鄭大閏　李君立

摘要：盾構(gòu)工法目前已廣泛應(yīng)用于各國城市地鐵的建設(shè)中。文章通過總結(jié)巖溶地層盾構(gòu)機(jī)穿越建筑物的各項施工措施，得出適用于該地層中一套有效的施工措施，為同類工程的施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：巖溶地層；盾構(gòu)機(jī)；穿越建筑物；盾構(gòu)工法；施工措施 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2015）31-0120-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.060

1 概述

盾構(gòu)工法目前已廣泛應(yīng)用于各國城市地鐵的建設(shè)中。隨著社會的進(jìn)步和法律的完善，建設(shè)過程中征拆的難度越來越大，代價也越來越高?，F(xiàn)代城市中建筑物密集，地鐵施工中盾構(gòu)機(jī)穿越建筑物的情況頻繁，一旦控制不當(dāng)，極有可能造成建筑物沉降開裂變形，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，甚至?xí)鸾ㄖ锾斐扇藛T傷亡，因此盾構(gòu)機(jī)穿越建筑物是盾構(gòu)施工項目中的重大風(fēng)險，需嚴(yán)格控制各項施工技術(shù)措施。廣州地鐵九號線主要位于花都區(qū)，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜。地質(zhì)情況的復(fù)雜多變給盾構(gòu)法地鐵施工帶來巨大的難度和不確定性。而花都區(qū)又地處巖溶發(fā)育地段，由于溶蝕作用造成巖面起伏變化大，巖土層交界面附近發(fā)育土洞，巖層表層和上部溶溝、溶槽、溶隙及溶洞等發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶及土洞發(fā)育呈無序狀態(tài)，其形態(tài)特征、規(guī)模和分布范圍難以確定。盾構(gòu)機(jī)在巖溶地層掘進(jìn)可能造成盾構(gòu)機(jī)坍落、刀具磨損、刀盤崩裂等事故。如何在保證盾構(gòu)施工質(zhì)量安全的同時，確保地面建筑物的安全，給盾構(gòu)法施工提出了新的挑戰(zhàn)。本文以成功完成的盾構(gòu)機(jī)穿越秀全中學(xué)宿舍樓和新華鎮(zhèn)教辦集資教師樓的實例，研究分析巖溶地層盾構(gòu)機(jī)穿越建筑物的各項技術(shù)措施。

2 工程概況

2.1 房屋基礎(chǔ)及地質(zhì)情況

廣州地鐵九號線某標(biāo)段位于花都區(qū)繁華中心，采用泥水盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)隧道需穿越多棟房屋。其中一區(qū)間隧道主要穿越秀全中學(xué)宿舍樓、新華鎮(zhèn)教辦集資教師樓風(fēng)險較大，如圖1所示。

秀全中學(xué)宿舍樓為1988年建造的8層框架結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)。下方的地質(zhì)情況依次為：<1>人工填土層，<4N-3>沖積-洪積硬塑粉質(zhì)黏土層，<5C-1B>可塑狀炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r殘積土層，<9C-2>微風(fēng)化灰?guī)r。建筑物下方隧道穿越地層主要為<9C-2>微風(fēng)化灰?guī)r層。

新華鎮(zhèn)教辦集資教師樓為1991年建，框架7層，獨(dú)立基礎(chǔ)，地質(zhì)為：<1>人工填土層，<4N-2>可塑粉質(zhì)黏土，<5C-1B>可塑狀炭質(zhì)泥巖殘積土，<8C-2>中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r，<9C-2>微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r。隧道埋深約17.3m（隧道中心線），左線隧道洞身掘進(jìn)范圍均為微風(fēng)化灰?guī)r<9C-2>，右線隧道洞身掘進(jìn)范圍為微風(fēng)化灰?guī)r<9C-2>及中風(fēng)化灰?guī)r<8C-2>。

