盾構(gòu)近距離側(cè)穿高大擋墻施工及沉降控制措施

陳迪猛

（福州地鐵集團(tuán)有限公司）

1 工程概況

福州地鐵4 號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間右線長(zhǎng)度929.012m，區(qū)間隧道地形總體較平坦，隧道埋深為10.3～21.8m。管片內(nèi)徑5.5m、外徑6.2m，每環(huán)寬1.2m。

本工程采用復(fù)合土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，刀盤開挖直徑6.51m，采用全斷面切削刀盤。

盾構(gòu)機(jī)在右線460～580 環(huán)側(cè)穿擋墻，此擋墻為高大仰斜式漿砌片石擋墻，長(zhǎng)約144m、高度10～12m、厚度約1.5m、坡度2.7，基礎(chǔ)埋深約3.5m。擋墻與盾構(gòu)切削面距離4.5～7.1m，緊鄰道路，墻背原狀土，上方是小學(xué)教學(xué)樓，教學(xué)樓高約21m，距擋墻最近約11m。擋墻與隧道位置關(guān)系如圖1、圖2 所示，實(shí)景如圖3 所示。

2 工程地質(zhì)水文情況

盾構(gòu)側(cè)穿擋墻段土層自上而下依次為：＜1-2＞雜填土、＜5-2＞殘積砂質(zhì)粘性土、＜6-1＞全風(fēng)化花崗巖、＜7-1＞強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（砂土狀）、＜7-2＞強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（碎塊狀）。隧道所處地層主要為＜7-1＞、＜6-1＞、＜7-2＞層。

3 沉降風(fēng)險(xiǎn)分析

該擋墻為高大擋墻，圬工材料重力大，地基沉降大。盾構(gòu)機(jī)在側(cè)穿過程中引起的地層損失、變形，會(huì)造成擋墻地基的滑移，導(dǎo)致地基沉降，建筑物發(fā)生重心偏移，引起附加應(yīng)力重分布，使結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)使建筑物喪失穩(wěn)定性而破壞。

4 盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿擋墻施工技術(shù)措施

盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致不同程度的地面和擋墻沉降，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。同時(shí)要優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，采取可靠的措施。

4.1 監(jiān)控量測(cè)

盾構(gòu)穿越期間應(yīng)對(duì)側(cè)穿擋墻區(qū)段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)保護(hù)，監(jiān)測(cè)主要有：地表沉降、建筑物沉降、變形。

4.1.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)及頻率

⑴在隧道中心線20m 內(nèi)建筑物關(guān)鍵點(diǎn)位布設(shè)，測(cè)點(diǎn)間距約9～15m，如圖4 所示。

⑵監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)到開挖面的距離而定，如沉降變化異常時(shí)進(jìn)行加測(cè)，必要時(shí)24 小時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，如表1 所示。

表1 監(jiān)測(cè)頻率

4.1.2 監(jiān)測(cè)控制值

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013），監(jiān)測(cè)控制值如表2 所示。

表2 監(jiān)測(cè)控制值

4.1.3 沉降監(jiān)測(cè)預(yù)警處置

在施工過程中如發(fā)現(xiàn)地表、擋墻沉降值超過預(yù)警沉降限值，立即采取應(yīng)急措施：

⑴立即停止盾構(gòu)推進(jìn)，保持上部土倉(cāng)壓力1.5～1.6bar，并立即通知相關(guān)單位，啟動(dòng)處置措施。

⑵適當(dāng)加大盾尾注漿壓力和注漿量，在沉降區(qū)洞內(nèi)二次注漿，并提高監(jiān)測(cè)頻率。

⑶對(duì)沉降區(qū)進(jìn)行跟蹤注漿，控制沉降，及時(shí)反饋數(shù)據(jù)，以調(diào)整注漿參數(shù)。

⑷待沉降穩(wěn)定并處理完成后方可繼續(xù)掘進(jìn)。

4.2 盾構(gòu)機(jī)穿越段掘進(jìn)施工技術(shù)

4.2.1 確定試驗(yàn)段

在盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿擋墻前50 環(huán)（410～460 環(huán)）范圍做試驗(yàn)段掘進(jìn)，對(duì)推進(jìn)參數(shù)和沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)側(cè)穿時(shí)可能出現(xiàn)的沉降，制定最優(yōu)推進(jìn)參數(shù)。

