沈陽地鐵盾構穿越鐵路橋施工技術

劉祥志

摘要：針對沈陽地鐵土壓平衡盾構穿越公鐵橋施工，分析盾構穿越建筑物后沉降的發生機理和特點，概括了沉降控制措施及方法。

Abstract： Based on the construction of Shenyang Metro earth pressure balance shield crossing railway bridge， this paper analyzes the mechanism and characteristics of the settlement of the shield after crossing the building， and summarizes the settlement control measures and methods.

關鍵詞：盾構；沉降；注漿；施工監測

Key words： shield；sedimentation；grouting；construction monitoring

中圖分類號：U231+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0163-03

0 引言

土壓平衡盾構在地鐵施工過程易造成地面及建筑物沉降和隆起現象。通過沉降和隆起產生原因和機理的分析，找出控制的重點，通過施工監測測量，收集準確數據，調整推進參數、同步注漿和二次注漿數據，達到控制沉降的目的，進而滿足施工要求。

1 工程地質概況

皇姑屯站～北一路站區間為盾構法施工區間，區間全長右線807.05延長米。線路沿興華街向北下穿興華街公鐵地道橋后至皇姑屯站。區間下穿的興華街公鐵地道橋為箱型框架結構，橋基底距隧道頂最小埋深6.9m，風險等級為二級。框構橋與區間位置關系如圖1所示。

2 盾構施工沉降原因分析

在盾構施工過程中，由于刀盤對開挖面土體切削和開挖的作用，產生撓動破壞了土體的原始應力平衡狀態，使土體單元產生了應力增量，進而引起周圍地層的位移，因此盾構施工地表沉降變形是一個不斷累加的過程。以隧道軸線地表點的縱向時變位曲線為例，將地表點的地層移動經歷劃分為五個階段，如圖2所示。

①盾構到達前階段，掘進過程中土倉壓力和出土量的控制決定了地表的變形，當設定土倉壓力小而出土量大時，地表呈沉降狀態；反之，則地表呈隆起狀態。②盾構到達階段，地表變形呈接階段性發展，但變化速率增大。此階段是地表隆陷的峰值段。③盾構通過階段，通常情況地表會呈沉降變化；若注漿及時飽滿，充填率超過250%時，地表會隆起。④盾尾通過階段，最易發生突沉，突沉量可達30mm，若注漿及時飽滿，可控制突沉，甚至上隆，但隨著漿液的固結收縮而逐漸下沉。⑤盾尾通過后階段，地表沉降速率逐漸減緩，沉降曲線趨于穩定。后期沉降主要是土體的固結沉降和次固結沉降，一般沉降時間較長，但沉降量也相對較小。

3 沉降控制措施

3.1 合理科學施工組織

盾構掘進至公鐵橋前后20m范圍處，為下穿公鐵橋延伸影響范圍。在盾構掘進至距鐵路橋100m，建立試掘進段。首先，在試掘進過程中，根據工程地質條件確定土壓力、推進速度、推力等盾構推進參數。然后，檢查盾構及后配套設備，保證盾構和后配套設備運行良好。最后，合理調配施工人員，保證施工人員充足到位。

3.2 控制施工參數

3.2.1 土倉壓力

為了盾構下穿鐵路橋時不產生沉降和隆起現象，首先將盾構設置為土壓平衡自動控制模式，然后將土倉壓力值P和刀盤處地層土、靜水壓力之和P0設置為接近平衡，根據經驗將土壓力設定值設置比理論計算值略大一些。施工過程中，根據盾構機所處位置、土層狀況及地表監測結果對土壓力進行動態調整。保證土壓力控制與地面監測密切配合。

3.2.2 出土量

根據盾構每環掘進長度1.2m為準，每環出土理論計算量為37m3。根據盾構施工經驗及本段的土質情況，按1.3～1.35倍的系數計算，即每環需運輸土方量為46～48m3，盾構司機應根據推進的距離長短嚴格觀察渣土箱接土量，保證盾構不出現超挖和欠挖現象。

3.2.3 推力與速度

推進過程中避免速度突變，減少盾構推進對周邊土體的擾動，保持一個“均勻、快速”的推進理念，兼具穩定和速度優勢。本段推進速度控制在30mm/min；保證推進速度和注漿速度相匹配。控制盾構的推進力為2800～3000t。