工程勘察及巖溶處理階段均在這兩棟房屋下方發(fā)現(xiàn)溶洞。

2.2 水文情況

根據(jù)區(qū)間水文地質(zhì)資料及地下水賦存條件，盾構(gòu)穿越這兩棟房屋區(qū)域地下水主要為孔隙水和巖溶（土洞）水。其中孔隙水主要賦存于沖積-洪積砂層，滲透系數(shù)為5～15m/d。巖溶（土洞）水部分與砂層中的地下水呈互補(bǔ)給狀態(tài)，地下水水量很大，一般具有承壓性，但灰?guī)r的透水性、富水性均較弱。

3 盾構(gòu)穿越房屋施工措施

3.1 溶洞處理措施

巖溶地層中掘進(jìn)最主要的影響因素是溶（土）洞的存在，雖然通過地面鉆探和CT掃描能夠大致確定溶（土）洞的位置及形態(tài)，但對于溶（土）洞的具體邊界很難精確探明。而較大溶（土）洞如未經(jīng)處理或者處理過程中未填充密實，則盾構(gòu)機(jī)通過時極有可能整體下陷，且因為部分溶洞富含水且與外界相連通，還可能因為擊穿溶洞而導(dǎo)致大量承壓水涌入盾構(gòu)機(jī)，導(dǎo)致地面沉降、上方建筑物損壞，產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此對于溶（土）洞的處理及應(yīng)對措施是盾構(gòu)施工能否取得成功的前提。溶（土）洞形態(tài)各異，與盾構(gòu)隧道的空間關(guān)系也不盡相同，因此對盾構(gòu)施工的影響也不同，如何對溶（土）洞進(jìn)行處理、處理范圍如何界定、處理效果是否滿足盾構(gòu)施工的要求等問題均是泥水盾構(gòu)在巖溶地層中施工安全首先要解決的問題。

3.1.1 處理原則。根據(jù)工程類比和施工經(jīng)驗，確定以下溶（土）洞處理原則：（1）隧道洞身范圍的土洞，不需處理；（2）全填充溶（土）洞內(nèi)充填物的標(biāo)貫大于5，不需處理；（3）需處理的溶（土）洞，應(yīng)在隧道平面輪廓線外3m范圍以內(nèi)；（4）位于隧道上方或隧底下方10m范圍或10m范圍外但上部無不透水層的土洞需處理；（5）位于隧道頂以上或隧底以下5m范圍內(nèi)或隧底以下5～10m范圍內(nèi)但上部為砂層的溶洞需處理；（6）盾構(gòu)管片安裝時，隧道底部要預(yù)留好隧底加固注漿管，以便在盾構(gòu)施工完后處理新發(fā)現(xiàn)的溶（土）洞。

3.1.2 處理措施。

第一，注漿參數(shù)。處理范圍的外排注漿孔注雙液漿，雙液漿質(zhì)量配比為水∶水泥∶水玻璃=（0.8～1）∶1∶（0.08～0.20），水玻璃波美度為38～43Be′，模數(shù)為2.4～3.0；內(nèi)側(cè)注漿孔注普通水泥漿，漿液水灰比為0.8∶1～1∶1，施工中根據(jù)現(xiàn)場試驗確定；注漿壓力控制在0.4～1.0MPa，注漿速度30～70L/min。水泥漿拌制采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

第二，施工步驟。

第一步：鉆機(jī)成孔。采用XY-150地質(zhì)鉆機(jī)成孔，成孔直徑為91mm，如鉆進(jìn)過程出現(xiàn)孔壁坍塌，則采用泥漿循環(huán)護(hù)壁成孔。

對于鉆探發(fā)現(xiàn)的溶（土）洞，按照2m×2m方格狀布置鉆孔查找洞體邊界，查找范圍至溶（土）洞邊界，如圖2所示，由已揭露溶洞的鉆孔向周圍擴(kuò)散布孔探查，鉆孔的順序為按列為①→②→③……，每列的鉆孔順序為由內(nèi)至外，如圖域2中箭頭所示。在查找洞體邊界時，若外圍鉆孔未發(fā)現(xiàn)溶、土洞，則暫時不處理，采用回填處理。在鉆孔過程中揭露的溶、土洞要做好記錄，以供注漿作業(yè)參考。