4.2.2 穿越前的準(zhǔn)備工作

⑴對(duì)距離擋墻前30 環(huán)時(shí)停機(jī)開倉(cāng)，對(duì)盾構(gòu)設(shè)備、系統(tǒng)、應(yīng)急物資設(shè)備等進(jìn)行全方位的評(píng)估、檢查、維修。

⑵施工前，技術(shù)人員根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)每班下達(dá)推進(jìn)指令，及時(shí)跟蹤調(diào)整，掘進(jìn)過程中嚴(yán)格執(zhí)行指令，避免出現(xiàn)“蛇形”。

4.2.3 合理設(shè)定施工參數(shù)

根據(jù)土壓氣平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理，土倉(cāng)中的壓力需與開挖面的正面壓力平衡。

⑴土倉(cāng)內(nèi)壓力：擬設(shè)定上部土壓力為1.5bar 左右，同時(shí)視沉降情況調(diào)整。

⑵推力F：掘進(jìn)時(shí)控制推力控制在1000～1800t。

⑶刀盤轉(zhuǎn)速n1：滿足轉(zhuǎn)速和扭矩曲線，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.2～1.5rpm。

⑷刀盤扭矩T：穿越擋墻段扭矩控制在1000～2500kN·m。

⑸螺旋器轉(zhuǎn)速n2：根據(jù)維持土倉(cāng)壓力或視出土口處的出土情況進(jìn)行調(diào)整。

⑹掘進(jìn)速度v：推進(jìn)時(shí)速度宜控制在1cm/min 左右。

⑺管片與盾尾的間隙δ1～δ4：δ1～δ4 由拼裝機(jī)上的設(shè)備測(cè)得（或由人工測(cè)量）。

4.2.4 推進(jìn)出土量控制

嚴(yán)格控制盾構(gòu)出土量，減少超挖和欠挖。每環(huán)理論挖土量＝π/4×D2×L＝π/4×6.52×1.2＝39.819m3/環(huán)。出土量系數(shù)1.1 ～1.2，即出土量為43.8 ～47.782m3/環(huán)。

4.2.5 渣土改良

根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和施工經(jīng)驗(yàn)，采取如下渣土改良措施：

⑴通過盾構(gòu)機(jī)的土體改良系統(tǒng)，將泡沫和膨潤(rùn)土注入刀盤前部、土倉(cāng)內(nèi)、螺旋機(jī)內(nèi)對(duì)土體進(jìn)行改良。

⑵泡沫和膨潤(rùn)土通過管路泵送到注入點(diǎn)，4 個(gè)獨(dú)立的注入點(diǎn)在刀盤的輻條上，每個(gè)注入點(diǎn)通過一條獨(dú)立的管路來提供。

4.2.6 同步注漿

盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿要及時(shí)、均勻、足量，確?？障冻涮畹轿弧Ｃ客七M(jìn)1 環(huán)的建筑空隙為：V1=1.2×π×（6.512－6.22）÷4=3.711m3。

每環(huán)注漿量一般為建筑空隙的1.5～1.8，側(cè)穿擋墻區(qū)段按1.8 考慮，即每推進(jìn)1 環(huán)同步注漿量6.679m3。注漿壓力P2 在注漿處的水土壓力的基礎(chǔ)上相應(yīng)提高0.05～0.3MPa。漿液初定配比見表3。

表3 同步注漿初定配比（重量比）

4.2.7 二次注漿

根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)情況，可采取管片壁后二次注漿，漿液可采用單液漿和雙液漿。漿液初定配比見表4。

表4 二次注漿漿液配比（重量比）

4.3 擋墻注漿加固措施

4.3.1 地面袖閥管預(yù)注漿

⑴在擋墻區(qū)段，地面預(yù)設(shè)注漿孔（如圖5），采用可重復(fù)注漿的袖閥管注漿，孔間距3m，孔深16～18m。注漿孔的布置同時(shí)根據(jù)地下管線、交通條件等局部調(diào)整。

