盾構下穿既有建筑物的控制技術

閆瑞華

摘要：在城市軌道盾構法施工中，盾構不可避免地需要下穿既有建筑物，需要做好既有建筑物的保護工作。文章以實際工程為例，對工程控制重難點和建筑物沉降變形控制總體方案進行了介紹，對掘進中的主要控制措施進行了詳細的探討，可供參考。

【關鍵詞】盾構施工；下穿既有建筑；袖閥管

1.工程概況

石家莊地鐵3號線水上公園站-柏林莊站區間位于聯盟西路，呈東西走向，后右轉彎至中華北大街路下，呈南北走向，采用盾構法施工。線路縱斷面呈v字形坡，最大坡度25‰。起始里程為DK1+852.613，終點里程為DK3+253.316，區間右線全長1400.703m，左線全長1426.367m（含長鏈25.664m）。區間隧道在左DK2+274.323（右DK2+300.000）處設1號聯絡通道，在左DK2+777.743（右DK2+800.955）設2號聯絡通道，與排水泵房合建。

區間埋深10～18m，隧道底部高程47.211～60.576m。本工程選用鐵建重工生產的直徑6250mm土壓平衡盾構機根據本標段密實砂層地質、掘進長度1.4km、小半徑曲線等特性，針對性地設計并選用了鐵建重工ZT6250土壓平衡盾構機。

2.工程控制重難點

盾構小半徑曲線段穿越8棟老舊房屋，施工難度大。重點是控制地面沉降。本區間隧道曲線半徑350m，在小半徑曲線上施工，盾構掘進方向控制難，管片襯砌拼裝精度控制難度大。且在曲線段穿越建筑物密集區，特別是聯強小區，高柱小區為老舊建筑物，磚混結構，條形基礎，給盾構掘進施工和建筑物的安全保護造成了相當大的難度，需要從掘進控制，設備完好保障，注漿，監控量測等方面進行嚴格管控。

3.建筑物沉降變形控制總體方案

穿越前劃定穿越建筑物的影響范圍。一般穿越建筑物影響范圍為2H（H-隧道埋深），隧道在建筑物位置埋深為16～18m，即34m（28環）。為了確保盾構機下穿建筑物安全。界定盾構機下穿建筑物的影響范圍為：盾構機到達建筑物前20環+盾構機通過建筑物長度+管片脫出盾尾后40環。

在穿越前做好“人-機-料-法-環”的準備工作和組織措施，應急預案演練。穿越中嚴格執行試驗段確定的掘進措施，保證連續、勻速通過建筑物，并根據監測反饋調整相關掘進參數。穿越后為了防止后期沉降，采取小導管加固土體，避免后期固結沉降。

4.掘進中的主要控制措施

4.1地表加固方式

在進行地表加固時，采用袖閥管注漿加固建筑物基礎范圍內地層，注漿導管采用Φ48×4mm的塑料袖閥管。距離建筑物邊墻2m

位置布置第一排，共3排，間距1.414×1m，梅花形布置。袖閥管以45°角深入基礎下部進行注漿。袖閥管打設位置可根據現場障礙物情況稍作調整，同時施工前應詳細調查建筑物基礎情況，避免對建筑基礎造成破壞。袖閥管注漿漿液采用普通水泥漿液，注漿壓力為0.4～0.8MPa，每段注漿長度66～70cm，注漿擴散半徑按經驗取值為0.5m。地層孔隙率0.46，漿液填充系數取0.8，漿液損耗系數1.15，注漿水灰比參照端頭加固經驗取1：1。盾構到達前1個月加固完成，加固后要對加固效果進行檢查。如注漿效果未能達到設計要求，需要重新進行補充注漿。

4.2盾構通過小半徑曲線時過建筑物的掘進控制

區間350m小半徑曲線轉彎半徑段長度為有509.565m，對350m曲線半徑，△=1.2×6/350=20.57mm，本區間管片楔形量48mm，設n環管片配m環轉彎環可擬合350m半徑，則：48m=20.57n，m：n=0.42854。即100環管片配43環轉彎環。所以根據管片設計，350m小半徑段直線環管片和轉彎環管片配置比例約為3：2，滿足本段轉彎半徑要求。對于盾構機小半徑曲線掘進控制的難點，主要在掘進軸線的控制及管片拼裝質量控制兩個方面，采取如下措施：

