閆瑞華

摘要：在城市軌道盾構(gòu)法施工中，盾構(gòu)不可避免地需要下穿既有建筑物，需要做好既有建筑物的保護(hù)工作。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)工程控制重難點(diǎn)和建筑物沉降變形控制總體方案進(jìn)行了介紹，對(duì)掘進(jìn)中的主要控制措施進(jìn)行了詳細(xì)的探討，可供參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)施工；下穿既有建筑；袖閥管

1.工程概況

石家莊地鐵3號(hào)線水上公園站-柏林莊站區(qū)間位于聯(lián)盟西路，呈東西走向，后右轉(zhuǎn)彎至中華北大街路下，呈南北走向，采用盾構(gòu)法施工。線路縱斷面呈v字形坡，最大坡度25‰。起始里程為DK1+852.613，終點(diǎn)里程為DK3+253.316，區(qū)間右線全長(zhǎng)1400.703m，左線全長(zhǎng)1426.367m（含長(zhǎng)鏈25.664m）。區(qū)間隧道在左DK2+274.323（右DK2+300.000）處設(shè)1號(hào)聯(lián)絡(luò)通道，在左DK2+777.743（右DK2+800.955）設(shè)2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道，與排水泵房合建。

區(qū)間埋深10～18m，隧道底部高程47.211～60.576m。本工程選用鐵建重工生產(chǎn)的直徑6250mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)根據(jù)本標(biāo)段密實(shí)砂層地質(zhì)、掘進(jìn)長(zhǎng)度1.4km、小半徑曲線等特性，針對(duì)性地設(shè)計(jì)并選用了鐵建重工ZT6250土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

2.工程控制重難點(diǎn)

盾構(gòu)小半徑曲線段穿越8棟老舊房屋，施工難度大。重點(diǎn)是控制地面沉降。本區(qū)間隧道曲線半徑350m，在小半徑曲線上施工，盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制難，管片襯砌拼裝精度控制難度大。且在曲線段穿越建筑物密集區(qū)，特別是聯(lián)強(qiáng)小區(qū)，高柱小區(qū)為老舊建筑物，磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，給盾構(gòu)掘進(jìn)施工和建筑物的安全保護(hù)造成了相當(dāng)大的難度，需要從掘進(jìn)控制，設(shè)備完好保障，注漿，監(jiān)控量測(cè)等方面進(jìn)行嚴(yán)格管控。

3.建筑物沉降變形控制總體方案

穿越前劃定穿越建筑物的影響范圍。一般穿越建筑物影響范圍為2H（H-隧道埋深），隧道在建筑物位置埋深為16～18m，即34m（28環(huán)）。為了確保盾構(gòu)機(jī)下穿建筑物安全。界定盾構(gòu)機(jī)下穿建筑物的影響范圍為：盾構(gòu)機(jī)到達(dá)建筑物前20環(huán)+盾構(gòu)機(jī)通過(guò)建筑物長(zhǎng)度+管片脫出盾尾后40環(huán)。

在穿越前做好“人-機(jī)-料-法-環(huán)”的準(zhǔn)備工作和組織措施，應(yīng)急預(yù)案演練。穿越中嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)段確定的掘進(jìn)措施，保證連續(xù)、勻速通過(guò)建筑物，并根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋調(diào)整相關(guān)掘進(jìn)參數(shù)。穿越后為了防止后期沉降，采取小導(dǎo)管加固土體，避免后期固結(jié)沉降。

4.掘進(jìn)中的主要控制措施

4.1地表加固方式

在進(jìn)行地表加固時(shí)，采用袖閥管注漿加固建筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)地層，注漿導(dǎo)管采用Φ48×4mm的塑料袖閥管。距離建筑物邊墻2m