第二步，下注漿管。根據(jù)詳勘、超前鉆及洞體邊界探查取得的洞體數(shù)據(jù)，在溶、土洞頂板以上的部位用實管，在溶、土洞范圍內(nèi)使用花管，注漿管底部加下悶蓋。溶洞注漿管下至溶洞底。endprint

將實、花管根據(jù)要求連接后，在管內(nèi)注滿清水檢查密封性能。立即將注漿管沿鉆孔下至設(shè)計標(biāo)高，上端露出地面40cm左右，并加蓋上悶蓋。為保證順利下管，管中要注滿清水，以重力抵消套殼料的浮力。下管后在孔壁間隙靠近地面1～2m范圍內(nèi)充填水泥砂漿加固。

第三步：注漿漿液配制。根據(jù)溶洞面積及高度估算預(yù)配制漿液的體積，按水灰比計算出所需的水泥和水的用量，在攪拌機(jī)內(nèi)加入計算好的用水量，邊攪拌邊加入計算好的水泥用量，攪拌均勻后倒入儲漿池內(nèi)備用。

第四步：注漿。開注前先進(jìn)行注水試驗，以檢查注漿管路是否正常和判斷地層的吸漿能力等，并防止堵管；灌漿量按拌漿桶桶數(shù)進(jìn)行計量。

對于注漿壓力的控制應(yīng)注意以下情況：（1）外圍孔采用雙液漿注漿時，初期采用小壓力注漿慢速注漿，并采用間歇往復(fù)注漿，以有效控制漿液流失；（2）內(nèi)排孔主要以壓力控制終孔，灌至注漿壓力后穩(wěn)壓10min為止。若孔內(nèi)注漿量已達(dá)到設(shè)計值但注漿壓力仍無明顯上升時，停注單液漿，改注水泥漿+水玻璃雙液漿。

注漿施工的操作方法為：（1）注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即在注漿帶內(nèi)由孔底自下而上進(jìn)行注漿，每次注漿段長0.5m，注完第一段漿段后，上提注漿芯管，進(jìn)行第二注漿段注漿施工；（2）在芯管拔出長度大于一節(jié)管長時，停注拆取該節(jié)芯管及接頭，將接頭接在未拔出的芯管上繼續(xù)注漿，依此進(jìn)行直至完成注漿；（3）注漿過程中如需暫停注漿時，必須先將水泥漿管拿出放入清水桶中，并同時將注漿芯管提升0.4m，向孔內(nèi)注清水后再停止注漿，這樣既保持管路暢通，又保證注漿不受注水影響；（4）對于雙液注漿，需暫停注漿時或每次注漿完成前，改用單液漿注漿1min，提出注漿芯管后，用鋼管插入注漿管底部用清水由下至上沖洗注漿管，單液漿則直接停注后進(jìn)行沖洗，并在管頂蓋上悶蓋；（5）為保證注漿效果，一般采用重復(fù)注漿方法。兩次注漿時間間隔為6～10h，注漿3次，滿足終孔壓力時停止注漿，并用水泥砂漿封孔；（6）注漿過程中填好注漿工作記錄表，注漿孔的注漿工作情況及注漿工序作業(yè)時間。注漿過程中隨時分析和改進(jìn)注漿作業(yè)，并且認(rèn)真記錄實際孔位、孔深、孔內(nèi)地下物、涌水等，當(dāng)與地質(zhì)報告不符時，應(yīng)采取措施進(jìn)行修正。

3.1.3 盾構(gòu)機(jī)超前鉆探、加固。對于泥水盾構(gòu)在巖溶地層中的施工來說，受制于地面場地條件，導(dǎo)致部分隧道區(qū)域內(nèi)的溶（土）洞無法探明或者無法加固，此時可在盾構(gòu)機(jī)前體設(shè)置超前鉆探和加固系統(tǒng)，以保證盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，通過超前探測、超前加固及時處理隧道下部的溶（土）洞。

