雙模盾構連續下穿淺基礎城中村施工技術研究

翟志峰

(中鐵十六局集團軌道公司，北京 101100)

1 工程概況及地質情況

昆明軌道交通五號線昆明北站至圓通公園站區間在里程范圍左DK5+336.562～左DK5+472.983(右DK5+760.88～DK5+878.38)涉及盾構雙線長距離下穿小菜園城中村密集淺基礎建(構)筑物群。小菜園城中村地處云南省昆明市五華區，鄰近盤龍江河道，20世紀80～90年代修建，房屋多為條形基礎，磚砌房屋，原為盤龍江改造回填的基礎上自建房屋。地表以下3～7 m為回填土，隧道覆土埋深最淺為13.1 m，左、右線雙線最小凈間距僅7.8 m，盾構隧道斷面地質情況主要以富水圓礫地層、砂質白云巖等不良地層，局部存在圓礫與黏土相結合地層，圓礫層透水。隧頂以圓礫層和黏土層為主。盾構雙線累計下穿長度近200余m，影響范圍內的房屋34棟，地面涉及管線眾多，埋深最淺為0.5 m。施工線路關系航拍圖見圖1。

圖1 施工線路關系航拍圖

2 工程重難點

區間盾構長距離連續下穿小菜園城中村密集淺基礎建(構)筑物群，周邊環境復雜，居住人口密集，地質情況變化大，如何確保建(構)筑物和居民人身財產安全是重中之重。

1)地質情況復雜，涉及富水圓礫層、黏土結合地層、砂質白云巖等不良地質，確保盾構連續安全地順利通過和盾構模式選擇是本工程的重難點。

2)小菜園城中村房屋基礎薄弱且為盤龍江河道改造，回填土質量差，回填土最高高度達7.0 m，確保小菜園城中村建(構)筑物的安全是本工程的重點。

3)盾構下穿人員密集的城中村，居民關注度極高，對安全問題十分憂慮，施工中如何確保居民維穩和后續矛盾糾紛問題是本工程的難點。

3 有限元模擬分析

結合本區間地質水文、隧道線路形式關系等，利用有限元建立模型進行分析。

根據盾構穿越地層的物理力學參數進行精準建模。用來驗證建(構)筑物沉降控制標準和地層受力情況。有限元建模尺寸為36 m(高)×82 m(長)，盾構隧道外徑6.2 m，內徑5.5 m，管片厚度0.35 m，四周及底部位移約束，頂部敞開。

有限元建模分析圖例見圖2～3。

圖2 隧道結構受力影響模擬

圖3 施工影響范圍模擬

通過模擬分析區間左、右線隧道均穿越完成后，可能將造成地表在垂直于隧道方向產生一定的差異沉降，形成地表建(構)筑物的最大傾斜為0.4%，建(構)筑物控制值為+10 mm。

4 盾構選型及掘進方法

4.1 盾構機選型

結合地質水文、二次補充勘察情況可判斷，該地段存在富水圓礫地層，地下水極其豐富，地表存在3～7 m軟弱回填土地層，近40 m砂質白云巖不良地質，通過選用雙模式盾構機可規避地質和施工風險。雙模盾構機的特點為模式轉換時間短、切換便捷，兩種模式切換不需拆裝任何部件，兩個模式可獨立運行又可相互支持，可根據地質的不同變化隨時切換模式。土壓/泥水雙模式盾構機施工原理圖見圖4。

圖4 土壓/泥水雙模式盾構機施工原理圖

4.2 盾構掘進模式切換

為確保小菜園城中村建(構)筑物的安全，在盾構下穿前需將土壓平衡模式轉換為泥水平衡模式掘進。模式轉換前保證泥水分離站、泥漿泵以及泥漿環路的控制閥門等能正常運行；保證隧道管路已延伸至盾構機尾部連接管；泥漿池制作和供應新鮮泥漿。準備工作完成后盾構機停止掘進，關閉螺旋機后閘門。切換到泥水模式，啟動泥水處理站，運行機外旁通線路，關閉V30、V31、V32、V33、V34、V35、V01、V03、V06、V08，運行一段時間，泥漿環路通暢且沒有泄露的情況下，打開V30、V33、V07，關閉V36、V37，切換至機內旁通線路，確保泥水環流系統管路通暢正常。機內旁通圖例見圖5。

圖5 機內旁通圖例

打開盾體隔板泥漿連接管路的各個手動閘閥，關閉V01、V03、V06、V07、V31、V32、V33、V34、V36、V37，往開挖倉添加泥漿；手動操作V35，同時將盾體隔板頂部處的球閥稍微開啟進行排氣，聯動操作來控制開挖倉的壓力平衡。開挖倉充滿泥漿后打開V31、V06，關閉V08、V35，切換到反沖洗模式將開挖倉渣土進行反復沖洗(切換前需先通過旁通模式穩定流量)；同時啟動刀盤低轉速運轉(轉速≤0.6 rpm)進行攪拌渣土；相繼啟動自動泄壓裝置來調節開挖倉壓力；此時確保與開挖倉相連的各管路通暢。待反沖洗模式能穩定運行后，再打開V33、V08、V30，關閉V31，切換至開挖模式進行正常掘進。采用泥水模式穿越富水圓礫層后，進入砂質白云巖地層后切換土壓平衡模式掘進。泥水掘進模式環流圖例見圖6。土壓轉泥水模式切換流程見圖7。