位置布置第一排，共3排，間距1.414×1m，梅花形布置。袖閥管以45°角深入基礎(chǔ)下部進(jìn)行注漿。袖閥管打設(shè)位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)障礙物情況稍作調(diào)整，同時(shí)施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查建筑物基礎(chǔ)情況，避免對(duì)建筑基礎(chǔ)造成破壞。袖閥管注漿漿液采用普通水泥漿液，注漿壓力為0.4～0.8MPa，每段注漿長(zhǎng)度66～70cm，注漿擴(kuò)散半徑按經(jīng)驗(yàn)取值為0.5m。地層孔隙率0.46，漿液填充系數(shù)取0.8，漿液損耗系數(shù)1.15，注漿水灰比參照端頭加固經(jīng)驗(yàn)取1：1。盾構(gòu)到達(dá)前1個(gè)月加固完成，加固后要對(duì)加固效果進(jìn)行檢查。如注漿效果未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要重新進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

4.2盾構(gòu)通過(guò)小半徑曲線時(shí)過(guò)建筑物的掘進(jìn)控制

區(qū)間350m小半徑曲線轉(zhuǎn)彎半徑段長(zhǎng)度為有509.565m，對(duì)350m曲線半徑，△=1.2×6/350=20.57mm，本區(qū)間管片楔形量48mm，設(shè)n環(huán)管片配m環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)可擬合350m半徑，則：48m=20.57n，m：n=0.42854。即100環(huán)管片配43環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)。所以根據(jù)管片設(shè)計(jì)，350m小半徑段直線環(huán)管片和轉(zhuǎn)彎環(huán)管片配置比例約為3：2，滿足本段轉(zhuǎn)彎半徑要求。對(duì)于盾構(gòu)機(jī)小半徑曲線掘進(jìn)控制的難點(diǎn)，主要在掘進(jìn)軸線的控制及管片拼裝質(zhì)量控制兩個(gè)方面，采取如下措施：

4.2.1掘進(jìn)軸線控制

（1）開(kāi)始掘進(jìn)軸線向圓弧內(nèi)預(yù)偏10～20mm，測(cè)10環(huán)左右管片姿態(tài)，確定最終預(yù)偏量；

（2）推進(jìn)時(shí)速度應(yīng)控制在20～30mm/min，連續(xù)不間斷推進(jìn)。避免因推力過(guò)大而引起的側(cè)向壓力的增大，又減小盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)；

（3）每環(huán)糾偏量≤10mm/環(huán)，油缸壓差≤50bar，行程差≤80mm。掘進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 小曲線段過(guò)建筑物掘進(jìn)參數(shù)表

4.2.2管片拼裝質(zhì)量控制與注漿控制

（1）合理地綜合油缸行程差和盾尾間隙對(duì)管片選型、拼裝選點(diǎn)。

（2）管片3次復(fù)緊。

（3）同步注漿：增加弧線外側(cè)注漿量和注漿壓力

（4）同步補(bǔ)注漿：盾尾后第3～6環(huán)同步補(bǔ)注漿時(shí)加強(qiáng)外側(cè)壓漿量，如果管片向外偏移難以控制，采用二次注漿壓注圓弧外側(cè)。

（5）派專(zhuān)人負(fù)責(zé)，防止注漿壓力過(guò)大，造成管片錯(cuò)臺(tái)。

4.2.3渣土改良

在穿越建筑物期間，除少量地段夾小部粉質(zhì)黏土外，其余均為中粗砂層，下穿建筑物地層基本均一。碴土改良采取以泡沫為主，膨潤(rùn)土為輔的的土體改良的方式。前方沉降較難控制時(shí)，采用充分膨化的膨潤(rùn)土對(duì)掌子面護(hù)壁開(kāi)挖。如刀盤(pán)扭矩>2500kN·m，采用注入膨潤(rùn)土加泡沫的方式降低刀盤(pán)扭矩。同時(shí)采購(gòu)一批康達(dá)特、巴斯夫等優(yōu)質(zhì)泡沫和油脂，保證下穿房屋順利通過(guò)。

4.2.4土壓控制

由于下穿建筑物地段拱頂?shù)貙佣酁楦缮皩?，地層敏感性?qiáng)，自立性差，根據(jù)地層最大高度產(chǎn)生的靜止土壓力值加地面建筑物附加載荷值制定土艙掘進(jìn)壓力值，土倉(cāng)上部土壓暫定1.5bar。如果需要短時(shí)間緊急停機(jī)，啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)的PID自動(dòng)保壓系統(tǒng)。