3.2 增設(shè)試驗段

為了使盾構(gòu)能安全順利下穿這兩棟建筑物，對下穿前30環(huán)范圍采用新的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行試驗掘進(jìn)（選30環(huán)范圍作為試驗段主要受工程條件限制，若非如此，應(yīng)選擇100環(huán)范圍作為試驗段）。

在試驗段掘進(jìn)期間，對盾構(gòu)施工的各個工藝流程進(jìn)行24小時不間斷監(jiān)控，實時記錄各項數(shù)據(jù)和異常情況。通過對試驗段掘進(jìn)參數(shù)的統(tǒng)計分析，為下穿這兩棟建筑物提供了可靠的施工技術(shù)參數(shù)和措施，主要包括盾構(gòu)總推力、扭矩、切口水壓、刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度、注漿量和地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)。

隧道洞身主要穿越灰?guī)r地層，施工過程中為保護(hù)刀具，保證盾構(gòu)刀盤的切削能力，盾構(gòu)施工應(yīng)堅持“多開倉、勤開倉檢查刀具”的原則。為全面準(zhǔn)確掌握開挖面情況和確保盾構(gòu)機(jī)處于最佳狀態(tài)，在每一次穿越房屋之前，都開倉檢查刀具及進(jìn)行必要的更換，并盡可能徹底地清理土倉內(nèi)殘留的大塊巖石，為盾構(gòu)逆循環(huán)掘進(jìn)提供條件，逆循環(huán)掘進(jìn)更有利于維持切口壓力平穩(wěn)，同時在開倉的過程中對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，確保設(shè)備處于良好

狀態(tài)。

3.3 盾構(gòu)下穿建筑物的控制措施

3.3.1 盾構(gòu)施工措施。在盾構(gòu)下穿建筑物時，除了根據(jù)試驗段得出的各項施工參數(shù)結(jié)合實際進(jìn)行設(shè)置外，還采取了以下專項措施：（1）在巖溶地層中巖層破碎，大塊的石頭造成環(huán)流堵塞十分嚴(yán)重，每日頻繁拆管，施工效率低下，針對于此，采用盾構(gòu)掘進(jìn)過程中需要正、逆循環(huán)交替進(jìn)行，防止大塊巖石堵塞排泥口引起切口壓力突變，影響地面建（構(gòu)）筑物安全；（2）嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)時的切口壓力波動，防止因切口水壓突變造成對地下土體的擾動，減小對地面建（構(gòu)）筑物造成的影響；（3）盡量控制盾構(gòu)機(jī)以均勻的速度掘進(jìn)，在推力、扭矩各項數(shù)據(jù)正常情況下，控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度為10mm/min左右；（4）保證注漿質(zhì)量，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時同步進(jìn)行壁后注漿以填充管片與地下土體間的間隙。同時通過二次注漿提高注漿效果，同步注漿以140%空隙率控制，每環(huán)注入量約5.6m3，二次注漿按照“量、壓雙控”原則，正常情況下注入量不超過1.5m3，注漿壓力控制在0.5MPa以下；（5）每5環(huán)施作一道止?jié){環(huán)，把管片注漿孔全部打開，注入雙液漿；（6）加強(qiáng)巖樣管理，每環(huán)收集巖樣進(jìn)行分析，判斷地質(zhì)條件，及時調(diào)整施工參數(shù)；（7）加強(qiáng)泥漿管理，適當(dāng)增大泥漿黏度，并保證足量的后備泥漿儲存量，以應(yīng)對突發(fā)的巖溶空洞導(dǎo)致漿液流失；（8）做好單液漿離析率試驗，根據(jù)漿液離析損失量及時進(jìn)行二次注漿；（9）掘進(jìn)過程中做好盾尾密封管理工作，嚴(yán)防因盾尾漏漿過大造成地下水壓力瞬間失衡。掘進(jìn)過程中根據(jù)每環(huán)掘進(jìn)進(jìn)度，在盾尾密封艙注入油脂，每環(huán)盾尾油脂注入量為50kg左右；（10）合理安排掘進(jìn)與洗倉時間，掘進(jìn)過程中若刀盤扭矩持續(xù)增大，可判斷土倉內(nèi)可能殘留大量渣土，應(yīng)及時將殘留渣土洗出再進(jìn)行掘進(jìn)，避免土倉內(nèi)殘留渣土過多，容易對刀盤造成破壞；（11）在保證質(zhì)量的前提下，提高管片拼裝速度，減少盾構(gòu)機(jī)停機(jī)時間，使盾構(gòu)機(jī)以盡快的速度通過建筑物下方。

