盾構區間長距離小曲線半徑下穿建構筑物施工控制措施

李昊

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，江蘇南京 210000）

1 工程概況

南昌地鐵4 號線4 標土建工程盾構施工包含火炬站—北瀝站區間、北瀝站—科技城站區間、科技站—魚尾洲站區間和高新停車場出入場線區間。

其中，高新停車場出入場線區間起始于北瀝站，止于高新停車場盾構井。本區間出北瀝站后沿火炬五路向東上穿正線北瀝站—科技城站區間，依次下穿百利精密刀具事故池、江西星海特科機械有限公司1#、2#磚混結構廠房后與盾構井相接，隧道覆土埋深7.6～20.6m，隧道直徑6m，管片采用通用環管片，環寬1.2m，外徑6m，內徑5.4m，雙面楔形量36mm。左右線間距9.22～12m，區間平面設最小曲線R=300m（L=417.006m），豎向最大上坡10.129‰。

高新停車場出入場線穿越區域以中砂、粗砂和粉質黏土為主，局部區域穿越細砂和礫砂，孔隙率大。因整個區間距贛江南支河道較近，所以地下水豐富且分布較廣。

2 高新停車場出入場線區間與建構筑物位置關系

高新停車場出入場線區間隧道下穿百利精密刀具事故池最小豎向凈距約為4.3m，集水坑深4m，長約12m。百利精密刀具事故池為C30 鋼筋混凝土結構底板厚0.3m，側墻厚度為0.25m。

本區間下穿星海特科機械有限公司1#廠房，主體1 層為鋼架結構（管理用房為2 層框架結構），無地下室，獨立基礎，房屋安全鑒定為B 級，區間與房屋基礎最小豎向凈距為4.7m。其截面關系圖如圖1 所示。

圖1 盾構下穿星海特科1#廠房截面關系

星海特科機械有限公司2#廠房主體1 層為鋼架結構（管理用房為2 層框架結構），無地下室，PHC 管樁基礎，樁長約12m，房屋安全鑒定為B 級；隧道下穿該房屋，共有22 根PHC 管樁侵入隧道約5.5～6.4m。其位置關系如圖2、圖3 所示。

圖2 盾構下穿星海特科2#廠房橫斷面位置

圖3 盾構下穿星海特科2#縱斷面位置

3 施工難點

3.1 區間盾構隧道軸線控制難度高

盾構機機身是由前盾、中盾和尾盾包裹而成的直線剛體，在小曲線半徑隧道掘進時，盾構機軸線無法與隧道設計的軸線完美擬合，因此要想使盾構機能夠實現隧道曲線的轉彎糾偏，就只能依靠盾構機本身的推進油缸差和鉸接伸縮量來調整（被動鉸接），以此使盾構機的推進路線能夠更加貼合隧道的設計軸線。隧道設計曲線半徑越小，盾構機左右兩側的推進油缸的行程差越大，進而導致盾構機糾偏靈敏度降低，姿態難控制，加大了其盾構機軸線與隧道軸線擬合難度。

3.2 盾尾間隙控制難度大

在小曲線半徑隧道掘進過程中，管片的轉彎趨勢與盾尾姿態的擬合至關重要。在曲線掘進控制的理想化狀態下，管片的趨勢與盾尾姿態是同方向且軸線是高度擬合的。如果管片趨勢比盾尾姿態提前，則出現管片超前，反之，管片滯后。在實際掘進過程中，尤其盾構機穿越長距離的小曲線半徑隧道時，管片超前和滯后是時常發生的。出現這種情況就會導致盾尾間隙不勻稱，管片受到盾尾向內側的擠壓力，脫出盾尾后，釋放擠壓力，出現管片錯臺；嚴重時，管片脫出盾尾后會直接發生管片破損，碎裂和漏水[2]。

3.3 盾構機下穿建構筑物地面沉降控制難度大

高新停車場出入場線區間曲線半徑達到R=300m，L≈418m，半徑小且距離長，并且在小曲線半徑掘進區域下穿百利精密刀具事故池，星海特科機械有限公司1#、2#廠房，這無疑給盾構推進帶來更大的困難。建構筑物地基底部原土體的密實度，板體脫殼，小曲線半徑推進出現的土方超挖，加之在盾構推進時對掌子面的擾動，會隨時導致建構筑物的沉降、裂縫，以及嚴重的廠房的倒塌事故。

4 長距離小曲線半徑下穿建構筑物的施工控制措施

4.1 小曲線半徑盾構掘進參數及鉸接油缸行程的設置

在盾構機進入小曲線半徑前，根據設計路線的走向和實際推進趨勢進行對比，然后根據得出的結論對盾構機進行姿態調整，依據曲線半徑數值大小，來確定盾構機的糾偏預留量，保證在正式進入曲線半徑時姿態可控，本曲線段根據推進經驗設置糾偏預留量為 20～30mm（切口水平-20～-30mm）。

在正式進入小曲線半徑時，盾構測量系統每5～10 環進行一次換站復測。掘進參數，要根據盾構推進的實時數據對盾構機的刀盤轉速和油缸推力進行微調，極大限度的使盾構實際軸線與隧道設計軸線吻合。在姿態糾偏時要遵守勤糾偏，緩糾偏原則，即頻繁糾偏，但每次糾偏量很小[1]。防止快糾偏帶來的管片破損，錯臺以及漏漿漏水問題。本施工段正常掘進參數表如表1 所示。

表1 盾構掘進參數

在本區間小曲線半徑段，依據實際操作數據得出盾構機每環推進的左右兩側的油缸行程差一般保持在25～30mm。鉸接油缸為被動鉸接，其油缸行程為150mm，左右兩側行程差一般保持在35～45mm。

