復合式土壓平衡盾構下跨建筑地表沉降控制

歐陽垂禮，金 平，高筠涵

(1.中鐵四局集團城市軌道交通工程分公司,安徽合肥 230022； 2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都 610031)

1 工程概況

深圳地鐵10號線福田口岸站～福民站區(qū)間隧道采用復合式土壓平衡盾構進行施工，從福民站南端頭井始發(fā)。區(qū)間在ZDK1+800～ZDK1+931段下穿天澤花園天致苑和天雅苑兩棟房屋(圖1a)，天致苑樁底與盾構頂凈距3 m，天雅苑樁底與盾構頂凈距2 m[1-3]。此范圍線路左、右線的中心線距離為19.89～22 m，區(qū)間隧道埋深約22～24 m[4]。根據(jù)地質勘探揭示，下穿天澤花園段，地面至隧道掘進范圍內的地層分布情況(圖1b)，樁基主要位于卵石層中，天致苑房屋下方盾構主要處于中等風化花崗巖以及微風化花崗巖層中，其中微風化花崗巖層最大侵入深度約2 m；天雅苑房屋下方盾構主要處于塊狀強風化花崗巖以及中等風化花崗巖，還有微風化花崗巖層中，其中微風化花崗巖層最大侵入深度約1.2 m。

2 施工重難點分析

2.1 建筑物沉降控制

盾構下穿的房屋建筑皆為上世紀90年代修筑，年代久遠，部分建筑物正位于區(qū)間小曲線、大縱坡段線路上，盾構外邊線與天澤花園樁基礎僅2 m，樁基礎位于全風化花崗巖中，盾構施工可能造成樁基及建筑物產生變形及傾斜[5]。

2.2 地質上軟下硬

根據(jù)地質勘探資料，下穿天澤花園段地質基本為強風化和中等風化花崗巖，且區(qū)間在微風化花崗巖中存有基巖突起，這便造成了以下難點：

(1)在經過基巖突起處時，刀具會在軟硬臨界面承受過大沖擊力，使刀具容易發(fā)生異常損壞或松動；此區(qū)間軟土賦有流塑和可塑兩類土質，地層軟硬不一致，易引起超挖和盾構偏移。

(a)平面

(b)剖面圖1 福福區(qū)間下穿天澤花園示意

(2)盾構機通過該區(qū)域時，刀具的損壞會直接導致?lián)Q刀次數(shù)多，影響掘進速度。且在同樣轉數(shù)時，穿越上軟下硬巖層的速度會明顯慢于穿越全斷面同質土層的速度[6-7]。因此，在相同的里程下，穿越上軟下硬的刀盤轉數(shù)會更多，對地層的擾動相對更大，更容易引起上軟層的坍塌，導致地表發(fā)生沉降。

3 施工措施

為控制地表沉降，以及盾構時刀具損壞過于頻繁，加快穿越速度，施工時采用了一系列措施保障施工安全。

3.1 地表注漿加固

在房屋周邊設置注漿孔，孔徑約90～110 mm，注漿孔位布置如圖2所示。注漿時的鉆孔深度約18 m；水灰比1∶1，注漿壓力設置為0.3～0.6 MPa。制漿材料采用P.O 42.5水泥，每米水泥參量約150 kg。具體注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調整。在保持注漿壓力(≤0.6 MPa)下，并穩(wěn)壓20 min，即可結束注漿。

圖2 地表注漿孔位布置示意(圖中建筑物四周)

3.2 掘進參數(shù)設定

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了地面補充注漿，下穿天澤花園掘進參數(shù)設定見表1。

表1 盾構前期掘進參數(shù)總結

3.3 盾構姿態(tài)

在現(xiàn)場施工時，根據(jù)盾構掘進至房屋正下方前一定范圍內的管片姿態(tài)測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，成形管片上浮和左漂移量大，盾構管片在掘進垂直方上浮了50 mm，在水平方向上相對目標姿態(tài)向左偏移了50 mm。因此，在盾構下穿房屋前，提前進行了盾構姿態(tài)調整。通過對盾構姿態(tài)的緩慢糾正(保證糾偏量控制在3 mm/m以內)，將盾構姿態(tài)調整至了合理范圍，實現(xiàn)了下穿房屋期間不進行大量盾構姿態(tài)糾偏的目的。

