福州地鐵盾構(gòu)穿越密集棚戶區(qū)施工技術(shù)

江治宇

(福州市城市地鐵有限責(zé)任公司 福建福州 350025)

引 言

福州1號(hào)線達(dá)道站～上藤站區(qū)間線路出達(dá)道站后沿達(dá)江路往南走行。上藤站～豎井段隧道上行線里程SK14+108.133至SK13+898.830(209.303m)，下行線里程XK14+108.133至XK13+885.570總長(zhǎng)220m，棚戶區(qū)隧道邊線兩側(cè)25m影響區(qū)范圍內(nèi)共有約100棟房屋，其中混凝土結(jié)構(gòu)樓房約11棟，磚結(jié)構(gòu)房屋9棟，磚木結(jié)構(gòu)房屋約80棟。混凝土結(jié)構(gòu)樓房為條形基礎(chǔ)，房屋情況較好，風(fēng)險(xiǎn)較小;磚、木結(jié)構(gòu)房屋基礎(chǔ)主要為磚石基礎(chǔ)，年代較久，大多已破敗不堪，房屋分布如(圖1)所示。棚戶區(qū)段地質(zhì)情況，從上至下主要為，雜填土層、粘土層、強(qiáng)風(fēng)化巖層，隧道覆蓋厚度約為15～20m，盾構(gòu)穿越地層主要為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖少部分殘積土。隧道穿越段地下水含水層介質(zhì)、水動(dòng)力特征及其賦存條件，場(chǎng)地范圍內(nèi)與工程有關(guān)的地下水主要為松散類孔隙潛水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。

為減少因房屋受盾構(gòu)影響產(chǎn)生民事糾紛的事情發(fā)生。地鐵公司項(xiàng)目部采取了房屋現(xiàn)狀鑒定、壁后注漿、地面監(jiān)測(cè)幾種措施，最終盾構(gòu)順利通過(guò)該區(qū)域，以下筆者就與大家分享該區(qū)域盾構(gòu)施工的部分經(jīng)驗(yàn)。

1 房屋鑒定

在盾構(gòu)通過(guò)該段房屋之前，首先對(duì)盾構(gòu)通過(guò)區(qū)域一定范圍內(nèi)的房屋進(jìn)行房屋現(xiàn)狀鑒定。房屋現(xiàn)狀鑒定的目的是了解盾構(gòu)施工對(duì)周邊民宅造成影響情況。鑒定方法是對(duì)指定的周邊民宅進(jìn)行動(dòng)工前的裂損檢測(cè)及施工完畢后的裂損檢測(cè)，根據(jù)施工前后兩次的裂損檢測(cè)結(jié)果，評(píng)估地鐵施工對(duì)民宅造成的影響。鑒于地下施工對(duì)周邊影響有個(gè)衰減范圍，經(jīng)過(guò)各方論證，本次鑒定房屋的范圍為棚戶區(qū)隧道邊線兩側(cè)25m影響區(qū)范圍，該范圍內(nèi)共有約100棟房屋，其中混凝土結(jié)構(gòu)樓房約11棟，磚結(jié)構(gòu)房屋9棟，磚木結(jié)構(gòu)房屋約80棟?；炷两Y(jié)構(gòu)樓房為條形基礎(chǔ)，房屋情況較好;磚、木結(jié)構(gòu)房屋年代較久，大多已破敗不堪，個(gè)別明顯傾斜，存在較大破壞風(fēng)險(xiǎn)。由于所檢房屋均在使用中，因此除非住戶特別要求，對(duì)構(gòu)件的裂損檢測(cè)僅限于粉刷層表面。鑒定內(nèi)容包括房屋建筑概況、結(jié)構(gòu)形式，對(duì)受檢房屋的所有裂損進(jìn)行文字記錄，包括裂縫位置、長(zhǎng)度、最大裂縫寬度或損傷情況并拍照。另外對(duì)受檢房屋進(jìn)行典型裂縫檢測(cè)，挑選二條裂縫，進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，測(cè)繪裂縫分布位置、裂縫起止位置、特定位置的裂縫寬度并于裂縫處標(biāo)注記號(hào)，以供后續(xù)監(jiān)測(cè)或施工完成后的二次檢測(cè)對(duì)比使用。通過(guò)盾構(gòu)前房屋鑒定，地鐵公司基本掌握了地面房屋結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，為一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情導(dǎo)致民事糾紛取得了原始依據(jù)。

