復雜地質盾構隧道下穿建筑物關鍵技術

摘要：選取某工程出入場線盾構段作為研究對象，分析下穿房屋、隧道和高速公路的特點及主要難點。采用土壓平衡施工模式進行掘進，實時監測土壓值以保障隧道穩定。介紹同步與二次注漿技術及參數，填充土體缺陷和控制地表沉降。進行多點精密監測對房屋及管線實時監測。研究結果顯示，同步、二次注漿聯合應用可有效解決土壓問題，優于單獨注漿。多點監測提高監測準確性和系統性。這些關鍵技術措施為類似工程提供依據，有助于安全施工管理和下穿建筑工程技術優化與應用。

關鍵詞：隧道下穿施工變形特征關鍵技術

ResearchontheKeyTechnologyofShieldTunnelingThroughBuildingsinComplexGeology

ZHENYakun

RailTransitBranch，ChinaCommunicationsConstructionCo.，Ltd.，Beijing，100000China

Abstract：Thispaperselectstheshieldsectionoftheaccesslineofaprojectastheresearchobject，andanalyzesthecharacteristicsandmaindifficultiesoftunnelingthroughhouses，tunnelsandexpressways.Itusestheearthpressurebalanceconstructionmodeforexcavation，andmonitorsearthpressurevalueinrealtimetoensurethestabilityofthetunnel.Itintroducessynchronousandsecondarygroutingtechnologiesandparameters，fillsoildefectsandcontrolsurfacesettlement.Itconductsmulti-pointprecisionmonitoringtomonitorhousesandpipelinesinrealtime.Researchresultsshowthatthecombinedapplicationofsynchronousandsecondarygroutingcaneffectivelysolveearthpressureproblem，whichisbetterthanindividualgrouting，andthatmulti-pointmonitoringimprovestheaccuracyandsystematizationofmonitoring.Thesekeytechnicalmeasuresprovidethebasisforsimilarprojects，andcontributetosafeconstructionmanagementandtheoptimizationandapplicationoftunnelingconstructionengineeringtechnology.

KeyWords：Tunnel；Tunnelingconstruction；Deformationbehaviour；Keytechnologies

盾構施工技術在城市地下工程中廣泛使用，隨著城市軌道交通和市政工程的發展，對下穿現有建筑物的需求增多。下穿結構距離較近且地層復雜，增加了工程施工難度和安全隱患。

白倩倩[1]采用型鋼支撐、預備注漿和同步二次注漿，全天候實時監測，保證了交叉路口下穿盾構隧道和地下過街通道的結構安全和地面沉降控制。秦帥[2]通過三維差分法模擬研究地鐵盾構下穿既有隧道的變形規律。金康[3]建立模型計算分析表明通過控制土壓、及時注漿可有效控制高速路基變形和沉降。吳廣磊等[4]以天津某地鐵項目為例，探討了盾構下穿建筑物時地表沉降變形的分析和控制對策。楊博等[5]通過某市地鐵五號線項目的三維模擬和實測分析，研究了盾構下穿多棟建筑物時的建筑變形規律和有效控制措施。張斌等[6]針對南通地鐵1號線盾構下穿森大蒂花苑老舊居民區，通過監測和數值模擬發現合理的土壓力、注漿和襯砌措施可減小地表沉降。

1工程概況

某工程的盾構段隧道下穿一隧道和高速公路，線間距為9～12m。平面線形從盾構接收井往西南偏西方向延伸，左線由1個半徑350m和2個半徑250m的平面曲線及夾直線組成，右線由1個半徑400m和2個半徑250m的平面曲線及夾直線組成。

2工程難點與風險分析

2.1下穿房屋概況

區間右線下穿一食堂及海關樓，食堂為2層框架結構，隧道埋深約14.5m，穿越地層為淤泥質黏性土、礫砂及卵石，覆土為淤泥質黏性土、素填土。海關樓為4層框架結構，隧道埋深17m，穿越地層為淤泥質黏性土、粉質黏土、圓礫及全風化花崗巖，覆土為淤泥質黏性土及素填土。

