摘 要：采用土壓平衡模式滿倉掘進(jìn)盾構(gòu)施工工藝克服了在軟弱地層掘進(jìn)對地層擾動大的難題。提前籌劃，優(yōu)化措施，精細(xì)管理，動態(tài)調(diào)整，成功實現(xiàn)了以微小沉降，安全順利在軟弱地層中近距離側(cè)穿三棟結(jié)構(gòu)薄弱建筑物。為以后類似邊界條件下盾構(gòu)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：軟弱地層；盾構(gòu)隧道；側(cè)穿；沉降控制

、1 工程概況

廣州市軌道交通某線路某盾構(gòu)隧道需近距離側(cè)穿三棟建筑物，沿盾構(gòu)施工方向從東到西依次為宿舍樓A5棟（5層1977年建）、宿舍樓A6棟（6層1978年建）、綜合樓A7棟（7層1986年建）。其中A5、A6棟為磚混結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)形式為約16米深340mm錘擊沉管灌注樁），南側(cè)加建單層附屬結(jié)構(gòu)（無基礎(chǔ)）。A7棟為框架結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)形式為約18米深480mm錘擊沉管灌注樁），左線隧道邊線距離A5、A6、A7棟建筑物樁基礎(chǔ)依次為1.3m、1.3m和2.7m。

2 地質(zhì)情況

該隧道頂埋深11～13米，主要穿越的地層為淤泥質(zhì)黏土〈2-1B〉、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層<2-2>、淤泥質(zhì)中粗砂層<2-3>和全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<6>。地面至隧道頂部范圍主要為雜填土層<1>、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層<2-2>、淤泥質(zhì)中粗砂層<2-3>，地質(zhì)松散，穩(wěn)定性較差。

淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層<2-2>：呈灰黃色、灰色，飽和，松散，局部稍密，級配不良，顆粒較均勻，主要成分以石英顆粒為主，含少量粘粒及有機(jī)質(zhì)。標(biāo)貫實測擊數(shù)為3～18擊，平均擊數(shù)6.4擊。顆粒不均勻系數(shù)Cu=4.31，曲率系數(shù)Cc=0.46，水上坡角φ=41.70，水下坡角φ=32.90。

淤泥質(zhì)中粗砂層<2-3>：呈深灰色，飽和，松散～稍密，級配良好，主要成分以石英中粗砂為主，局部夾薄層淤泥，含少量有機(jī)質(zhì)成分，土質(zhì)不均。標(biāo)貫實測擊數(shù)為6～32擊，平均擊數(shù)16.9擊。顆粒不均勻系數(shù)Cu=8.06，曲率系數(shù)Cc=0.91，水上坡角φ=41.20，水下坡角φ=32.70。

3 施工風(fēng)險及采取措施

3.1 施工風(fēng)險

建筑物年代久遠(yuǎn)，附屬結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。樁基地層未進(jìn)行加固處理，地層軟弱、流動性較強(qiáng)，盾構(gòu)近距離側(cè)穿容易造成建筑物沉降、傾斜及開裂，危及建筑物安全。同時建筑物周圍地面管線較多，有供水、供電、燃?xì)狻⑽鬯?、雨水、通信等各類管線，需嚴(yán)格控制沉降以確保管線安全。

3.2 施工措施

3.2.1 盾構(gòu)機(jī)配置

該盾構(gòu)隧道采用中鐵裝備生產(chǎn)的編號147土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，該盾構(gòu)機(jī)能適應(yīng)不同地層及不良地質(zhì)條件。盾構(gòu)機(jī)的主要性能指標(biāo)如下：盾構(gòu)機(jī)開挖直徑6280mm，隧道管片外徑6000mm，內(nèi)徑5400mm。盾構(gòu)機(jī)采用液壓驅(qū)動型式，驅(qū)動組數(shù)量8組，額定扭矩6000KN·m，脫困扭矩7200KN·m。推進(jìn)系統(tǒng)配備21根油缸，推進(jìn)行程最大2100mm，最大推力3900T。盾體采用主動鉸接式。盾構(gòu)機(jī)刀盤開口率34%，配備中心雙聯(lián)滾刀6把，單刃滾刀34把，切刀40把，12把邊刮刀，1把超挖刀，4個泡沫口，2個膨潤土口。螺旋輸送機(jī)最大通過粒徑φ340×560，最大出渣能力420m3/h，配備2道防水閘門。開挖倉內(nèi)配置了5個土壓傳感器，前盾和盾尾頂部配置2個土壓傳感器。同步注漿口4個。

