關于盾構在粉土中連續(xù)下穿新老舊密集建筑物的沉降控制

劉志明 吉晉榮 章菁

摘 要：以杭州地鐵1號線富春路站至秋濤路站至城站站區(qū)間盾構工程為例，本文針對盾構在粉土中連續(xù)下穿新老舊密集建筑物的沉降控制進行了分析，同時介紹了盾構施工期間的沉降控制措施，從而希望能夠?qū)π吕吓f密集建筑物的沉降進行有效的控制。

關鍵詞：盾構隧道；建筑物；施工措施

引 言

現(xiàn)在城市地鐵公共交通模式出現(xiàn)了可靠、安全、高速以及容量大的特點，因此很多城市為了緩解日趨緊張的城市交通問題，都將地鐵公共交通模式作為了首選模式。城市地鐵建設現(xiàn)在開始逐漸的深入，因此無法避免地鐵隧道在密集建筑物下通過，比如杭州地鐵1號線富春路站至秋濤路站至城站需要穿越大片街坊、貼沙河、鐵路、杭州火車站、高架候車室、鐵道綜合大樓等建筑物，所以必須要對建筑物沉降進行正確的預測，從而能夠采取相應的有效措施，最終使地鐵隧道在密集建筑物下通過時的施工安全得到確保。

1 工程概況

富春路站～秋濤路站（樁號K9+022.70～K9+662.84）設計使用年限為100年，區(qū)間隧道左線長673.815m，右線長580.315m，雙線全長1254.13；最小坡度為2‰，最大坡度為13.994‰，最小埋深12.744m，最大埋深為19.712m。需要穿越大片街坊、貼沙河、鐵路、杭州火車站、高架候車室、鐵道綜合大樓等建筑物。富春路站～秋濤路站上部埋深19.7m內(nèi)除淺表層填土外為沖海相的粉土、粉砂，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚度略大，第12層圓礫埋深較淺，頂板標高-29～-22m；秋濤路站～城站站上部埋深20.8m內(nèi)除淺表層填土為外沖海相的粉土、粉砂，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚度薄，圓礫埋深略深，其頂板標高-35.8～-36.4m。

2 盾構施工對周圍環(huán)境影響的分析和預測

2.1 盾構推進施工技術引起地面沉降的主要因素

（1）盾構推進的時候造成的地層損失，其中會有多種因素導致地表沉降，主要包括開挖工作面土體移動、盾構后退、土體擠入管片與盾構之間的建筑空隙、盾構施工中改變推進方向、管片的變形和隧道的沉降；

（2）受擾動土的再固結(jié)：首先，由于孔隙水壓力在地層因土體中發(fā)生變化產(chǎn)生排水固結(jié)變形最終導致地面出現(xiàn)了沉降的現(xiàn)象；其次，土體在受到較大的擾動之后，就會有持續(xù)很長時間的壓縮變形出現(xiàn)在土體骨架當中，在這個土體蠕變過程當中就會出現(xiàn)地面沉降。

2.2 地基土對隧道掘進的影響

由于軟硬不同土性地層存在于掘進過程當中，因此非常容易出現(xiàn)盾構偏離、排土過多以及軟弱層超挖等各種因素導致的地面下沉和；由于淤泥質(zhì)和粉質(zhì)粘土土質(zhì)為高含水，所以其土體結(jié)構非常容易在外動力作用下受到破壞，驟然降低了土體強度，導致出現(xiàn)開挖面失穩(wěn)的情況。與此同時，由于土層具有較強的粘性，所以容易導致出現(xiàn)盾構設備或管道堵塞的情況。

2.3 地表沉降的預測

盾構施工中引起的地表沉降，可用派克（peck）法估算。即假定盾構施工引起的地表沉降是在不排水情況下發(fā)生的，所以沉降槽的體積應等于地層損失的體積，地面沉降量的橫向分布估算公式為：

3 盾構施工的沉降控制措施

針對秋濤路站～城站站區(qū)間盾構連續(xù)下穿157幢新老舊民房時，對盾構施工的沉降進行了實時跟蹤監(jiān)測，有關監(jiān)測工作中采取的相關措施如下：

3.1 監(jiān)測點位的布設

由于建筑物較為密集，按照常規(guī)的布點思路，導致許多地面軸線監(jiān)測點、剖面監(jiān)測點無法布設，我們本著能夠使地面沉降在盾構掘進施工時安全受控，同時還能量化的地表變形值反應出來，實際中遵照了以下方法執(zhí)行：

（1）當隧道下穿房屋時，建筑物各個角點布設沉降監(jiān)測點，同時在隧道穿入房屋位置以及穿出房屋位置的地面上布設沉降監(jiān)測點，在房屋以外的空地區(qū)域均按照每五環(huán)一個監(jiān)測點，每30m一個監(jiān)測點斷面布設，當監(jiān)測斷面點遇至障礙物時，在影響范圍內(nèi)距離適當調(diào)整。

