地鐵近接穿越群房施工沉降控制技術

張緒銳

（中鐵十六局集團有限公司）

1 工程概況

廈門市軌道交通2 號線一期1 標段海滄CBD 站～海滄大道站區間（以下簡稱海～海區間）隧道穿越地層主要以淤泥、淤泥質黏土、中砂、粉質黏土為主，穩定性差。遂道沿線緊鄰海滄內湖，各種地層頻繁交替變化，且地下水豐富，地質極為復雜。海～海區間下穿東嶼村房屋基礎主要為條石基礎及框梁基礎，房屋年份已久，受地質沉降變化影響大，地表沉降控制要求高。

2 海～海區間下穿群房沉降控制標準

2.1 沉降控制因素分析

海～海區間主要考慮地質情況的不良性和房屋結構老舊對沉降的影響，進而說明控制沉降的必要性。

⑴地質情況分析：17-1 全風化花崗巖地層遇水易軟化、工程性能一般、開挖面易失穩，影響穩定性；同時17-2 散體狀強風化花崗遇水易軟化、工程性能一般、力學性能一般。

⑵民房結構分析：東嶼村房屋基礎主要為條石基礎及框梁基礎，房屋年份已久，受地質沉降變化影響大。盾構穿越過程中盾殼上方地表沉降會直接影響建筑物不均勻沉降導致房屋裂縫加劇。

因此，對海～海區間地表沉降的控制要求高。

2.2 沉降控制標準

區間約180m 需下穿東嶼村拆遷地塊，該地段盾構施工影響范圍內的房屋狀況統計結果如表1 所示。民房與隧道位置關系見圖1。

群房控制標準為II 級：允許沉降控制值≤20mm，差異沉降控制值≤8mm，位移最大速率控制值1.5mm/d。III 級：允許沉降控制值≤30mm，差異沉降控制值≤10mm，位移最大速率控制值2mm/d。

表1 民房情況統計

圖1 民房與隧道位置關系

3 盾構施工沉降控制技術

3.1 盾構法施工地層變形機理

盾構法施工引起地層損失和隧道周圍受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結，是導致地層沉降的基本原因[1]。

地層損失是盾構法施工中實際開挖土體的體積和竣工隧道體積之差。主要因素有：①開挖面土體的移動，包括地面的起和沉降；②土體擠入盾尾空隙；③改變了推進方向；④隧道襯砌的變形；⑤飽和松軟地層的滲漏引起沉降等。

由于盾構推進中的擠壓作用和盾尾后面的壓漿作用等施工因素，致使周圍地層形成正值的超空隙水壓區，其超空隙水壓在盾構法施工后的一段時間內消散，在此過程中地層排水固結，從而形成地面沉降，稱之為固結沉降。

3.2 沉降控制分析

小半徑曲線盾構掘進時糾偏量較大，對土體擾動的增加易發生較大沉降量，相對直線段盾構施工，有以下幾個因素影響沉降：

⑴小半徑曲線掘進，盾構時刻處于糾偏狀態，實際開挖面為一橢圓形，實際開挖體積超出理論開挖體積。

⑵盾構糾偏量較大，對土體的擾動也大，容易造成建筑物的后期沉降。

⑶小半徑曲線掘進時將增加地層損失，如式⑴。

式中，

L——盾構長度，m；

R——盾構外半徑，m；

Rc——盾構掘進曲線半徑，m。

⑷小半徑曲線推進時地層跨度較大。

3.3 下穿群房沉降措施

本工程對下穿群房段采取的控制沉降措施只要包括：掘進參數控制、盾構姿態控制、同步注漿及二次補漿、渣土改良、徑向孔注入膨潤土，以下逐一介紹。

⑴掘進參數控制。

土倉壓力按式⑵計算：

P=k0γh+P1+P2式⑵

式中，

P——平衡壓力（包括地下水壓）；

k0——土的側向靜止平衡壓力系數，取值0.5；

γ——土體的平均重度，g/m3；

h——隧道埋深，m；

P1——地面房屋靜載荷，取值0.15bar；

P2——潮汐引起的地下水壓波動，由于開孔觀察地下水情況發現水很小，取值0.1bar。

⑵盾構姿態控制。下穿過程中，盾構姿態要做到“勤測、勤糾、緩糾”，每環糾偏量控制在-3～+3 范圍內。避免出現糾偏量過大，造成超挖、卡盾殼、盾尾漏漿等其他不利風險。

⑶同步注漿及二次補漿。下穿民房過程中嚴控同步注漿，拖出盾尾后及時進行二次補漿，注漿時雙控注漿（注漿壓力和注漿量雙控），及時填充產生的管片壁后間隙、穩定管片、封堵地下水。二次注漿時機為脫出盾尾3～5 環，同時要考慮停機因素，以免漿液前移固結盾體、刀盤等。

理論同步注漿量和最終實際注漿量分別按式⑶、式⑷計算：

式中，

R1——盾構外徑，m；R2為管片外徑，m；

L——每環管片的長度，m；

a——同步注漿系數，選取1.8～2。計算得理論同步注漿量為3.34m3，最終實際注漿量為6.6m3。

二次注漿采用注漿壓力和注漿量雙控模式；雙液漿配合比=水泥：水玻璃：水=1：1：1，單液漿配合比=水泥：水=0.8：1。

⑷渣土改良。開挖區域主要為17-1 全風化花崗巖、11 殘積礫質粘性土，掘進過程中要注意刀盤結泥餅，時刻注意掘進參數變化，利用泡沫劑系統、刀盤噴水或膨潤土注入及刀盤經常性更換旋轉方向，改善渣土和易性，減小結泥餅風險。

