盾構(gòu)機穿越建、構(gòu)筑物施工方法淺析

摘要：在盾構(gòu)法隧道施工中經(jīng)常要穿越既有建筑物，可能造成建筑物隆起或沉降，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂縫或破壞，而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟損失。本文通過盾構(gòu)施工穿越西安朝陽門古城墻為例，簡要論述了盾構(gòu)施工穿越既有建筑物時的施工工藝方法，以為今后同類工程施工積累施工經(jīng)驗，并起到借鑒和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工 穿越 既有 建筑物

0 引言

根據(jù)西安地區(qū)的地質(zhì)特點，地鐵區(qū)間隧道施工主要采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機為隧道掘進設(shè)備，以盾構(gòu)機的盾殼作支護，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機前進，以開挖面上拼裝預(yù)制好的混凝土管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。目前在西安地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中以土壓平衡式盾構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。地鐵盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)難度大、施工風險高、質(zhì)量要求高、不可預(yù)測因素多，本文對西安地鐵一號線9標盾構(gòu)掘進穿越既有建筑物的施工方法進行了初步總結(jié)，積累了一些初淺的施工經(jīng)驗，以下就以土壓平衡式盾構(gòu)為例，對隧道掘進施工穿越既有建筑物的施工重點及采取的對策，談一點體會，以起到拋磚引玉的作用。

1 工程概況

1.1 工程概況西安市地鐵一號線（后圍寨～紡織城段）工程的五路口站～朝陽門站區(qū)間隧道（簡稱：五朝區(qū)間）起迄里程為Z(Y)DK21+536.250～Z(Y)DK22+384.200（其中ZDK22+274.282=ZDK22+270.274長鏈4.008m)，左、右線區(qū)間分別長：851.958m和847.95m，均是典型的盾構(gòu)施工。右線在里程為YDK22+165.234～YDK22+203.232段下穿朝陽門明城墻，本城墻于1993年重新修繕，城墻北部為含兩層地下室的鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用靜壓樁基。左線下穿朝陽門北城墻下的地下室，地下室底板埋深約3.7m，地下室底板下雙排靜壓樁，樁長14.4m，盾構(gòu)隧道與靜壓樁平面最小凈距約為2.441m。區(qū)間隧道右線下穿朝陽門城門洞，門洞基礎(chǔ)為5排靜壓樁基，樁長為15.5m，與右線豎向最小凈距約0.742m，平面最小凈距約為2.863m。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)盾構(gòu)在穿越朝陽門門洞下部時主要位于4-1老黃土層和粉質(zhì)粘土層中，左線區(qū)間隧道與城墻地下室基礎(chǔ)最小凈距約為15.4m，右線區(qū)間隧道與城墻門洞基礎(chǔ)最小凈距約為15.5m。地下水位埋深約6.5m。

2 城墻、門洞兩側(cè)及其周圍地表加固

2.1 加固范圍

2.1.1 朝陽門門洞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)兩側(cè)

2.1.2 朝陽門北城墻加固范圍為沿城墻方向盾構(gòu)中線向北16m范圍，城墻東西兩側(cè)各打設(shè)一排。

2.2 加固方法

2.2.1 預(yù)埋袖閥管在盾構(gòu)通過城墻前在地表沿城墻四周對城墻基底下方預(yù)埋Ф42袖閥管注漿加固，袖閥管埋深在地下水位以下。袖閥管間距0.6m×0.6m，梅花形布置，加固范圍為地面下3m。當?shù)乇沓两祷虺菈A斜值達到報警值時，立即進行跟蹤注漿。