（2）由于房屋的密集以及房屋類型的多樣化導致部分布設好的監(jiān)測點不具備觀測條件。據(jù)現(xiàn)場踏勘，有的房角連正常進出通道都沒有，在這種情況下，在保證建筑物安全受控為前提下，根據(jù)現(xiàn)場條件實時機動布點。

3.2 增加監(jiān)測頻率

施工前所得初始數(shù)據(jù)為三次觀測平均植，以保證原始數(shù)據(jù)的準確性。在盾構穿越期間每隔四小時進行跟蹤測量。待盾構穿越后，沉降趨于穩(wěn)定時，逐漸減少監(jiān)測次數(shù)，并恢復正常監(jiān)測，待地面沉降穩(wěn)定后方可停止監(jiān)測。

在盾構穿越期間，有專職人員晝夜對需控制的建筑物進行沉降監(jiān)測，及時觀察結(jié)構的變形情況。采取先進的通訊手段，每一次測量成果都及時匯報給施工技術部門，以便于施工技術人員及時了解施工現(xiàn)狀和相應區(qū)域管路變形情況，確定新的施工參數(shù)和注漿量等信息和指令，并傳遞給盾構推進面，使推進施工面及時作相應調(diào)整，最后通過監(jiān)測確定效果，從而反復循環(huán)、驗證、完善，確保建筑物安全和隧道施工質(zhì)量。

在盾構穿越樓房后，后期沉降仍會對房屋的安全造成不利的影響，因此必須持續(xù)對房屋的沉降、傾斜進行跟蹤監(jiān)測，并根據(jù)變化量，及時對相應位置進行二次注漿，有效降低房屋的后期沉降，直至樓房沉降趨于穩(wěn)定。

3.3 盾構施工期間輔助措施

因為盾構下穿前沉降預測值都在有效的控制值范圍中，因此不用實施建筑物加固措施，要想對地層損失率進行有效的控制，只需要利用一定的施工輔助措施就可以對建筑物沉降進行有效的控制。在盾構施工的過程中主要采取了以下幾方面的輔助措施：

（1）首先在穿越建筑物的時候，需要保證不宜過慢或者過快的盾構推進速度，如果過快的話，很容易由于較大的土壓和較大的推理導致四周的土體受到影響，最終引起較大的建筑物沉降；如果太慢的話很容出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象，而且很難及時的跟進同步注漿量，最終引起較大的建筑物沉降。

（2）將管片占有體積以及盾構機理論開挖量作為根據(jù)，針對注漿量進行計算，通過對注漿量的控制實現(xiàn)對盾構施工的沉降控制。

（3）在穿越建筑物的時候，應該保證在20mm以內(nèi)的盾構姿態(tài)正負控制，并且要控制在10mm以內(nèi)的前后差值，一旦出現(xiàn)較大的變差，就容易出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象，最終使沉降不斷的加大。

（4）在穿越建筑物的時候，必須要加強對盾構的監(jiān)測工作，在盾構穿越之前每天進行3次監(jiān)測，在盾構穿越時與穿越后五環(huán)之內(nèi)需要保證每天進行3次到4次的監(jiān)測，在盾構通過之后，如果出現(xiàn)小于1mm/d的變形量，就可以適當?shù)臏p少為每周進行2次監(jiān)測，直到確保建筑物的沉降得到有效的控制。

3.4 盾構施工期間建筑物沉降情況

秋濤路至城站站區(qū)間盾構推進參數(shù)約為：總推力為1571KN，推進速度為2.7cm/min，土倉壓力為0.25MPa，注漿量為7.0方，同步注漿壓力約0.45MPa。以下截取了秋濤路至城站站區(qū)間右線下穿建筑物時的相關施工掘進參數(shù)的曲線圖和建筑物變化速率曲線圖：

在以上參數(shù)情況下，匯總建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，受影響最大單體建筑物為下沉有-14.2mm，地鐵沿線中最大單點沉降值為-22.2mm，以下為各建筑物監(jiān)測點累計變化曲線圖：

從上圖可以看出，沉降變化分布很不均勻，在F26至F36建筑物之間、F75至F88之間以及F122附近產(chǎn)生明顯的沉降盆，根據(jù)當時的施工工況，結(jié)合隧道沿線的地質(zhì)情況，可以得出，由于掘進過程中出現(xiàn)過偶爾漏漿、盾構機停機時間過長等現(xiàn)象導致而成地層損失，進而導致地表建筑物沉降較為明顯。在盾構推進過后，我們對所有建筑物進行了為期6個月的后續(xù)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，所有建筑物監(jiān)測點均已經(jīng)穩(wěn)定，至2011年11月30日，所有監(jiān)測點的變化速率均小于0.04mm/d。

4 結(jié) 語

本文以杭州地鐵1號線富春路站至秋濤路站至城站站區(qū)間盾構工程為例，介紹了關于盾構在粉土中連續(xù)下穿新老舊密集建筑物的沉降控制，可以通過針對盾構施工的沉降進行嚴密的監(jiān)測，并且在盾構施工期間采取一定的輔助措施，最終對盾構施工中建筑物的沉降進行有效的控制。

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