可拆解盾構小半徑側穿既有建筑物施工技術及影響分析

潘建明，廖韶軍，董毓慶，丁 智

（1. 中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450040；2. 杭州巖通科技有限責任公司，浙江杭州 310005；3. 浙大城市學院，浙江杭州 310015）

1 引言

地鐵建設過程中，既有建筑物常與新建地鐵線路之間相互影響，出于保護已有建筑物的目的，常采用盾構小半徑側穿的方式解決這類工程問題。相比于直線盾構掘進，小半徑曲線盾構施工[1]具有地層擾動加劇、線路兩側地層損失不均勻、地表變形規律復雜等特征[2]。

針對盾構小半徑側穿建筑物影響效應問題，部分學者已開展相關研究。一般盾構小半徑近距離側穿施工時，可采用有限元、ANSYS或FLAC3D程序進行建模模擬，應盡可能使用較大的曲線半徑，減輕曲線掘進對隧道成型的影響[3-9]。盾構自身及地層條件會影響盾構姿態，盾構曲線段掘進時有水平分力，容易向曲線外側發生偏移。當盾構在軟土地區進行掘進施工時，土層會產生更大的位移，隨著施工的進行隧道會出現一定的超挖現象，盾構曲線施工引起地表內側沉降范圍較大，同時影響隧道周圍土體的水平移動趨勢[10-15]。

路林海[16]等針對黏性土地層，對曲線盾構施工產生的地表沉降進行研究，發現盾構曲線掘進時，隧道兩側的地層由于受力不平衡出現差異擾動、地表變形非對稱性等現象。萬紹濤[17]提出盾構小半徑穿越建筑物施工過程中的技術控制措施及穿越后的地表沉降控制措施，減小盾構小半徑穿越建筑物對周圍環境的影響。對于可拆解盾構這種新型拼裝式掘進機械設備，在目前工程實際中運用較少。姚燕明[18]等針對狹窄空間內盾構過站方式首次提出可拆解式盾構施工方法。李發勇[19]進一步對可拆解盾構下穿既有橋樁磨樁施工影響進行研究。徐震[20]為解決盾構刀盤在狹窄空間內拆解困難及刀盤破壞性拆解無法再利用的問題，提出刀盤的幾種分解形式。已有的研究成果主要關于可拆解盾構的拆解形式和通過狹窄空間的施工影響，而關于可拆解盾構小半徑側穿施工對建筑物影響的研究未有述及。可拆解盾構特殊的拼裝式結構，使其能較好地解決小半徑近距離側穿建筑物問題。

本文以寧波市軌道交通4號線柳西站—寧波火車站區間可拆解盾構小半徑側穿柳汀花苑為工程背景，對可拆解盾構側穿過程中的施工控制技術展開研究，并結合實測結果驗證可拆解盾構小半徑側穿既有建筑物施工的可行性，為類似工程提供參考。

2 工程概況

柳西站—寧波火車站區間盾構側穿柳汀花苑的區域對應左線330～435環，右線345～450環，其中房屋外邊線與左線隧道外輪廓線最小水平距離約1.9 m。側穿段線路設計概況如表1所示。

表1 側穿段線路設計概況

3 側穿既有建筑物施工技術

盾構掘進中速度盡量保持在某個確定的值，減少盾構速度變化對周圍土體的擾動。出土量根據土壓的變化情況及地面沉降分析情況，及時進行微調。后期分析沉降監測數據，若達不到可控要求，可再次進行注漿。

為確保盾構均衡勻速施工，線路不發生偏移，應避免盾構與管片間夾角過大造成土體損失，推進時應不急糾、不猛糾。盾構掘進參數如下：盾構推進速度大小為30 ～50 mm/min；出土量為37.10～37.86 m3/環；同步注漿量充盈系數取1.3～1.8；同步注漿壓力不超過0.20～0.35 MPa；二次注漿方量1.05～1.5 m3；二次注漿壓力0.1～0.3 MPa；隧道軸線和盾構軸線折角變化不能超過0.4%。