4.2.5出土量控制

Φ6280mm開(kāi)挖直徑，1.2m管片，開(kāi)挖的實(shí)土方量為37.1方/環(huán)，根據(jù)本標(biāo)段地質(zhì)及實(shí)際掘進(jìn)記錄，松散系數(shù)為1.1，每環(huán)出土量控制值為41m3。渣土車(chē)容量為18m3，控制每車(chē)進(jìn)尺500mm。如發(fā)現(xiàn)出土量超標(biāo)，記錄當(dāng)前里程，盾構(gòu)通過(guò)后立即組織二次補(bǔ)漿。如果必要的情況下采取地面補(bǔ)注漿。

4.2.6同步注漿量及注漿壓力控制

采取注漿量和注漿壓力雙控指標(biāo)控制，在全斷面砂層掘進(jìn)時(shí)，每環(huán)壓漿量達(dá)到6.2m3或注入壓力達(dá)到4bar，注漿結(jié)束。優(yōu)先選擇注漿量控制，若出現(xiàn)注漿量<6.2m3而注入壓力達(dá)到4bar，需排查管路情況，防止注漿管路孔徑縮小導(dǎo)致的注入壓力升高，而誤判注漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。若注漿量<5m3而注入壓力達(dá)到4bar，可判定拱頂沉降或應(yīng)力釋放導(dǎo)致注入困難，此時(shí)應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)二次注漿，填補(bǔ)拱頂沉降或應(yīng)力釋放產(chǎn)生的空隙。

同步注漿漿液性能控制：同步注漿漿液的初凝時(shí)間在5h以?xún)?nèi)，1d固結(jié)體強(qiáng)度≥0.2MPa，28d抗壓強(qiáng)度≥2.5MPa，稠度8～12cm，固結(jié)收縮率<5%，傾析率<5%。同步注漿配合比見(jiàn)表2。

表2 同步注漿配合比

采用同步注漿漿液進(jìn)行同步補(bǔ)注漿，注漿位置在盾尾后3～6環(huán)。采用盾構(gòu)機(jī)自帶的同步注漿管路改造后進(jìn)行注漿，極大增加注漿的便利性和降低成本。

4.3盾體減阻及盾體位置沉降控制

刀盤(pán)開(kāi)挖直徑Φ6280mm，前盾直徑Φ6250mm，中盾直徑Φ6240mm，盾尾直徑Φ6230mm。單邊最大間隙有25mm，該段間隙一無(wú)土壓支撐，二無(wú)漿液回填。盾體上部是拱頂沉降控制的難點(diǎn)。針對(duì)該問(wèn)題，通過(guò)盾體周邊預(yù)留的注入孔注入膨潤(rùn)土，減少盾體上方沉降，降低盾體在砂層中的摩擦力，進(jìn)而降低推力，減少地層擾動(dòng)。

4.4后期沉降控制措施

為了防止由于地層松弛擾動(dòng)后遠(yuǎn)期的固結(jié)沉降，對(duì)建筑物造成危害，利用每環(huán)管片上預(yù)留的注漿孔進(jìn)行隧道徑向小導(dǎo)管深孔注漿，漿液采用水泥漿液，注漿壓力為0.4～1.2MPa，注漿擴(kuò)散半徑按經(jīng)驗(yàn)取值為0.5m。注漿時(shí)機(jī)為管片二次注漿漿液凝固后即可進(jìn)行。小導(dǎo)管加固深度3m，成樁直徑1m。小導(dǎo)管采用Φ42mm、壁厚3.5mm的無(wú)縫鋼管，鋼管長(zhǎng)度L=3.0m。注漿孔間距為15cm，直徑6～8mm，梅花形布置，鋼管尾部留1.0m的預(yù)留止?jié){段。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于城市建筑物過(guò)度集中，在使用盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵施工時(shí)，難免會(huì)下穿建筑物，從而容易對(duì)建筑物造成不利的影響。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)盾構(gòu)下穿既有建筑物的控制措施進(jìn)行了探討，順利完成了盾構(gòu)施工，取得了良好的施工效果，值得類(lèi)似工程借鑒和參考。

【參考文獻(xiàn)】

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