4.2 盾尾間隙的控制

高新停車場出入場線小曲線半徑為300m，管片外徑6m，厚度為0.3m，寬度1.2m，每環管片的糾偏量為ΔL=（l1-l2），計算式為（l1-l2）/（6-0.3）=1.2/300，ΔL=0.0228m=22.8mm[3]。

在每環管片推進前后，要各量一次盾尾間隙，盾尾間隙的變化與管片的選點和推進參數有著直接關系。通用環管片拼裝為錯縫拼裝，所以每環的糾偏量不能達到設計糾偏量，即22.8mm。結合管片超前量表2 和管片楔形量36mm，提前預判整環管片盾尾間隙的大小，再結合每次選擇的拼裝點位和盾構機油缸的行程差來調整盾尾間隙的大小，從而保證管片與盾構機盾尾關系達到理想狀態。

表2 管片超前量

4.3 盾構機下穿建構筑的施工控制措施

盾構隧道下穿建構筑物前，對基礎底地層采用袖閥管進行地面預注漿加固[4]，加固范圍為隧道兩側3m、隧道底1m。袖閥管地面預注漿加固管徑?50mm，1.2m×1.2m 梅花形布置，袖閥管注漿完成后需拔除，避免形成盾構掘進障礙。地層加固采用前進式雙液注漿加固，雙液漿配比：水泥漿：水玻璃溶液為1∶1，水泥漿水灰比1∶1，采用P.O 42.5 號普通硅酸鹽水泥，具體注漿參數應通過現場加固試驗確定，且不得對房屋基礎造成破壞，注漿加固時應采用多孔間隔注漿和縮短漿液凝固時間等措施，減少既有建筑基礎因注漿而產生的附加隆沉；注漿加固監測點數量宜為施工孔數的1%，且不宜少于3 點。檢測方法采用動力觸探與靜力觸探相結合方式，必要時也可采用取芯驗證的方式，動力觸探指標：加固體應滿足動力觸探實驗N63.5，修正后的擊數平均值不小于25 擊；靜力觸探指標：28d 靜力觸探檢測：素填土Ps 值＞6MPa，中、細砂 Ps 值＞5MPa，圓礫 Ps 值＞10MPa。加固體強度指標：28d 的無側限抗壓強度≥0.5MPa[5]。

下穿房屋范圍加強管片配筋，并增設注漿孔，盾構機穿越時，根據監測情況，必要時進行跟蹤注漿加固，如圖4 所示。

同步注漿為在盾構掘進中，盡快在脫出盾構后的襯砌背面環形建筑空隙中充填足夠的漿液材料，同步注漿采用單液漿，漿液密度≥1.9g/cm3，泌水率≤5%，坍落度為 12～14cm，20h 的屈服強度≥800Pa，7d 的抗壓強度 R7 ≥20.15MPa，28d 的抗壓強度R28≥1.0MPa，并確保在列車震動下不液化，漿液需通過實驗確定漿液配比。二次注漿是彌補同步注漿不足，減少地表沉降的有效輔助手段[6]。注漿應滿足以下4 個要求：①盾尾脫出后及時同步注漿。②應考慮漿液產生收縮和失水及盾尾帶泥等原因導致實際壓漿量大于理論值，保證注漿量充足[7]。③嚴格控制注漿壓力，注漿壓力以出口壓力為準，注漿應盡量填充而不是劈裂。同步注漿壓力略大于該點的靜水壓力和土壓力之和，一般不超過0.4MPa[8]。④漿液選擇、配比、拌制和儲運必須合理，如圖5 所示。

圖5 隧道二次注漿

盾構掘進時應嚴格控制掘進參數，掘進參數設定：推力800～1200t，推進速度為 30～35mm/min，刀盤扭矩為 1500～2700kN·m，上部土倉壓力為0.6～0.8bar，出土量為39～44m3，注漿量為6.48～8.1m3。控制盾構施工期間地表最大沉降不超過10mm，隆起不超過10mm，相鄰柱跨沉降差異不超過5mm。盾構掘進施工時應疏散人員，清空房屋，盾構通過后應立即二次注漿及注漿孔注漿加固，上部建筑須經二次鑒定無風險后方可繼續投入使用。

對于星海特科機械有限公司2#廠房樁基與隧道平面關系，共有22 根樁基侵入區間隧道，盾構掘進前需拔除，可采用鉆進成孔套取，盾構掘進前應進一步調查房屋資料及廠房樁基與隧道實際平面關系，確保盾構影響范圍內樁基都能被拔除處理。拔除既有樁基前，應將樁基上方的既有承臺開挖后鑿除。既有樁基拔除施工時，防止樁基拔斷，避免遺留殘樁對盾構掘進的不利影響。樁拔除后及時封孔回填，隧道范圍內采用黏土或砂回填密實，隧頂以上范圍采用M20 水泥砂漿灌注回填。

5 地面沉降監測

建立地表沉降監測網，在盾構區間正上方每隔4 環設置一組監測點，每組由8 個監測點構成，監測頻率2～3 次/d。在建構筑物區域內，監測點要加密布置，并且實時分析反饋沉降數據。保證盾構機在下穿建構筑物時能夠及時根據反饋的數據調整推進速度、土壓力、每環的出土量以及同步注漿參數等。圖6 為下穿建構筑物的地表沉降變化曲線。

圖6 盾構下穿建構筑物地表沉降變化曲線

6 結語

高新停車出入場線區間已于2020 年12 月18 日順利貫通，通過本次施工表明，在長距離小曲線半徑下穿建構筑物的施工前、中、后三個階段的盾構掘進參數的控制，袖閥管加固，洞內同步注漿和二次注漿措施以及地面監測等一系列措施是行之有效的。三個階段的注漿加固保證了隧道的成型質量和地面建構筑物的沉降可控性。