⑵每一孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以壓力控制為主，擬定注漿終壓力為0.3～0.6MPa，注漿前先進(jìn)行注漿試驗(yàn)，壓力以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，不宜過大；注漿過程根據(jù)跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力控制。單段注漿壓力達(dá)到要求時(shí)，即可停止注漿，進(jìn)行下一段注漿。

⑶加固效果檢測(cè)：加固后土體承載力不低于200KPa。

4.3.2 穿越段跟蹤注漿

盾構(gòu)穿越期間，在原有袖閥管部位進(jìn)行跟蹤注漿，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示沉降成加劇狀態(tài)時(shí)進(jìn)行注漿。注漿孔的選擇根據(jù)掘進(jìn)情況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行調(diào)整。

4.3.3 穿越后補(bǔ)償注漿

盾構(gòu)穿越后，土體受擾動(dòng)不可避免會(huì)產(chǎn)生下沉趨勢(shì)，視變形發(fā)展情況進(jìn)行補(bǔ)償注漿，直至擋墻沉降變形穩(wěn)定注漿才終止。

5 沉降控制效果分析

5.1 盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)調(diào)整對(duì)沉降控制的影響

⑴合理且較高的土壓力、頂推力，均勻且較快的推進(jìn)速度，平穩(wěn)且較低的刀盤轉(zhuǎn)速，可減小刀盤對(duì)地層的擾動(dòng)，維持開挖面穩(wěn)定，有效地減小施工對(duì)路基、擋墻的沉降影響，確?？焖賯?cè)穿擋墻。

⑵推進(jìn)過程中加強(qiáng)同步注漿也有助于減小沉降影響。每環(huán)推進(jìn)同步注漿比原來多注2 次，注漿壓力提高0.2bar。

⑶隧道內(nèi)的二次補(bǔ)漿也能夠加強(qiáng)盾體周圍土體的強(qiáng)度，減小土體、擋墻的沉降。

5.2 地表注漿對(duì)擋墻沉降控制的影響

在注漿前設(shè)置試驗(yàn)段，每排袖閥管中每間隔5 根試注漿1 根，每孔多次注漿，注漿時(shí)間間隔24h，如圖6。試驗(yàn)段注漿期間，擋墻波動(dòng)上浮至+2.7mm；停止注漿后，因基礎(chǔ)受到擾動(dòng)，擋墻隨注漿壓力釋放、漿液固結(jié)而下沉至+0.2mm。

預(yù)注漿期間，注漿壓力、注漿速度分別穩(wěn)定在0.3～0.5MPa、60～80L/min 時(shí)，基礎(chǔ)的豎向整體性較強(qiáng)，對(duì)注漿壓力、注漿速度等參數(shù)的變化較為敏感，隨著注漿的停止和漿液的固結(jié)，擋墻產(chǎn)生了下沉趨勢(shì)；盾構(gòu)穿越期間，為了控制沉降，先后進(jìn)行3 次跟蹤注漿，每次注漿的壓力為0.4MPa，注漿平均速度為50L/min。跟蹤注漿使沉降維持在+2.9mm，為側(cè)穿擋墻預(yù)留了條件；盾構(gòu)穿越后，土體受擾動(dòng)下沉至+2.0mm，視變形發(fā)展情況進(jìn)行補(bǔ)償注漿，盾構(gòu)穿越后長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在+2.1mm，擋墻沉降變形穩(wěn)定。

6 結(jié)論及建議

通過本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)順利側(cè)穿高大擋墻的實(shí)踐證明：

⑴盾構(gòu)推進(jìn)采用土壓氣平衡模式及同步注漿并用的方法，可以保持開挖面穩(wěn)定，達(dá)到減少沉降的效果。

⑵在施工過程中，應(yīng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)進(jìn)行嚴(yán)格的線性控制和姿態(tài)控制，減小軸線偏差和及時(shí)糾偏，減小超挖對(duì)土體的擾動(dòng)影響，避免在側(cè)穿過程中進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。

⑶采取穿越前地表袖閥管預(yù)注漿，穿越過程中跟蹤注漿、穿越后補(bǔ)償注漿等措施，能夠很好地加固土體，減小沉降影響。

⑷加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)和信息反饋，信息化施工有助于提升安全管控質(zhì)量和減少工程風(fēng)險(xiǎn)。