3.2.2 盾構(gòu)參數(shù)調(diào)整

（1）土倉壓力的設(shè)定：根據(jù)地層覆土深度和水壓力初步設(shè)定滿倉掘進(jìn)土倉壓力，在掘進(jìn)過程中分析地面沉降或隆起及渣樣情況，如掘進(jìn)時地面隆起大，掘進(jìn)時可適當(dāng)降低土倉壓力，直到隆起變小，再確定土倉壓力值，可以適當(dāng)向刀盤加注泡沫及水進(jìn)行渣土改良。

（2）扭矩的設(shè)定：在砂層中掘進(jìn)情況下轉(zhuǎn)動刀盤，滿倉掘進(jìn)，在上部土壓力穩(wěn)定的情況下，土倉出土，確保土壓力波動小，掘進(jìn)扭矩保持恒定不出現(xiàn)大幅度波動。

（3）推力的控制：在穩(wěn)定的扭矩的情況下，適當(dāng)增加推力，使掘進(jìn)速度達(dá)到設(shè)定范圍內(nèi)。

（4）刀盤轉(zhuǎn)速：提高刀盤的轉(zhuǎn)速可以降低刀具貫入度，即降低扭矩，同時會導(dǎo)致刀盤溫度升高，保證推進(jìn)一環(huán)刀盤溫度不會過高，一般不高于55℃，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速，盡量減小對掌子面的擾動，加快掘進(jìn)速度。

（5）螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速：在土倉壓力穩(wěn)定且保持恒定的掘進(jìn)速度情況下，螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速保證土倉內(nèi)滿倉時所進(jìn)渣量同出渣量基本一致，達(dá)到平衡掘進(jìn)，防止超挖。

3.2.3 監(jiān)測工作

隧道中心線上方每米布設(shè)一個地面沉降監(jiān)測點，同時加密隧道兩邊范圍監(jiān)測點，建筑物四周及墻身同樣布設(shè)監(jiān)測點。過程中對建筑物裂縫進(jìn)行觀測記錄，監(jiān)測盾構(gòu)掘進(jìn)對建筑物的影響，實行每小時一測，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)并調(diào)整施工，如對地面沉降大的地方進(jìn)行二次注漿或地面隆起大調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)等，從而減少施工風(fēng)險，確保安全通過。如圖4。

3.2.4 技術(shù)控制

側(cè)穿建筑物區(qū)域地層流動性強(qiáng)，易受擾動，微小的壓力波動就會引起砂層的流動、地面沉降，建筑物就會傾斜開裂而出現(xiàn)極大的危險，故盾構(gòu)機(jī)在出加固區(qū)后采用土壓平衡模式滿倉掘進(jìn)工藝。

（1）控制出土量，每環(huán)出土控制在52m3，即每掘進(jìn)50cm出土17.4m3，對比每環(huán)出土量是否超過設(shè)定值，及時分析原因，及時采取措施。

（2）對每環(huán)渣樣進(jìn)行現(xiàn)場收集、分析，根據(jù)分析結(jié)果及監(jiān)測情況進(jìn)行下一環(huán)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整。

（3）控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)姿態(tài)，軸線偏差不得超過±50mm，推進(jìn)最終油缸行程1750～1900mm。每環(huán)量取盾尾間隙，依據(jù)盾尾間隙（優(yōu)先考慮）、盾構(gòu)姿態(tài)和油缸行程差等逐環(huán)進(jìn)行管片類型和拼裝點位選擇的計算。每環(huán)糾偏控制在5mm以內(nèi)，盾尾間隙控制在55～95mm范圍。

（4）管片拼裝過程中必須進(jìn)行螺栓復(fù)緊。管片拼裝時進(jìn)行第一次復(fù)緊，管片螺栓扭矩290～350N·m，脫出盾尾后進(jìn)行復(fù)緊，推出3環(huán)后進(jìn)行二次復(fù)緊。

（5）停機(jī)時倉體上部壓力保持比掘進(jìn)時高0.1bar，壓力低于掘進(jìn)壓力時注入膨潤土保壓。

（6）注漿壓力比切口壓力大0.2bar，控制在2～4bar，每環(huán)同步注漿量5～7m3，4孔同時注漿，注漿量以壓力控制，下部每孔壓力比上部每孔壓力略大0.5～1.0bar，上部注漿量大于下部注漿量。

（7）在盾尾后第5環(huán)向臺車方向開始進(jìn)行二次注漿。每班掘進(jìn)前要進(jìn)行二次注漿，每4環(huán)進(jìn)行一次二次注漿，注漿位置為上部點位方向，壓力為0.4Mpa～0.5Mpa，依據(jù)地面反饋沉降信息及時調(diào)整。每個點位注漿1m3，當(dāng)注漿壓力大于0.5Mpa時停止注漿。

4 施工參數(shù)及效果

4.1 始發(fā)段加固區(qū)及洞門封堵

里程ZDK40+407～ZDK40+398，頂部土壓力小于0.75bar，出土量小于54m3，速度控制小于15mm/min，扭矩小于2.0MN·m，總推力小于800t，刀盤轉(zhuǎn)速小于1.0rpm，刀盤位于加固區(qū)內(nèi)。

里程ZDK40+398～ZDK40+398，隧道埋深約11.1米，在加固區(qū)內(nèi)。掘進(jìn)時倉體切口壓力：上部土壓1.3～1.5bar，停機(jī)時倉體上部壓力保持1.3bar以上，調(diào)節(jié)時以上部土壓力為主。推進(jìn)千斤頂總推力小于1000t，推進(jìn)千斤頂行程1750～1900mm，刀盤扭矩≤2.0MN·m，推進(jìn)速度小于10mm/min（參數(shù)調(diào)整以速度為主，推力為輔），刀盤轉(zhuǎn)速1.2～1.5rpm，鉸接千斤頂行程40～80mm。

（1）在破素連續(xù)墻時采用低貫入度、小推力掘進(jìn)，避免刀具損壞及素墻整體破裂。

（2）泡沫管5路、1路常開，并適當(dāng)調(diào)節(jié)其流量，其余3路泡沫管可不定時打開，確保管路暢通，控制泡沫的使用量。

（3）從切削連續(xù)墻至加固體素墻距離10.2米，盾構(gòu)機(jī)長度9.398米，刀盤抵至素墻后停機(jī)，此時盾尾剛好脫出連續(xù)墻，停機(jī)封堵洞門，土倉保持2/3體積的土。

（4）封洞期間洞門鋼套筒12點鐘方向球閥打開，有漏漿液時關(guān)閉球閥停止注漿，注漿期間盾體要不間斷移動2～3cm，防止?jié){液凝固抱緊盾體和堵塞同步注漿管。移動盾構(gòu)機(jī)時不出土，為滿倉掘進(jìn)做準(zhǔn)備。

（5）觀察洞門防水簾布處是否漏漿，如果漏漿及時用砂袋或棉被封堵。

（6）封堵洞門后，繼續(xù)掘進(jìn)破素墻，在出素墻時保持土倉滿倉，土倉上部壓力1.5bar，同時保證同步注漿量。

4.2 盾構(gòu)通過A5棟

里程ZDK40+397～ZDK40+366，滿倉掘進(jìn)，頂部土壓力1.32～1.62bar，出土量48～51m3，速度控制35～45mm/min，扭矩0.5～0.7MN·m，總推力700～900t。隧道通過地層：<2-1B>淤泥質(zhì)黏土、<2-2>粉細(xì)砂層和<2-3>中粗砂層。期間地面累計最大沉降量+6.66mm（DM612），建筑物累計最大沉降量+3.4mm（A5棟A5-2），建筑物及地面無異常。

（1）左線掘進(jìn)破素墻后到A5棟隧道埋深11.1～11.3m，滿倉掘進(jìn)，土壓力1.3～1.4bar，隧道上部<2-2>粉細(xì)砂層，下部為<2-3>中粗砂層，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。

（2）側(cè)穿A5棟隧道埋深11.3～11.9m，土壓力1.4～1.5bar，隧道上部<2-2>粉細(xì)砂層，下部為<2-3>中粗砂層，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。

（3）及時在盾尾后第5環(huán)向臺車方向開始進(jìn)行二次注漿，每班掘進(jìn)前要進(jìn)行二次注漿，每4環(huán)進(jìn)行一次注漿。

4.3 盾構(gòu)通過A7棟

里程ZDK40+316～ZDK40+272，滿倉掘進(jìn)，頂部土壓力1.65～1.75bar，出土量48～51m3，速度控制40～50mm/min，扭矩1.0～2.5MN·m，總推力900～1400t。地面累計最大沉降量-16.74mm（A5棟南側(cè)DM614）。建筑物累計最大沉降量+2.10mm（A6棟B579），建筑物及地面無異常。

（1）掘進(jìn)里程ZDK40+316.15到里程ZDK40+308.65，隧道埋深12.5～12.6m，滿倉掘進(jìn)，土壓力1.60～1.65bar，隧道上部為<2-3>中粗砂層，下部為<6>全風(fēng)化含礫砂巖，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。

（2）掘進(jìn)里程ZDK40+308.65到里程ZDK40+277.15，隧道埋深12.7～13m，滿倉掘進(jìn)，土壓力1.65～1.7bar，地質(zhì)上部為<2-2>粉細(xì)砂層，中下部為<6>全風(fēng)化含礫砂巖，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。

5 結(jié)束語

（1）在粉細(xì)砂層和中粗砂層為主的地層中宜滿倉掘進(jìn)，掘進(jìn)和地面監(jiān)測相結(jié)合，及時反饋沉降信息，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，滿倉土壓平衡模式掘進(jìn)控制各項參數(shù)平穩(wěn)。

（2）加強(qiáng)對各項機(jī)械設(shè)備的維護(hù)，確保盾構(gòu)各項設(shè)備的正常運(yùn)行，降低故障率，減少可避免的停機(jī)時間。

（3）盾構(gòu)始發(fā)前，認(rèn)真核查洞門區(qū)域結(jié)構(gòu)鋼筋是否切割徹底，可采用鋼筋探測設(shè)備進(jìn)行核查，以避免鋼筋卡住螺旋出土機(jī)。同時盾構(gòu)始發(fā)段，刀盤位于加固體內(nèi)，可打開倉門及螺機(jī)前閘門觀察口，觀察有無鋼筋進(jìn)入土倉，如發(fā)現(xiàn)，應(yīng)及時停機(jī)清理。

（4）設(shè)計承載能力高的反力架，現(xiàn)場安裝時確保各構(gòu)件及焊縫滿足要求，以應(yīng)對盾構(gòu)需加大推力脫困的突發(fā)狀況。同時監(jiān)測反力架變形情況，控制推力，確保反力架安全。

（5）若出現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)速度過小，推力過大，盾體被裹住抱死狀況?？缮炜s盾構(gòu)鉸接裝置，或使用振動設(shè)備以松動盾體脫困。

（6）封堵洞門不宜使用水泥或雙液漿，可采用衡盾泥等新型材料，同時停機(jī)封堵時間切勿過長，防止水泥漿裹死盾尾。

（7）提前排查地質(zhì)勘察孔封堵情況，并在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中做好巡查，避免出現(xiàn)地面冒漿現(xiàn)象，如若出現(xiàn)，立即進(jìn)行地面處理并往土倉內(nèi)注入膨潤土保壓或聚氨酯填倉處理。

（8）為控制地面沉降，減少盾構(gòu)通過后沉降，在掘進(jìn)時調(diào)整土倉上部壓力，使掘進(jìn)時保證地面隆起不超過5mm。如出現(xiàn)沉降過大，可從徑向孔注入衡盾泥等填充材料。同時及時進(jìn)行二次注漿，控制注漿壓力，采用“低壓高頻”方式沿隧道方向依次反復(fù)注入，以控制地面及建筑物工后沉降。

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作者簡介：袁夢（1990-），男，江西贛州人，工學(xué)碩士，華南理工大學(xué)畢業(yè)，廣州地鐵集團(tuán)有限公司，主要研究方向為城市軌道交通建筑工程管理。