3.4 同步注漿

在盾構機下穿建筑物時，考慮到地層含水量高，水壓力高，并且脫出盾尾的管片存在建筑空隙，為了形成防水屏障、及時支撐管片周圍巖體，防止地層產生過大變形而危及周圍環(huán)境安全，采用盾構邊掘進邊注漿方式，通過盾構機自設的同步注漿系統(tǒng)向管片預留注漿孔進行注漿。

3.5 二次補強注漿

由于在同步注漿時可能由于局部不夠均勻或漿液固結收縮產生空隙，因此為提高背襯注漿層的防水性及密實度，必要時再進行二次補強注漿，進一步填充空隙并形成密實的防水層，同時也達到加強隧道襯砌的目的。

3.6 注入克泥效

盾構刀盤切削時產生的外周空隙通過注入克泥效來充填，因為盾構機呈現(xiàn)錐形，克泥效可抑制盾構機上部土體沉降并提高止水性。到達房屋前，盾構掘進過程中從中盾盾殼處注入克泥效。

4 現(xiàn)場監(jiān)控及效果

4.1 現(xiàn)場監(jiān)測點布置

考慮到房屋受盾構下穿的影響可能會產生較大沉降，對天雅苑和天致苑進行了地表監(jiān)控量測，具體地，在天雅苑附近布設了18個監(jiān)測點：JGC1-1～JGC1-18 ;在天致苑附近布設了12個監(jiān)測點：JGC2-1～JGC2-12。具體監(jiān)測點布置如圖3所示。

圖3 天雅苑監(jiān)測點布置

4.2 左線下穿監(jiān)測數(shù)據(jù)

天雅苑地表監(jiān)測點位移如圖4所示。監(jiān)測數(shù)據(jù)中正值表示該監(jiān)測點發(fā)生了隆起，負值表示該監(jiān)測點發(fā)生了沉降。

從圖4(a)、圖4(b)中可以看出，監(jiān)測點JGC1-1～JGC1-8由于距離盾構左線下穿位置相對較遠，其受盾構左線施工影響產生的沉降值較小。在盾構機推進至天雅苑下方時(435環(huán)),由于刀盤的擾動，房屋開始產生沉降。故在這期間對Y16、Y17等處進行了持續(xù)注漿，其沉降值得到了控制，最大沉降增量發(fā)生在在監(jiān)測點JGC1-8，僅為2.1 mm。在盾構機整體穿越天雅苑時(450環(huán))，由于注漿無法及時填充土體與管片間的間隙，從而導致土體產生沉降，但之后進行二次補充注漿和克泥效的注入后，盾構間隙產生的沉降得到了控制。

從圖4(c)、圖4(d)中可以看出，當盾構機開始穿越天雅苑時(435～450環(huán))，由于監(jiān)測點JGC1-11～JGC1-18距離盾構下穿位置較近，又由于開挖造成地層損失其受盾構下穿影響導致的沉降較大。最大沉降增量發(fā)生在監(jiān)測點JGC1-16，僅為3.6 mm。當盾構機完全穿過天雅苑時(450環(huán))，掘進至451環(huán)時，注漿無法及時填充土體與管片間的間隙，故而在JGC1-17測點累積沉降達到-6.3 mm。在盾構推進至450～455環(huán)進行二次補充注漿和克泥效的注入后，盾尾間隙造成的沉降值得到了明顯控制。

(a)監(jiān)測點JGC1-1～JGC1-5

(b)監(jiān)測點JGC1-6～JGC1-10

(c)監(jiān)測點JGC1-11～JGC1-15

(d)監(jiān)測點JGC1-16～JGC1-18圖4 天雅苑地表監(jiān)測數(shù)據(jù)

5 結論

(1)本工程穿越地層上軟下硬，地下水豐富，穿越房屋對沉降敏感。在現(xiàn)場根據(jù)實際情況調節(jié)泡沫率對渣土進行改良，預先注入(膨潤土∶水=1∶5)克泥效和同步注漿等措施，有效克服了地質問題。

(2)房屋距離盾構下穿位置較近處受盾構施工影響較大。在刀盤推進至房屋正下方時，房屋距離盾構隧道較近的部位會產生較大的沉降。在該施工階段，應預先注漿加固并且根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時進行后續(xù)注漿加固是行之有效的。

(3)在盾構機推出房屋下方后，由于注漿無法及時填補管片與土體之間的間隙，房屋還會產生一定的沉降。但本工程通過二次補充注漿(水灰比1∶1)及適時(根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù))注入克泥效等手段，有效控制了盾尾通過階段造成的沉降。