3.3.2 監(jiān)測措施。（1）對這兩棟建筑物增加裂縫監(jiān)測項目，選取結(jié)構(gòu)柱、伸縮縫等布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)；（2）增加震速監(jiān)測項目。獲取震速對房屋沉降的影響，以信息化反饋指導(dǎo)施工；（3）過房屋階段，地面監(jiān)測點(diǎn)的橫斷面布設(shè)，由圖紙要求的50m一個斷面改為10m一個。地面監(jiān)測點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)場實際條件，盡量加密布置；（4）施工監(jiān)測和第三方監(jiān)測均為每4小時一次，二者錯開時間進(jìn)行監(jiān)測，保證每2小時獲取一組監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時反饋至中控室用于指導(dǎo)盾構(gòu)操作；（5）安排專職人員現(xiàn)場24小時值班，保證及時掌握現(xiàn)場地面及房屋、監(jiān)測等情況，發(fā)現(xiàn)異常，及時匯報項目經(jīng)理部。

3.4 盾構(gòu)通過建筑物后的控制措施

在盾構(gòu)掘進(jìn)通過建筑物后，繼續(xù)對該建筑物進(jìn)行監(jiān)測，可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化幅度適當(dāng)調(diào)整監(jiān)測頻率。同時，房屋和地面的巡視工作在監(jiān)測數(shù)據(jù)未穩(wěn)定之前不能間斷，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時進(jìn)行二次補(bǔ)漿或多次補(bǔ)漿，對于情況嚴(yán)重的情況，可采取地面注漿加固。

4 結(jié)語

在盾構(gòu)機(jī)穿越房屋期間，項目部落實了各項技術(shù)和管理措施，確保了盾構(gòu)機(jī)安全順利地通過了這兩棟房屋，盾構(gòu)穿越過程對房屋幾乎無影響。通過總結(jié)施工過程的經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)的理論，得出以下結(jié)論：（1）巖溶地層溶洞處理的范圍關(guān)系到工程施工質(zhì)量和投資，本工程實例的溶洞處理原則既保證了工程施工質(zhì)量，又控制了投資。盾構(gòu)管片安裝時，隧道底部要預(yù)留好隧底加固注漿管，以便在盾構(gòu)施工完后處理新發(fā)現(xiàn)的溶（土）洞。在盾構(gòu)機(jī)前體設(shè)置超前鉆探和加固系統(tǒng)，以保證盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，通過超前探測、超前加固及時處理隧道下部的溶（土）洞；（2）通過試驗段獲取的施工參數(shù)對盾構(gòu)機(jī)穿越房屋的指導(dǎo)意義明顯，需做好試驗段的數(shù)據(jù)收集和分析；（3）盾構(gòu)機(jī)穿越房屋施工的關(guān)鍵是采取多項措施控制地面和建筑物的沉降，采用全面的信息化施工手段可以取得較好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 董生才.盾構(gòu)機(jī)穿越建筑物技術(shù)措施探討[J].北方交通，2009，（8）.

作者簡介：鄭大閏（1984-），男，湖北咸安人，供職于廣東華隧建設(shè)股份有限公司，研究方向：市政工程施工管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint