地鐵盾構穿越建筑物沉降控制措施

朱鑫磊（南寧軌道交通集團有限責任公司）

地鐵盾構穿越建筑物沉降控制措施

朱鑫磊
（南寧軌道交通集團有限責任公司）

為了有效解決某地鐵盾構長距離穿越建筑物群沉降控制的問題，通過相關工程經驗判斷沉降的規律，并采用Peck法公式對沉降進行理論計算，在此基礎上制定沉降控制措施和安全管理措施以對地表建筑群的沉降進行控制，從而確保地鐵盾構穿越施工的順利和建筑物的安全。

地鐵；盾構；長距離穿越；沉降控制

1　引言

目前在我國城市軌道建筑工程中，盾構的應用較為廣泛。地鐵盾構的施工往往需要穿越民法建筑物等。但是在盾構掘進施工過程中經常會引起建筑物出現較大的沉降而導致開裂的問題。因此當地鐵盾構穿越建筑物時，如何有效的對盾構掘進施工所引起的建筑物沉降進行控制，是一個非常重要的研究問題。在我國很多地鐵工程中，已有很多盾構成功穿越民房建筑物的案例，比如說文獻［1-3］闡述了地鐵盾構穿越軟土層時所采取的對民房建筑物沉降的控制措施；文獻［4-5］研究了地鐵盾構穿越民房建筑物時的風險影響因素，并提出了相應的控制沉降的措施；文獻［6］研究了地鐵盾構穿越條形基礎框架結構時對結構的影響。以上的文獻研究均闡述了地鐵盾構穿越建筑物時所采取的施工措施和監測手段。本文將以某一地鐵盾構施工實例為背景，闡述地鐵盾構穿越淺埋基礎建筑時需要采取的沉降控制措施。

2　工程介紹

2.1工程概況

本工程為某市一地鐵2號線施工建設項目。該工程某一區間線路的總長度為3.93km。該區間隧道的埋深為13.9～24.4m之間，隧道的外徑為6m。根據工程具體情況采用盾構法進行該區間隧道的施工。盾構型號為小松TM625PMM。刀盤采用半弧拱型復合式刀盤，開口率為41%。在該區間盾構施工中，需要穿越大量的民房建筑物，民房建筑物的段落占到了總長度的75%以上。這些民房建筑物主要是以砌體結構為主。這些民房群的分布較為密集，基礎大部分采用條形基礎，這給該區間地鐵盾構的施工帶來了很大的風險和難度。

2.2工程難點分析

⑴該區間分布較為密集的民房，多為磚混結構，民房使用年限較長，大部分已經老化嚴重，對基礎的沉降非常敏感，因此在地鐵盾構掘進施工中，對地表沉降的控制要求非常高。因此需要對該區間內民房的影響范圍進行區分，針對不同的影響程度制定相應的沉降控制措施和安全管理措施。

⑵該區間拱頂土層主要為圓礫-卵石層。這種土層在地鐵盾構的影響下容易出現失穩坍塌的問題。因此這是本工程地表沉降控制的最不利地層之一。因此在地鐵盾構掘進施工中，應選擇科學合理的施工參數和施工工藝，確保滿足施工的要求。

⑶該區間地鐵穿越的土層有填土層、粘性土層、粉土層、砂土層、礫卵石層，其中主要穿越礫卵石層，這種土層對盾構刀盤磨損較為嚴重，但是考慮到區間上方民房分布較為密集，盾構掘進施工中應避免停機換刀以防止引起較大的地表沉降。

3　沉降值與強烈影響區的預測

⑴工程類比：

在該區間內，大部分隧道段落是穿越民房建筑的，因此需要對地鐵盾構掘進施工的影響區進行準確的劃定，其中需要合理確定影響區范圍的大小。如果影響區范圍劃定得過大，則會增加監控人員的工作量；如果影響區范圍劃定的過小，則一部分民房可能無法監控到，這可能導致事故的發生，并且在民房區域范圍進行監測點的布置存在較大的難度，因此，應確定合理的盾構掘進施工的影響范圍，不僅有效地確保監控工作合理的進行，同時還可以最大程度地減小監控工作量。

選取本工程所在地區地質和工程情況較為相近的已施工1號線地鐵隧道工程，對其施工沉降監測數據進行分析和研究。根據分析結果可以知道，沉降曲線的反彎點基本是在距離中心線兩側10m的地方，沉降值一般是在6～8mm之間。在地鐵盾構施工中，盾構通過時和通過后地板的沉降略有不同，前者較小，在總沉降中占到了30%～40%之間，后者較大，占到了60%～70%之間。當地鐵盾構通過距離達到10～20m之間時，地表的沉降速率最大，而隨著通過距離的增大，沉降速度逐漸減小。當盾構的通過距離達到60～70m時，地表的沉降基本已達到穩定的狀態。