圖1 房屋與隧道關(guān)系示意圖

2 壁后注漿

壁后注漿包括同步注漿，同步注漿與盾構(gòu)掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，是通過(guò)同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構(gòu)向前推進(jìn)盾尾空隙形成的同時(shí)進(jìn)行，同步注漿是控制地表沉降、管片上浮和管片錯(cuò)臺(tái)的重要措施。同步注漿一般為四組對(duì)稱分布，掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)按照對(duì)角選擇兩組注漿孔位進(jìn)行壓注漿液，并交叉進(jìn)行確保漿液注入地層的均勻性。注漿材料具備以下性質(zhì):不發(fā)生材料離析、不喪失流動(dòng)性、注漿后的體積變化小且盡早達(dá)道圍巖強(qiáng)度以上、水密性好。本次穿越棚戶區(qū)采用可硬性漿液，考慮到水泥的水化反映非常緩慢，為此本次注漿同時(shí)加入水玻璃作為速凝劑以加快漿液的凝固時(shí)間。同步注漿壓力要求在地層中的漿液壓力大于該點(diǎn)的靜止水壓與土壓力之和，做到盡量填補(bǔ)空隙而不會(huì)劈裂。注漿壓力如果過(guò)大，管壁外面土層將會(huì)被漿液擾動(dòng)而造成地表隆起，淺埋地段還容易造成跑漿;而注漿壓力過(guò)小，漿液填充速度過(guò)慢，填充不飽滿，會(huì)使地表沉降增大，本次同步注漿壓力比相應(yīng)靜止水壓與土壓力之和要大0.4MPa。本次同步注漿根據(jù)理論計(jì)算，單環(huán)管片 和圍巖土體間的施工空隙體積為3.34m3，按以往施工經(jīng)驗(yàn)，要達(dá)到較好的填充效果，至少應(yīng)保證注漿量在120% ～180%之間，即每環(huán)注漿量在4.01～6.01m3之間，本區(qū)間巖體中裂隙發(fā)育劇烈，注漿量可取理論間隙值的150%，即5m3/環(huán)，盾構(gòu)通過(guò)以后實(shí)踐證明，該措施基本取得了良好效果，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)候，盾構(gòu)機(jī)穿過(guò)地表上方極少產(chǎn)生超出報(bào)警值的沉降或者隆起。

3 二次壁后注雙液漿

盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中，為有效控制地面沉降，防止管片上浮及隧道滲漏等情況，應(yīng)及時(shí)對(duì)管片進(jìn)行二次壁后注漿工作，以提高同步注漿的效果，補(bǔ)充部分未充填的空腔，提高管片背后土體的密實(shí)度。二次注漿的位置一般選擇在脫離盾尾之后的管片，出于對(duì)盾尾及刀盤(pán)的保護(hù)一般選擇在盾構(gòu)臺(tái)車之后或離盾尾更遠(yuǎn)的距離進(jìn)行，其注漿的孔位一般根據(jù)隧道的后期沉降或隧道滲漏點(diǎn)進(jìn)行確定，無(wú)確定的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。二次注漿充填時(shí)間滯后于掘進(jìn)一定的時(shí)間，對(duì)圍巖起到加固和止水的作用。本次注漿材料采用雙液漿 ，盾構(gòu)穿過(guò)地表有棚戶區(qū)的地段，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算與實(shí)踐論證采取整個(gè)區(qū)間隧道管片每隔5環(huán)注一環(huán)全斷面雙液漿形成環(huán)箍。注漿范圍為管片全斷面外擴(kuò)1.5m，二次注漿過(guò)程中以注漿壓力控制，注漿壓力一般為0.3～0.5MPa，同時(shí)要防止壓力過(guò)高對(duì)地層的過(guò)大擾動(dòng)。實(shí)踐證明在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)棚戶區(qū)后，將近兩個(gè)月內(nèi)，地表沉降未能超過(guò)警戒值，充分肯定了二次注漿的良好效果。是否有必要增加我司將在后續(xù)繼續(xù)委托第三方對(duì)該處地段的沉降進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