⑸徑向孔注入膨潤土。根據地面監測數據，如果地面沉降位置位于盾體上方，土體在未脫出盾尾時已經產生沉降，此時可以利用盾體徑向孔同步注入高濃度膨潤土，及時填充邊緣滾刀產生的建筑間隙，支撐周圍土體，減少土體沉降。

4 地表沉降控制數據分析

4.1 地表沉降測點布置

海～海區間左線上方建筑有1-1 號房屋（測點JG35～37）、1-2 號房屋（測點JG38～40）、1-3 號房屋（測點JG34、49、51、52）、1-4 號房屋（測點JG47、48、50）和1-5 號房屋（測點53～54），右線上方建筑有2-1 號房屋（測點58～61）、2-2 號房屋（測點41～43）、2-3 號房屋（測點44～46）和2-4 號房屋（測點55～57）。地表建筑物沉降測點布置情況如下圖所示。布設方法采用直接在建（構）筑物上直接鉆孔，埋入“L”形鋼筋，見圖2，另一端打磨成半圓形，監測時放置銦鋼尺保證測量的準確性。

4.2 地表沉降控制效果分析

盾構推力、刀盤扭矩、平均土壓以及頂部土壓為控制地表沉降的措施，從這四方面對所依托工程掘進參數進行分析，并結合下穿群房測點的沉降-時間曲線，對沉降控制效果進行分析。

圖2 地表建筑物沉降測點布置圖

表2 下穿段掘進參數標準差與平均值統計

表3 非下穿段掘進參數標準差與平均值統計

由表2、表3 看出，盾構總推力和刀盤扭矩的平均值皆表現出下穿段＞非下穿段，右線＞左線，說明盾構在下穿群房過程中掘進總推力和刀盤扭矩均需設置略大一些，分別約為1500～1700kN 左右和約為1800～2000kN·m。盾構總推力和刀盤扭矩的方差值皆表現出非下穿段＞下穿段，右線＞左線，說明非下穿段盾構總推力和刀盤扭矩的平均值離散程度較大，即他們的變化幅度大，約為1800～2100kN 左右，而在非下穿段推進總推力可設置略小一些，約為1500～1700kN。從標準差可以看出：非下穿段＞下穿段，右線＞左線，說明非下穿段總推力值離散程度較大，總推力值變化幅度較大。

而平均土壓和頂部土壓平均值表現為左線下穿段＞左線非下穿段，右線下穿段＜右線非下穿段，盾構在下穿群房過程中土倉平均壓力約為1.16～1.77bar左右，在非下穿段土倉平均壓力在1.5bar 左右。從標準差上看出非下穿段＜下穿段，右線＞左線，說明下穿段土倉壓力值離散程度較大，右線土倉壓力值離散程度較大。

由各建筑物的現場監測數據可以得出：除了1-3#建筑物最大沉降達到32mm，其余建筑最大沉降均在30mm 以內，左線盾構掘進對建筑物沉降產生的影響較右線小。左線盾構掘進產生的沉降速率在±2mm/d 以內，右線盾構掘進產生的沉降速率在±4mm/d 以內。差異沉降大部分在右線掘進時產生。由此可得，左線盾構下穿群房施工中對建筑物沉降控制更為有效。通過掘進參數統計分析可以看出左線下穿掘進時各項參數離散性小，基本穩定，對群房的沉降控制起到了良好效果。

綜上所述，下穿群房過程中，應適當提高盾構推力、刀盤扭矩、平均土壓、頂部土壓，適當降低盾構的掘進速度、貫入度和出土量，嚴控各項掘進參數，加強同步注漿和二次補漿，進行渣土改良，改善渣土和易性，在未脫出盾尾時已經產生沉降，利用盾體徑向孔同步注入高濃度膨潤土，填充邊緣滾刀產生的建筑間隙，全方位、多手段對建筑物沉降進行控制。

5 結束語

本文采用資料調研、理論分析、現場實測的方法對群房沉降控制標準、盾構施工沉降控制技術進行了分析，主要得出以下結論：

⑴減小隧道掘進對地表建筑物的損害主要是嚴格控制沉降、地表曲率以及地表水平變形，但實際施工中控制這三種地表變形量主要通過控制地表沉降來進行。應根據地表建筑物結構型式、基礎型式的不同確定相應的建筑物沉降控制標準和差異沉降的控制標準。

⑵下穿群房過程中，應適當提高盾構推力、刀盤扭矩、平均土壓、頂部土壓，適當降低盾構的掘進速度、貫入度和出土量，嚴格控制各項掘進參數，加強同步注漿和二次補漿，進行渣土改良，改善渣土和易性，在未脫出盾尾時已經產生沉降，利用盾體徑向孔同步注入高濃度膨潤土，填充邊緣滾刀產生的建筑間隙，全方位、多手段對建筑物沉降進行控制。