3.3 注漿

3.3.1 同步注漿

隨著盾構推進，脫出盾尾的管片與土體間產生“建筑空隙”，此間隙應由同步漿液填充。漿液要求和易性好，泌水性小等，漿液配合比如表1所示。

①同步注漿量。根據理論計算盾尾建筑空隙為：V1=1.2×π×（6.362-6.22）/4=1.894m3，由于壓入管片背面的漿液會發生失水收縮固結、部分漿液會劈裂到周圍地層中等現象，使得實際注漿量要超過理論建筑空隙體積。由經驗公式確定每環的壓漿量為建筑空隙的200%～250%，即每環同步注漿量為3.32m3～4.14m3，定為3.5m3。注漿位置采用上、下4個注漿點位，根據試掘進總結經驗設置上、下部注漿孔注漿量比例為3：1。

②注漿時間。注漿壓入時間應控制在盾尾脫離管片時為宜，確保漿液壓入時間與管片脫出盾構同步。盾構通過公鐵橋時采取掘進和注漿同時開始和同時結束。③注漿壓力控制。注漿壓力取決于地質情況和地下水壓力，因此注漿壓力要大于該點的靜止水、土壓力之和，保證注漿盡量填補充實又不產生劈裂。一般情況下，設定值比外界水土壓高出0.1～0.15MPa。注漿壓力控制在0.3MPa。

3.3.2 二次注漿

根據實測監測結果，在管片脫出盾尾5環后，在隧道拱頂120°范圍內，利用管片吊裝孔對建筑空隙進行二次注漿，漿液為水泥、水玻璃雙液漿，注漿壓力0.3MPa～0.5MPa。二次注漿根據地面監測情況動態調整，配合比如表2所示。

3.4 施工監測

3.4.1 沉降基準點埋設

利用交樁單位所提供的GPS首點和精密高程首點作為平面和高程基點，設置至少3個水平變形工作基點，并與業主所提供的GPS首點和精密導線點形成附合精密導線點；地面沉降監測工作點是以業主所提供的精密水準點首點作為基點依據，在施工場地附近根據場地情況布設加密沉降工作基點。控制點埋設深度處于凍土線以下1.5m，在建筑物上布設，需找地基穩定的建筑物。

3.4.2 工作基點的復核測量

每隔3個月對沉降監測的基點進行復測，每周進行控制點檢測，復測按照沉降監測基點控制網的測量要求進行復測。

3.4.3 鐵路地表沉降監測

地表沉降測點標準埋設，首先在地面開？準100mm-？準150mm的孔，打入頂部磨成橢圓形的？準22mm圓鋼筋，長度應超過凍土線深度，然后在標志鋼筋周圍填入細砂填實。觀測方法采用精密水準測量方法，利用已知水準控制點對各監測點進行監測。

3.4.4 公鐵橋結構沉降

公鐵橋沉降點應根據實地觀測條件選取合適的位置，用沖擊鉆在建筑物的基礎或墻上鉆孔，然后放入長200-300mm，直徑20-30mm頂端磨圓的彎曲鋼筋，四周用水泥砂漿填實。布置點如圖3所示。

3.4.5 軌面沉降

鋼軌沉降測點可直接用紅油漆在鋼軌上做標志，測點布設與軌道觀測點平行。監測點按照圖4布設，共計17個斷面，每個斷面15個監測點。

3.4.6 軌道線路偏移觀測

軌道線路偏移觀測采用全站儀極坐標法監測軌道的偏移量，極坐標法是采用高精度測距全站儀直接測量工作基點至軌道上觀測點的距離和角度，通過兩次距離該算變化得出位移值，對于視線不垂直于軌道的點要進行方向改正。

4 結束語

通過對盾構推進過程中地表及建筑物沉降機理的分析，確定施工中重難點，并采取一系列的控制方法和措施，保證了盾構順利通過公鐵橋。施工過程中總結的經驗也為類似工程提供參考。

參考文獻：

[1]張鳳祥，傅德明，等.盾構隧道施工手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]劉建航，候學淵.盾構法隧道[M].北京：中國鐵道出版社， 1991.

[3]徐永福.盾構推進引起地表變形分析[J].地下工程與隧道，2002（1）.

[4]黃宏偉，張冬梅.盾構隧道施工引起地表沉降及現場監控[J].巖土力學與工程學報，2001.