4 土倉(cāng)壓力控制

圖2 地表沉降與土倉(cāng)壓力關(guān)系

本次穿過(guò)上藤棚戶區(qū)地段，大部分是風(fēng)化巖石地段，同時(shí)存在32m的殘積土層地段，該段地面穩(wěn)定性相對(duì)較差，盾構(gòu)施工時(shí)必須控制好盾構(gòu)土倉(cāng)壓力。土倉(cāng)壓力大小與掌子面穩(wěn)定性密切相關(guān)，當(dāng)土倉(cāng)壓力較小時(shí)，掌子面很容易坍塌失穩(wěn)，造成水土流失過(guò)多，導(dǎo)致地面沉降發(fā)生。關(guān)于土倉(cāng)壓力與地表變形的關(guān)系，西南交大曾經(jīng)做過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，設(shè)定前方水壓力0.2MPa，土壓力0.12MPa，當(dāng)土倉(cāng)壓力增長(zhǎng)至0.3MPa時(shí)，此時(shí)土倉(cāng)壓力與掌子面前方的水土壓力相當(dāng)接近，地層變形明顯較小，地表只有很小的變形。當(dāng)土倉(cāng)壓力變?yōu)?.4MPa時(shí)，此時(shí)由于土倉(cāng)壓力大于掌子面前方水土壓力，地表出現(xiàn)了微弱隆起。土倉(cāng)壓力為0時(shí)，地表沉降最大，如(圖2)所示。本次盾構(gòu)穿過(guò)風(fēng)化巖區(qū)域，有土層自穩(wěn)能力較好，土倉(cāng)壓力很小，基本為0.1Mpa，而穿過(guò)殘積土地層經(jīng)過(guò)多次論證實(shí)踐，采取略低于水土壓力和取值，約0.2MPa，最終盾構(gòu)過(guò)程中刀盤(pán)部位地面未發(fā)生嚴(yán)重沉降或隆起現(xiàn)象。

5 工程監(jiān)測(cè)

工程監(jiān)測(cè)是貫穿整個(gè)盾構(gòu)施工的另一關(guān)鍵措施，通過(guò)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)掌握地表及建筑物的變形情況，一旦發(fā)生險(xiǎn)情，為采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施提供了強(qiáng)有力的保證。本區(qū)間盾構(gòu)棚戶區(qū)段地面房屋均老式木結(jié)構(gòu)和磚瓦結(jié)構(gòu)為主，并為群體式，監(jiān)測(cè)難度大;由于房屋密集、布局雜亂影響，監(jiān)測(cè)通視線路狹窄，大部分區(qū)域需多次轉(zhuǎn)點(diǎn)。受棚戶區(qū)的實(shí)際情況影響，其中約一半監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于房屋下部，無(wú)法進(jìn)行布點(diǎn)，由于盾構(gòu)通過(guò)之前已經(jīng)對(duì)房屋進(jìn)行現(xiàn)狀鑒定，而現(xiàn)場(chǎng)房屋大部分狀況較差，因此現(xiàn)場(chǎng)僅僅對(duì)部分相對(duì)較好的房屋進(jìn)行了房屋傾斜監(jiān)測(cè)。

本次監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括:

(1)地表隆降，監(jiān)測(cè)的目的是預(yù)測(cè)施工引起地表和土體變形，根據(jù)地表變形發(fā)展趨勢(shì)和周圍建筑物情況，決定是否需要采取保護(hù)措施.盾構(gòu)正常掘進(jìn)時(shí)監(jiān)測(cè)頻率為2次/天，根據(jù)施工情況加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率。

(2)周圍建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)，點(diǎn)位埋設(shè)選用建筑物原有測(cè)點(diǎn);新布測(cè)點(diǎn)主要設(shè)立在房角、承重墻、立柱上。

(3)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)。

本次監(jiān)測(cè)成果有日監(jiān)測(cè)、周監(jiān)測(cè)、月監(jiān)測(cè)、累計(jì)監(jiān)測(cè)。限于篇幅要求，以下列出盾構(gòu)穿過(guò)后一個(gè)月的累計(jì)沉降數(shù)據(jù)，如(表1):

從表中可以看出，本監(jiān)測(cè)周期中，SDC09、SDC12周變化量大，SDC12累積量最大其他數(shù)據(jù)周變化量、月變化量及累計(jì)變化量均不大。縱觀各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，其延續(xù)性一致，表明觀測(cè)所用儀器工具性能良好，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定。在本觀測(cè)周期內(nèi)，各項(xiàng)觀測(cè)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家規(guī)范要求，成果可靠。另外通過(guò)對(duì)部分房屋傾斜數(shù)據(jù)分析，房屋傾斜變形處于規(guī)范要求范圍之內(nèi)，表明房屋基本未受盾構(gòu)通過(guò)影響。

表1 過(guò)棚戶區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

本文介紹了在地鐵區(qū)間穿過(guò)區(qū)域上部存在房屋的情況下，盡可能采取盾構(gòu)法穿越，盾構(gòu)法穿越相對(duì)爆破法震動(dòng)小，對(duì)上部房屋結(jié)構(gòu)影響較小。在選擇盾構(gòu)法穿越地上結(jié)構(gòu)之后，為了盡量減少地面沉降或隆起導(dǎo)致房屋破壞，本文提出控制土倉(cāng)壓力、同步注漿以及二次注漿、工程監(jiān)控監(jiān)測(cè)、對(duì)房屋事先的現(xiàn)狀鑒定等主要的措施。通過(guò)以上措施，盾構(gòu)機(jī)順利穿過(guò)了棚戶區(qū)域，并未產(chǎn)生重大超預(yù)警沉降，保障了地鐵的有序施工，也保護(hù)了周邊居民房屋的安全。

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