4.2.1掘進軸線控制

（1）開始掘進軸線向圓弧內預偏10～20mm，測10環左右管片姿態，確定最終預偏量；

（2）推進時速度應控制在20～30mm/min，連續不間斷推進。避免因推力過大而引起的側向壓力的增大，又減小盾構推進過程中對周圍土體的擾動；

（3）每環糾偏量≤10mm/環，油缸壓差≤50bar，行程差≤80mm。掘進參數見表1。

表1 小曲線段過建筑物掘進參數表

4.2.2管片拼裝質量控制與注漿控制

（1）合理地綜合油缸行程差和盾尾間隙對管片選型、拼裝選點。

（2）管片3次復緊。

（3）同步注漿：增加弧線外側注漿量和注漿壓力

（4）同步補注漿：盾尾后第3～6環同步補注漿時加強外側壓漿量，如果管片向外偏移難以控制，采用二次注漿壓注圓弧外側。

（5）派專人負責，防止注漿壓力過大，造成管片錯臺。

4.2.3渣土改良

在穿越建筑物期間，除少量地段夾小部粉質黏土外，其余均為中粗砂層，下穿建筑物地層基本均一。碴土改良采取以泡沫為主，膨潤土為輔的的土體改良的方式。前方沉降較難控制時，采用充分膨化的膨潤土對掌子面護壁開挖。如刀盤扭矩>2500kN·m，采用注入膨潤土加泡沫的方式降低刀盤扭矩。同時采購一批康達特、巴斯夫等優質泡沫和油脂，保證下穿房屋順利通過。

4.2.4土壓控制

由于下穿建筑物地段拱頂地層多為干砂層，地層敏感性強，自立性差，根據地層最大高度產生的靜止土壓力值加地面建筑物附加載荷值制定土艙掘進壓力值，土倉上部土壓暫定1.5bar。如果需要短時間緊急停機，啟動盾構機的PID自動保壓系統。

4.2.5出土量控制

Φ6280mm開挖直徑，1.2m管片，開挖的實土方量為37.1方/環，根據本標段地質及實際掘進記錄，松散系數為1.1，每環出土量控制值為41m3。渣土車容量為18m3，控制每車進尺500mm。如發現出土量超標，記錄當前里程，盾構通過后立即組織二次補漿。如果必要的情況下采取地面補注漿。

4.2.6同步注漿量及注漿壓力控制

采取注漿量和注漿壓力雙控指標控制，在全斷面砂層掘進時，每環壓漿量達到6.2m3或注入壓力達到4bar，注漿結束。優先選擇注漿量控制，若出現注漿量<6.2m3而注入壓力達到4bar，需排查管路情況，防止注漿管路孔徑縮小導致的注入壓力升高，而誤判注漿達到結束標準。若注漿量<5m3而注入壓力達到4bar，可判定拱頂沉降或應力釋放導致注入困難，此時應及時跟進二次注漿，填補拱頂沉降或應力釋放產生的空隙。

同步注漿漿液性能控制：同步注漿漿液的初凝時間在5h以內，1d固結體強度≥0.2MPa，28d抗壓強度≥2.5MPa，稠度8～12cm，固結收縮率<5%，傾析率<5%。同步注漿配合比見表2。

表2 同步注漿配合比

采用同步注漿漿液進行同步補注漿，注漿位置在盾尾后3～6環。采用盾構機自帶的同步注漿管路改造后進行注漿，極大增加注漿的便利性和降低成本。

4.3盾體減阻及盾體位置沉降控制

刀盤開挖直徑Φ6280mm，前盾直徑Φ6250mm，中盾直徑Φ6240mm，盾尾直徑Φ6230mm。單邊最大間隙有25mm，該段間隙一無土壓支撐，二無漿液回填。盾體上部是拱頂沉降控制的難點。針對該問題，通過盾體周邊預留的注入孔注入膨潤土，減少盾體上方沉降，降低盾體在砂層中的摩擦力，進而降低推力，減少地層擾動。

4.4后期沉降控制措施

為了防止由于地層松弛擾動后遠期的固結沉降，對建筑物造成危害，利用每環管片上預留的注漿孔進行隧道徑向小導管深孔注漿，漿液采用水泥漿液，注漿壓力為0.4～1.2MPa，注漿擴散半徑按經驗取值為0.5m。注漿時機為管片二次注漿漿液凝固后即可進行。小導管加固深度3m，成樁直徑1m。小導管采用Φ42mm、壁厚3.5mm的無縫鋼管，鋼管長度L=3.0m。注漿孔間距為15cm，直徑6～8mm，梅花形布置，鋼管尾部留1.0m的預留止漿段。

5.結束語

綜上所述，由于城市建筑物過度集中，在使用盾構法進行地鐵施工時，難免會下穿建筑物，從而容易對建筑物造成不利的影響。文章以實際工程為例，對盾構下穿既有建筑物的控制措施進行了探討，順利完成了盾構施工，取得了良好的施工效果，值得類似工程借鑒和參考。

【參考文獻】

[1]施仲衡.地下鐵道設計與施工[M].陜西：陜西科學技術出版社，2006.

[2]張慶賀.地鐵與輕軌[M].第二版.北京：人民交通出版社，2006.