區間左線側穿一管理局，房屋為7層框架結構，隧道埋深14.5m，穿越地層為淤泥質黏性土、卵石及全風化的花崗巖，覆土為淤泥質黏性土及素填土。

2.2下穿隧道概況

隧道為矩形框架結構，基礎為直徑550mm預應力管樁，平均樁長30m。區間隧道與該隧道22根樁基沖突，采用盾構機直接截樁通過。

下穿段區間隧道埋深約10.5m，距該隧道承臺基礎底約6.2m，地鐵隧道及樁基所處地層依次為素填土、淤泥、淤泥質黏性土、粉質黏土。

2.3下穿高速公路概況

區間隧道下穿高速公路，隧道頂距路面凈距8.5～9.5m，盾構穿越段地質為淤泥質黏性土，隧頂覆土為淤泥及素填土。

2.4主要工程難點

2.4.1下穿房屋的難點

房屋基礎情況不明確，年代久遠的海關樓和管理局建筑基礎資料難以獲取。隧道與房屋距離較近，土體受影響范圍大，尤其海關樓僅距隧道1.9m。穿越地層為黏性土層，易發生不可逆變形，給排水和排土帶來困難。

2.4.2下穿現有隧道的難點

截斷22根直徑550mm、長30m的預應力鋼樁，需研究有效的樁截斷方案控制應力釋放；兩者埋深相近，需精準掌控隧道位置以防突變淹沒地鐵隧道；淤泥質黏性土層強度差，難以用堰門隔斷水土交替影響。

2.4.3下穿高速公路的難點

高速公路施工安全管理困難，隧道頂部距路面僅8.5～9.5m，易影響路面結構。淤泥質黏土層導致地表隆起，增加道路使用影響。

2.4.4多下穿結構增加整體難度

存在三種下穿類型結構，工程難度增加。

3關鍵技術措施

3.1控制掘進參數

根據隧道地層實際情況和技術總結，采用土壓平衡掘進模式，嚴格控制掘進參數，總結出適合各地層的掘進參數。盾構通過建筑物和其他風險源時，對沉降或隆起非常敏感，土倉壓力應適中，不可過高或過低。

3.2土壓控制

根據土壓平衡工況的特點，確定和保持合理的土倉壓力是關鍵。因此，在確定掘進參數時，應以土倉壓力為基準，并制定掘進控制程序以維持土倉壓力穩定。

3.2.1土倉壓力值的計算

采用近似上覆土重理論分段進行土壓力計算。設刀盤中心地層靜水壓力、土壓力之和為P1，則

式（1）中：γ為土的加權平均重度；

h為刀盤中心至地表的垂直距離。

設土倉壓力值為P，則

式（2）中：K為土的側向靜止土壓力系數；

P2為附加荷載，取20kPa

3.2.2實際土壓力取值

根據不同地層分類計算，并視地表監測結果進行調整。具體見表1。

3.3同步注漿

3.3.1注漿目的

在盾構施工中，管片襯砌后的注漿工序至關重要，主要目的如下。

• 填充盾尾建筑空隙，支撐管片周圍巖體，控制地表沉降。
• 注漿后的漿液形成首道防水屏障，增強隧道的防水能力。
• 提供管片早期穩定性，與周圍巖體融為一體，有助于控制盾構掘進方向和確保隧道最終穩定。

3.3.2注漿方式和特點

采用邊掘進邊注漿的方法，填充盾尾建筑空隙，支撐管片周圍巖體，防止地層過度變形對環境的威脅。使用盾構機自身的同步注漿系統，采用雙泵四管路對稱注漿，確保注漿與盾構尾部建筑空隙同時進行。