如圖1所示為1號線地鐵隧道某幾個區間內地表沉降橫斷面示意圖。

⑵Peck法公式理論計算

如圖2所示為Peck法的計算簡圖。采用Peck法可以對不同埋深地鐵盾構掘進施工所引起的地表沉降和影響范圍進行分段統計。Peck法的主要計算公式為：

式中，Smax代表地表的最大沉降；V代表地層的損失，該值在計算時需要考慮充填系數；i代表沉降槽曲線反彎點；Z為隧道中心處的埋深；Φ代表土層的內摩擦角。

圖1　1號線地鐵隧道某幾個區間內地表沉降橫斷面示意圖

圖2　Peck法的計算簡圖

采用Peck法公式即可對各區間的沉降值和影響區范圍進行計算。如表1所示，列舉了三個區間的最大沉降值和強烈影響區范圍。

根據Peck法公式的計算結果可以知道，一般情況下，地鐵盾構掘進施工所引起的地表沉降的主要影響因素為地質條件和施工控制，沉降值主要分布在7～10mm之間。地鐵盾構掘進施工所引起的地表沉降的最大值與隧道埋深有著非常密切的關系：當隧道的埋深在6～30m之間時，隨著隧道埋深的增加，地表沉降的最大值會隨之減小；隨著隧道埋深的增加，沉降差會隨之不斷減小，在同一橫斷面上，沉降的起伏變化逐漸減小。

表1　三個區間的最大沉降值和強烈影響區范圍

4　盾構穿越民房的沉降控制措施

4.1加強監測工作

⑴在地表沉降強烈影響區范圍內，對于C級民房，在盾構掘進施工之前，在其他地方安置居民，并在施工之后對C級民房進行修復；對于B級民房，應加強施工測量監控。

⑵在地表沉降強烈影響區范圍之外，需要對A、B、C級民房進行分段測量監控。一般情況下，段落的長度可以控制在30m。

4.2制定管理制度，做好技術交底

在地鐵盾構掘進施工穿越民房之前，本工程的項目經理部根據工程的具體情況制定完善的施工管理制度，同時做好了充分的施工準備，并對相關的施工人員進行詳細的技術交底。對于施工現場的工作人員嚴格要求他們密切注意施工的安全，從而確保地鐵盾構順利、安全的穿越民房。

4.3確保盾構施工的連續性

為了最大限度地減小盾構對地表沉降的影響，應確保盾構施工的連續性，在通過民房區域時避免出現停機的問題，因此需要做好施工材料和施工機械設備的保障。盾構施工中主要采用的施工材料包括管片、水泥、粉煤灰、膨潤土等。這種材料應根據工程的具體情況準備齊全，并在進入施工現場之前進行質量的檢驗，確保滿足要求。主要采用的施工機械設備包括龍門吊、電瓶車以及充電機等，這些機械設備應進行嚴格的檢查，確保處于良好的使用狀態。通過施工財力施工機械設備的準備以確保盾構連續穿越民房。

4.4嚴格控制進土壓力和出土量

當地鐵盾構穿越民房區段時，隧道的覆土深度在13.9～24.4m之間，在這一埋深情況下，盾構掘進施工通常應將土壓力控制在100～140kPa之間。土壓力如果升高，則會引起地表隆起，降低則會引起地表沉降，因此在盾構掘進施工中應嚴格保持土壓力的穩定。

根據設計圖紙的要求，本工程盾構每環掘進的長度為1.2m，因此計算所得的每環施工所能開挖出來的土方量理論值為35m3左右，根據相關的工程經驗可以知道，實際的土方量需要按照1.25的系數進行計算，因此，可以確定實際每環所開挖的土方量為43.75m3。在具體掘進施工中，應嚴格控制好每環土方的開挖量，不得出現多出土的問題。

4.5加強注漿施工

⑴嚴格控制盾尾同步注漿

在本工程中進行地鐵盾構的施工，所采用的同步注漿材料為AB液雙液注漿。如表2所示為本工程的同步注漿漿液配比。注漿管采用鋼花管。水泥漿液的水灰比控制在0.8：1，與水玻璃1：1注入。漿液的擴散半徑為0.7m。