2.2.2 袖閥管施工方法。①為達到加固土體的目的，袖閥管施工方法至關(guān)重要。它的機理就是讓鉆孔機鉆孔再通過孔向地層中壓入水泥濃漿或速凝型漿液，讓其隨著地層的壓密和漿液的擠入，并在壓漿點周圍形成大小不一的固化漿泡，形成一層固化漿泡層，這樣土地的強度和抗?jié)B能力就得到了提高，從而達到加固土體的目的。②袖閥管注漿的施工工藝要求：a鉆孔：鉆孔的垂直度必須精確。b安裝袖閥管：安裝袖閥管工作紛繁復(fù)雜，具體包括安裝套殼料、袖閥管并連接、鉆孔封口等。c安裝PVC管：首先要檢查的是注漿頭的狀況，典型的代表是單向閥的狀態(tài)是否良好，管路是否通暢，各節(jié)管路的連接質(zhì)量是否良好，這些都是必須的，因為一旦袖閥管有堵塞的現(xiàn)象發(fā)生，就必需立即洗管，并力求使PVC管伸至孔底。d漿液制作：漿液的制作要依照一定的數(shù)據(jù)，即設(shè)計和現(xiàn)場工程師提供的配合比，漿液的比重在規(guī)定的范圍之內(nèi)，添加劑的添加也要符合試驗人員確定的參量，保證水泥漿液的配制質(zhì)量。e開注漿機：在上述工作任務(wù)完成之后便可開注漿機進行注漿工作。f雙液混合：雙液注漿有嚴格的時間要求，其凝固時間一般控制在60~120s，漿液凝固時間的調(diào)整主要根據(jù)注漿要求和作用的不同，通過調(diào)整漿液的配合比和水泥液的濃度比重來實現(xiàn)。g清洗及文明施工：在注漿工作完成后，藥劑師清洗所用工具（包括注漿機、攪拌機和各種管路），保持他們的情節(jié)，此工作至關(guān)重要，不容忽視。

3 盾構(gòu)機施工掘進方法

3.1 盾構(gòu)機選型及性能要求。本標段全線地層為黃土、飽和黃土等，強度極低，屬軟土地層掘進，為達到良好的效果，減少不必要的附加沉降，在掘進方法上均采用土壓平衡模式。適時的將土倉壓力與地面沉降觀測結(jié)果對比參照，保持土倉壓力合理的同時保持土層平衡。盾構(gòu)機要時時跟蹤檢查，使其保持良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，避免因機械故障造成停機等延誤時間。

3.2 盾構(gòu)試掘進及掘進參數(shù)確定。為了選擇更合適的盾構(gòu)機，通常會選擇盾構(gòu)通過城墻前的10環(huán)管片，作為盾構(gòu)過城墻時的模擬段進行掘進，以確定在無城墻加載時的地層參數(shù)，根據(jù)模擬段的掘進參數(shù)，總結(jié)并制定詳細的城墻段盾構(gòu)掘進參數(shù)，保證城墻段施工的安全。

3.2.1 碴土改良的目的。①提高碴土的不透水性，使其具有較好的止水性，從而達到控制地下水流失的目的。②保持碴土的良好土壓平衡，其目的在于穩(wěn)定開挖面，控制地表沉降。③防止因開挖的碴土粘結(jié)刀盤而產(chǎn)生泥餅的現(xiàn)象。④提高碴土的流動性，有利于螺旋輸送機排土。⑤降低刀盤和螺旋輸送機的扭矩，同時減少對刀具和螺旋輸送機的磨損，實現(xiàn)提高盾構(gòu)機掘進效率的目的。⑥避免在螺旋輸送機排土時出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。

3.2.2 改良的方法碴土改良就是通過盾構(gòu)機配置的專用裝置向刀盤面、土倉內(nèi)或螺旋輸送機內(nèi)注入泡沫或膨潤土，利用刀盤、土倉攪拌裝置或螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合，達到碴土具有好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，以滿足在不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)掘進可達到理想的工作狀況。