3.4二次注漿

3.4.1注漿目的

通過同步注漿填充盾尾建筑空隙，但可能出現局部不均勻或因漿液固結收縮而產生空隙。為提高背襯注漿層防水性和密實度，可進行二次注漿，填補空隙形成緊密防水層，同時加強隧道襯砌。

3.4.2注漿方式和特點

在同步注漿有不足時，通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，填補未注漿部分和體積減小部分，減少后期沉降和管片上浮，降低隧道防水壓力。

4安全監控與管理

4.1監測目標與內容

監測的目的是保證建筑物的結構穩定、使用安全，并保護周圍環境，避免沉降和傾斜。盾構施工應根據監測數據進行信息化施工。

4.2監測項目與警戒值

（1）建筑物沉降、傾斜警戒值：沉降差報警值取沉降限值的70%，建筑物傾斜報警值取0.002。

（2）裂縫開展寬度：對于建筑物既有裂縫，每天發展不超過0.1mm；對于工程施工引起的新裂縫，發現后即做報警處理并隨時監測。

（3）根據規范設計要求，管線監測報警控制值為-10～+2mm。

4.3監測點布設與方法

根據實際情況，監測主要包括地面和房屋段基礎沉降。地下管線沉降可與地表沉降水準監測共用基點和工作基點。布置原則如下。

• 重點布設在煤氣管、給水管、污水管、大型雨水管及市政管線上，考慮與工程相對位置關系。
• 宜布置在管線接頭處或對位移變化敏感的部位。
• 有特殊要求的布置管線管頂測點，無特殊要求的布置在管線上方對應地表監測點處。

在管線附近的地表埋設觀測點，采用窖井或鉆孔形式，穿透路面結構層，深入管線下方土層。測點應加保護蓋，孔徑不小于150mm。沉降監測測點應平整埋設，不影響通行，穩固且清晰標記。

4.4監測頻率與數據處理

盾構機機頭前后20m范圍每天監測1～2次，50m范圍內每兩天監測1次，50m范圍之外每周監測1次。異常情況下增加監測頻率和范圍，每2～4h監測1次。盾構機通過20m后，如測點沉降變化仍較大，每天監測2次。每天沉降小于2mm后，每天監測1次，連續監測1周。沉降基本穩定后，每兩天監測1次，連續監測1個月或直到沉降穩定。及時處理和整理內業資料，提交監測報告。分析同一監測點數據趨勢，及時發現問題和調整監測頻率。

5結語

本研究以某隧道下穿建筑為例，探討相關關鍵技術措施。使用同步和二次注漿技術有效解決土壓問題，優于傳統單獨注漿方法。提出了多點實時監測技術，相較傳統方法更準確系統。研究結果為類似工程提供參考，為解決下穿建筑安全問題提供了技術支撐，對優化施工管理和技術措施具有重要意義，擴展了相關工程實踐。

參考文獻：

• 白倩倩.盾構隧道近距離下穿過街通道施工技術[J].國防交通工程與技術，2024，22（1）：61-64，23.

[2]秦帥，黃杰，陳霧航.地鐵盾構區間隧道近接下穿既有隧道影響研究[J].科技創新與應用，2024，14（1）：83-87，92.

[3]金康.盾構隧道下穿高速公路路基變形特征及控制研究[J].交通科技與管理，2023，4（22）：53-55，48.

[4]吳廣磊，溫良濤.盾構施工下穿既有建筑物沉降變形分析與控制[J].散裝水泥，2023（5）：101-103，106.

• 楊博，潘東峰，王婷，等.地鐵隧道盾構連續下（側）穿不同基礎形式建（構）筑物變形影響分析及應對措施建議[J].測繪與空間地理信息，2023，46（7）：194-196，200.

[6]張斌，王瑞，汪優.南通地鐵盾構下穿既有建筑誘發基礎沉降分析[J].土木與環境工程學報（中英文），2023，45（3）：24-33.