當位置預留袖閥管根據需要進行注漿。鉆孔間距均為1米，鉆孔均為斜孔，鉆孔直徑9cm，長6.0米，與水平面夾角為60°。

4.3房屋范圍內土體加固

房屋范圍內土體加固采用超長大管棚進行注漿預加固。大管棚加固盾構隧道頂部120°范圍，詳細參數如下：

管棚長度60m，采用108mm壁厚6mm的無縫鋼管，管棚間距40cm，外插角：1°～2°，注漿采用1：1水泥漿液。房屋范圍內土體加固平面示意圖見下圖：

5、盾構下穿房屋及接收

預加固工作完成后，對加固效果進行檢驗，對管棚位置進行探測，確保沒有管棚鋼管侵入盾構開挖輪廓線范圍。對房屋進行監測點布置，取得初始讀數，準備工作完成后，開始進行盾構下穿房屋施工。

5.1盾構掘進參數調整

1）盾構推力控制在6000～9000kN之間；推進速度控制在20～40mm/min；刀盤扭矩控制在1500～3000（kN·m）；刀盤轉速控制在1～1.5rpm；土壓控制在0.04～0.07MPa；

2）出土量

出入段線盾構機直徑6.28m，管片長度1.2m，綜合松散系數取1.3，每環出土量應控制在48.3±1m3以內，根據刀盤轉速確定螺旋輸送機轉速，減少土體擾動。

3）注漿量

盾構直徑6.28m，管片外徑6.0m，管片寬度1.2m，每環的壓漿量一般為建筑空隙的1.30～1.80倍，根據公式可計算出注漿量理論值為4.2～5.8m3，實際通過房屋時，要實時觀測地面沉降，根據出土量調整注漿量。

4）注漿速度

同步注漿速度要和掘進速度相匹配，盾構完成一環掘進的同時要完成一環同步注漿，根據掘進的速度20～40mm/min，得出注漿時間為30～60min內完成當環注漿。

5.2掘進控制

1）嚴格控制盾構正面土壓力

根據地表監測數據、盾構埋深并結合該地區穿越建筑物時的參數確定土倉中心土壓力值，壓力波動控制在±0.02MPa。施工中及時總結最合理的土壓力及出土量，減小對土體的擾動。

2）推進速度控制

推進速度控制在20～40mm/min，最快不超過50mm/min。

3）出土量控制

每環出土量控制在理論值的±1m3之內，盡量減少地層損失率，使沉降量控制在最小范圍內。

4）掘進控制

嚴格控制盾構機的總推力和刀盤扭矩，在掘進中調節好渣土改良，避免壓力過高造成地面隆起。渣土改良采用泡沫劑與水組成的泡沫溶液，泡沫溶液配比為2.5%泡沫添加劑和97.5%的水，泡沫溶液添加率為20～25%。

5）嚴格控制盾構糾偏量

在盾構穿越房屋的過程中盾構姿態變化不可過大、過頻，控制每環糾偏量不大于5mm（高程、平面），控制盾構變坡不大于1‰，以減少盾構施工對地層的擾動影響。

6）管片拼裝

在管片拼裝過程中，加快拼裝進度，減少拼裝的時間，縮短盾構停頓的時間，盡可能快地恢復推進。

7）監控量測

在下穿房屋期間，實時跟蹤地面、隧道內的監測變形情況，根據監測數據及時的糾正掘進參數。

5.3盾構接收

1）盾構參數調整

盾構機距離洞門5米位置時減小推力，推力保持在6000～8000KN內，減小土倉壓力，掘進速度降低到5～10mm/min范圍，及時飽滿地進行回填注漿。盾構機在出洞前10米范圍內掘進時每環注漿量控制在4.2m3以上，每一環都要采用雙液漿進行二次注漿。

2）盾構接收安全措施

出洞前對測量導線進行復核，并對洞門位置進行精確測量，定出盾構機出洞的具體姿態，確保盾構機能順利出洞。

盾構機出洞前利用橫向加強肋對管片進行橫向加固，保證管片整體受力，并在出洞前對成型管片進行二次注漿。

盾構機出洞磨樁時安排專人在接收井和地面進行巡視，并與井下操作室保持及時有效的信息傳遞。

6、實施情況

通過對接收井端頭采用袖閥管進行注漿加固，對房屋進行直孔、斜孔袖閥管注漿加固，并在房屋范圍內施做長管棚進行注漿預加固，同時在盾構下穿及接收過程中采取了第四章所述的措施，盾構順利通過了房屋并接收。根據監測結果，兩棟房屋最大累計下沉量為4.1mm，最大累計隆起值為1.3mm（根據房屋評估結果，房屋下沉累計值不得大于18mm：隆起累計值不得大于10mm）。

結語：

1）盾構下穿淺基框架磚混房屋時，采用房屋周邊袖閥管注漿結合洞內超前管棚注漿進行預加固，通過實踐證明是有效和可行的；

2）在預加固可行的前提下，根據監測數據及類似經驗選擇合理的掘進速度、土壓力、同步注漿量、注漿壓力、推進壓力、土體改良等參數，對工程能否安全通過房屋影響重大。

參考文獻：

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作者簡介：

張麗英（1968.05-），女，高級工程師。