3.2.3 碴土改良的主要技術(shù)措施根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和盾構(gòu)施工的經(jīng)驗，采取如下主要技術(shù)措施。在含水地層采用加泥土壓平衡模式掘進時，為了增加對螺旋輸送機內(nèi)注入的泡沫量，以利于螺旋輸送機形成土塞效應(yīng)，防止噴涌，在擬向刀盤面、土倉內(nèi)和螺旋輸送機內(nèi)注入泡沫或膨潤土。

3.3 管片拼裝要求。管片拼裝是盾構(gòu)法施工的重要環(huán)節(jié)，其安裝質(zhì)量的好壞不僅對盾構(gòu)機能否繼續(xù)順利推進有直接的影響，而且直接關(guān)系到隧道成洞的質(zhì)量。

3.4 同步注漿與二次補強注漿。采用盾構(gòu)施工法，在管片和地層之間將產(chǎn)生空隙，該空隙必須充填，否則，隧道周圍的地基會有較大變位（主要由盾尾空隙引起）。因此，及時進行背后注漿是盾構(gòu)工法中必不可少的環(huán)節(jié)。同時，背后注漿具有提高隧道的止水性能和確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性。

3.5 用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)盾構(gòu)施工。對盾構(gòu)掘進時的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時反饋，不斷調(diào)整、優(yōu)化掘進參數(shù)，以驗證選擇施工參數(shù)的合理性。

3.6 設(shè)定沉降和隆起指標并在掘進施工中嚴格控制。在工程施工前結(jié)合掘進情況計算預(yù)測地層沉降量，將預(yù)測計算結(jié)果作為預(yù)控參數(shù)，設(shè)定沉降控制指標為-30~10mm，沉降變形預(yù)警值為-20~7mm。適當減小出碴量，防止土層損失。

4 應(yīng)急施工措施

4.1 盾構(gòu)繼續(xù)保持土壓平衡掘進，分析沉降所產(chǎn)生的原因。

4.2 若沉降是由于盾構(gòu)穿越致地層損失而引起，則：①加強洞內(nèi)二次注漿，確保注漿壓力與注漿量。②對地層變化較大地段，在地面采取二次注漿加固措施。③加大監(jiān)測頻率，密切觀察地層變化速率，及時反饋信息，修正施工參數(shù)。

4.3 若沉降非盾構(gòu)引起，匯同文物部門共同協(xié)商制定可行的補救方案。

4.4 城墻基礎(chǔ)范圍管片環(huán)內(nèi)采取內(nèi)支撐加固措施，以幫助管片承受外部的壓力，控制管片的變形及滑動。

4.5 在城墻門洞通道上方掛設(shè)防護網(wǎng)，防止城墻磚體掉落。

5 施工效果

在采取了前文所述的施工方法和控制措施后，朝陽門隧道竣工后，其所穿越城墻沉降控制在-13～5mm范圍之內(nèi)，地表沉降控制在-15～5mm范圍之內(nèi)，各項指標達到優(yōu)良工程標準。

6 結(jié)語

盾構(gòu)穿越既有建筑物掘進施工時：①要對建筑物周圍一定范圍內(nèi)進行注漿或其他方式的全面加固，保證其整體性和堅固性。②必須嚴格控制盾構(gòu)掘進參數(shù)如土壓力、掘進速度、同步注漿壓力、同步注漿量、二次注漿壓力等，將盾構(gòu)掘進過程中引起的隆起或沉降值控制在規(guī)范允許的數(shù)值范圍內(nèi)。③盾構(gòu)掘進過程中必須隨時對建筑物上、極其周圍監(jiān)測點進行監(jiān)控量測，并及時反饋給盾構(gòu)操作人員作為停機檢查和調(diào)整掘進參數(shù)的支持性依據(jù)，達到監(jiān)測指導(dǎo)施工實踐的作用。

參考文獻：

[1]劉建航，侯學淵.《盾構(gòu)法隧道》1991.

[2]尹旅超.日本隧道盾構(gòu)新技術(shù)[M].武漢:華中理工大學出版社，1999.