表2　同步注漿漿液配比

為了有效地減少漿液凝固所引起的沉降，漿液的凝固時間應控制在15～25s之間。當地鐵盾構穿越民房時，對于注漿施工采用雙控的方式，其中主要是以注漿壓力控制為主，以注漿量控制為輔。在注漿施工過程中，應將注漿壓力控制在0.3～0.5MPa之間，并將注漿量控制在1400～1800L之間。對于盾尾處所采用的密封油脂應適當的增加2倍的用量，這樣可以有效地確保盾尾處的密封性，避免出現漏水和漏漿的問題。

⑵嚴格控制二次補注漿

為了有效地降低地表的沉降，當地鐵盾構穿越民房時，應對民房范圍進行補漿加強處理。對已經完成的結構外側進行二次補注漿，通過這種方式可以有效地降低盾構穿越后的地表沉降。

在本工程中二次注漿的時間安排在盾構通過后的第2天、第3天、第7天、第10天以及第15天。二次注漿采用單液漿，其水灰比控制在0.4～0.6之間，單次注漿量控制在0.2～0.5m3之間，注漿壓力控制在0.3～0.4MPa之間。

4.6嚴格控制盾構掘進軸線

當地鐵盾構穿越民房時，應嚴格控制好盾構的掘進軸線。主要可以從以下幾個方面做好軸線的控制。

⑴嚴格控制好掘進的技術參數，比如說土壓和注漿壓力。掘進土壓如果過低，則容易導致盾構出現下沉，從而影響軸線。注漿壓力如果過大，則會造成盾構出現反向移動的問題，從而影響軸線。

⑵嚴格控制盾構千斤頂的分區油壓。根據軸線位置的要求進行盾構千斤頂分區油壓的控制，從而確保盾構的掘進軌跡符合設計要求。

⑶合理使用盾構的鉸接裝置。當盾構的實際軸線偏離設計軸線時，可以通過鉸接裝置的合理使用以對軸線進行調整。

4.7嚴格控制管片的安裝質量

管片的安裝質量直接關系到地鐵盾構施工的質量，因此在本年工程管片的安裝施工過程中，拼裝手基本是選自拼裝手中的佼佼者。同時在管片的運輸和保存過程中，本工程特地劃分了一塊區域進行管片的存放，這樣有效地確保了管片的完整性。

4.8做好人員準備

當地鐵盾構穿越民房時，本工程選用了技術水平較好的操作手進行盾構的操作。同時對于盾構班組的成員，要求具有3km以上盾構區間的施工經驗。

5　實施效果

如圖3所示為本區段地鐵盾構掘進施工中地表沉降的監測情況。從圖中我們可以清楚地看到地表沉降的整體趨勢，這與前文所分析的相符。地表沉降基本在控制范圍之內，大部分測點的沉降值分布在6～10mm之間，但是局部測點仍出現了較大的沉降，這主要是由于環境以及施工操作等多方面的影響，但是仍可以確保地面民房的安全，盾構掘進過程中沒有出現任何房屋倒塌的問題。在施工完成之后，對盾構所穿越過的民房進行評估，大部分房屋均沒有受到較大的影響，不需要進行修復，僅部分民房需要進行簡單的修復。

6　結語

⑴針對地鐵盾構掘進施工中，遇到需要穿越民房建筑物的問題，采取工程類比和Peck法公式計算的方法對盾構掘進影響區范圍進行劃定，從而確保重點加測范圍。根據分析結果，盾構隧道中線兩側15m為強烈影響區。

⑵為了確保地表民房的安全，本工程采取了相應的沉降控制措施以減小地表的沉降，這些措施主要包括：加強監測；制定管理制度，做好技術交底；確保盾構施工的連續性；嚴格控制進土壓力和出土量；加強注漿工作等。

⑶該工程已順利地完成，根據施工地表沉降監測結果可知，本工程采取的沉降控制措施有效地控制了地表沉降，取得了良好的效果，確保了工程的順利完成。●

［1］蘭登云，何新，王永忠.盾構法隧道穿越民房的設計與施工［J］.門窗，2012，06：290-292.

［2］馬繼周.盾構長距離穿越民房沉降控制措施［J］.市政技術，2011，02：90-92+98.

［3］馬運康.雙線盾構穿越建筑群風險分析與控制［J］.隧道建設，2011，03：391-395.

［4］楊世彥.杭州軟弱土層盾構穿越民房技術控制措施［J］.隧道建設，2011，S2：148-151.

［5］肖廣良.盾構穿越建筑物群沉降控制技術［A］.中國土木工程學會，中國土木工程學會隧道及地下工程分會.中國土木工程學會第十一屆、隧道及地下工程分會第十三屆年會論文集［C］，2004.

［6］王春凱，許愷，周冠南，侯剛.盾構隧道穿越條基框架結構影響研究［J］.城市軌道交通研究，2009，09：47-51.