圖6 泥水掘進模式環流圖例

圖7 土壓轉泥水模式切換流程圖

4.3 雙模盾構掘進參數選擇

在盾構下穿前為驗證擬定掘進參數的可行性，設置了30 m試驗段，利用下穿盤龍江河道在同地質情況下進行參數分析。主要分為泥水模式下穿小菜園城中村掘進和土壓平衡模式穿越砂質白云巖不良地層掘進參數的驗證，見表1～2。

表1 下穿小菜園城中村掘進參數設定表(泥水模式)

表2 下穿小菜園城中村掘進參數設定表(土壓模式)

5 輔助技術管控措施

5.1 預加固處理

因小菜園城中村地基為原盤龍江河道改造回填，通過地質雷達掃描等方法，揭示回填土存在不密實情況，為確保施工安全加強地層承載力，提高房屋及居民的安全性，在房屋周邊地面進行袖閥管注漿加固，并在地面預留部分袖閥管，施工時可及時根據監測情況進行地面壓漿[1]。預加固鉆孔深為11.5 m至隧頂以上，布孔間距為1.5 m，漿液采用水泥水玻璃雙液漿，加快凝結速度，注漿壓力控制在0.2～0.3 MPa。

5.2 隧道內花管注漿加固

雙線盾構施工完成后對隧道左、右線隧道外輪廓線范圍3 m內土體進行深孔注漿加固。主要利用管片預留的吊裝孔和注漿孔，插入花管對管片壁后土體進行注漿加固，加固范圍左、右線隧道為半環(180°)隧道注漿加固，采用水泥單液漿。水灰比取0.8～1.0，注漿壓力取0.2～0.4 MPa，從而填充土體縫隙，鞏固受擾動的土體。隧道內注漿加固示意圖見圖8。

圖8 隧道內注漿加固示意圖(單位：mm)

5.3 調整盾構機采石箱格柵

因雙模盾構機土倉內空間較小，無法設置破碎裝置。采石箱的設置是防止較大石塊或土塊造成管路堵塞的作用。地層處于圓礫和黏土混合地層，采石箱內均為黏土夾雜圓礫，格柵設置較密，時常容易堵塞。根據地層情況適當割除采石箱格柵，調整泥漿比重，控制掘進速度，每掘進2～3環對采石箱進行主動檢查清理。減少因堵管造成的被動停機、土壓波動和工效降低問題，從而平穩通過[2]。采石箱調整前后對比圖見圖9。

圖9 采石箱調整前后對比照片

5.4 證據保全及房屋安全鑒定

為穩定居民情緒，防止出現后續矛盾糾紛問題，在盾構下穿前對小菜園城中村內的34棟(施工影響區)房屋均進行安全鑒定和證據保全，并在盾構穿越完成后再次進行證據保全工作，明確施工前后變化，確保小菜園城中村居民人身財產不受損失。在施工中同步將施工進展情況、監測數據分析情況及后續施工計劃向小菜園城中村居民公布，使小菜園城中村居民可隨時了解施工動態。

6 信息化監控量測

監測采用人工+自動化監測的信息化監控方法。通過人工監測成果并結合自動化監測數據進行復核，從而保證數據的準確性。盾構下穿期間建筑物監測頻次為6 h/次。自動化監測點布置在房屋樓體頂部結構上，通過人工監測樓體下部結構和自動化監測樓頂上部結構相結合的手段，分析建筑物沉降變化情況，并及時利用軟件分析及時進行掘進數據微調，為盾構掘進保駕護航。盾構下穿小菜園城中村雙線通過后，建(構)筑物累計沉降最大僅-3.5 mm。

7 結 論

1)通過盾構雙線長距離下穿淺基礎城中村建(構)筑物群的監測數據分析和模擬數據對比，實際沉降數據能夠控制到模擬分析的1/3，證明該施工方法可行，對類似工程環境的盾構下穿施工具有參考和指導作用。

2)在同區間涉及多種不良地層的復合地層中采用泥水/土壓雙模式盾構機的切換方法和掘進參數值得借鑒和參考。雙模式盾構機在特殊工況情況下可及時進行切換調整，改變了盾構單一掘進的方式方法，提高控制標準，規避施工風險。

3)在施工前及時掌握地質水文特征，論證盾構適應性，并按地質特征提前配置好刀盤刀具。采取地面定點超前預加固、洞內深孔注漿加固等輔助方法是盾構在不良地質中下穿淺基礎建(構)筑物施工前后必要的安全保障技術措施。

4)施工前后分別做好淺基礎房屋的安全鑒定和證據保全是十分必要的措施，對居民的安撫和維穩工作同樣是盾構下穿施工中必不可少的重要保障環節。

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