盾構水平姿態刀盤控制在-10～+20 mm，盾尾控制在-10～+20 mm，盾構高程姿態刀盤控制在-25～-35 mm，盾尾控制在-40～-45 mm。隧道上方的淤泥質粉質黏土層同步注漿砂漿配合比為（kg/m3）砂 : 粉 煤 灰 : 石 灰 : 膨 潤土 : 水 泥 : 水= 1 130 : 350 :40 : 50 : 20 : 3.5。同步注漿漿液性能指標：漿液比重不小于1.9 g /cm3，泌水率不大于12%，塌落度12～14 cm。

4 側穿施工對既有建筑物影響分析

4.1 監測點布置

布設路面沉降監測點，在側穿建筑物拐角處布置建筑物監測點。沉降槽整個監測時長為14天，監測頻率為1天3次，取3次監測結果的平均值作為監測值。柳汀花苑2#、5#、6#樓的沉降的監測時長為10天，監測頻率為1天2次，取平均值作為監測值，詳細監測點如圖1所示。地面沉降累計值控制值在-20～+10 mm，單日變量不大于2 mm；建筑沉降累計值控制在不大于1 mm。

4.2 地表沉降分析

測線1包括監測點XD370-2～XD370-8；測線2包括監測點XD395-1～XD395-7；2條測線的地面沉降槽隨時間的動態變化如圖2、圖3所示。由圖可知，整體而言，2條測線的分布狀態與變化規律較一致，表現為沉降-稍微隆起-沉降的趨勢，距離隧道較遠處沉降值相對較小，沉降量為-1～0 mm，均處于可控范圍內。測線1靠近隧道一側的監測點的沉降最大值約為8.0 mm，測線2靠近隧道一側的監測點的沉降最大值約為5.5 mm，距離隧道側適中位置的監測點的沉降變化較為突出。掘進效應隨著時間推移在不斷變小，土體在應力的作用下，沉降量不斷減小，且逐步趨于穩定，表明利用可拆解盾構機施工對土體的影響處于可控范圍內。

監測點的沉降日變量變化及累計沉降量變化如圖4、圖5所示。由圖可以看出，各監測點的累計沉降量隨著時間的推移變化規律為平穩-波動-平穩趨勢，其與隧道掘進側穿過程息息相關，各測線由近及遠，其突變存在一定的滯后性，就施工沉降值而言，整個側穿過程對周邊環境的影響較小。

4.3 周邊建筑物沉降分析

側穿柳汀花苑時，2#、5#、6#樓與隧道相對位置較近，因此對此3棟建筑的沉降特征著重分析。2#、5#、6#樓沉降變化如圖6～圖8所示，由圖可以看出，2#樓距離隧道較近的監測點（JC18-4）的沉降值較大，且波動較強，波動值達到3 mm，最大沉降值為-5.5 mm。5#樓距離隧道較近的監測點（JC21-5）的沉降值較大，且波動較強，波動值達到2 mm，最大沉降值為-6 mm。6#樓距離隧道較近的監測點（JC23-3）的沉降值較大，且波動較強，波動值達到2.5 mm，最大沉降值為-4 mm。整體來看，距離隧道相對較遠的監測點的整體變化趨勢較為穩定，有突變值，但隨著隧道掘進逐漸趨于穩定。3棟建筑整體沉降值均在設計值內，表明盾構側穿過程中對附近建筑物的影響處于可控范圍內。

4.4 小結

可拆解盾構小半徑近距離側穿建筑物時，靠近隧道的建筑物產生的沉降值最大，但沉降值仍處在可控范圍內，說明該可拆解盾構小半徑側穿既有建筑物施工技術可行。

5 結語

通過盾構機施工參數的調整以及施工工法的相應變化，使可拆解盾構裝備在側穿既有建筑物的過程中保持穩定，對環境影響處于可控范圍內，表明可拆解盾構技術在類似工程中具有較好的應用性。