盾構(gòu)直接截樁穿越建筑物樁基施工技術(shù)

丁偉鑫

摘 要：文章以某城市地鐵盾構(gòu)隧道與既有建筑物樁基相沖突的工程實例，闡述了特殊條件下，不做樁基托換，采用盾構(gòu)機(jī)直接截樁穿越建筑物樁基的關(guān)鍵技術(shù)措施，最終在確保建筑物安全的同時，成功地解決了制約整條地鐵線路通車的關(guān)鍵難題。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；截樁穿越；建筑物樁基

中圖分類號：U457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0130-02

Abstract： This paper illustrates the key of a metro shield tunnel in a city that conflicts with a building foundation. The key to using a shield machine to directly cross a building pile foundation without a pile foundation under special conditions is described. Technical measures， while ensuring the safety of buildings， have successfully solved the key problems that constrain the opening of the entire subway line.

Keywords： shield； pile-cutting crossing； building pile foundation

當(dāng)前國內(nèi)的許多先進(jìn)城市已經(jīng)跨進(jìn)了修建城市地鐵的進(jìn)程，在已經(jīng)建成或在建的地鐵線路上，廣泛存在地鐵線路與建（構(gòu)）筑物樁基相沖突的現(xiàn)象，通常情況下是通過調(diào)坡、調(diào)線避開，或先進(jìn)行樁基托換加固處理后再掘進(jìn)通過。但當(dāng)區(qū)間首尾站位已經(jīng)確定并已基本建成，線路難以調(diào)整或繞行，而建筑物業(yè)主拒絕配合進(jìn)行樁基托換或藉此索要超高額賠償?shù)那闆r下，如何在滿足地鐵穿越施工的同時將其對建構(gòu)筑物的影響降至最低是擺在廣大工程技術(shù)人員面前的一道難題。

1 工程概述

某城市地鐵盾構(gòu)隧道從一棟九層住宅樓下部通過，該住宅樓為框架結(jié)構(gòu)，共布φ1200mm人工挖孔樁61根，柱間距為3.5m～5m不等，樁與柱的關(guān)系為一柱一樁（無地梁），樁身砼為C25，樁長16m～28m不等（樁鋼筋籠長度為承臺下9m，下部為素砼），樁端持力層均為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖且深入中風(fēng)化巖層不少于2m，為摩擦端承樁。盾構(gòu)隧道下穿該住宅樓段埋深約22.3m，其中的20根樁基不同程度的受到隧道施工的影響，樁底位于隧道上方的有4根樁基，樁身傾入隧道斷面的共有16根樁基。

區(qū)域地質(zhì)條件：

根據(jù)詳勘和補(bǔ)堪資料揭露，盾構(gòu)隧道穿越九層住宅樓地段時左線隧道上斷面一小部分?jǐn)嗝娲┻^〈9〉微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層，中下部斷面穿過〈7〉、〈8〉強(qiáng)～中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層。右線隧道穿過〈8〉、〈9〉中～微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層。洞頂為〈5-1〉可塑狀粉質(zhì)粘土、〈5-2〉硬塑狀粉質(zhì)粘土、〈6〉、〈7〉、〈8〉全～中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層。

2 樁基處理方案

2.1 原設(shè)計方案

原設(shè)計方案采用樁基托換法處理（樁梁式被動托換），共增加Φ1200mm新樁15根、Φ1800mm新樁8根，并在主、次梁之間設(shè)置600mm厚的樁頂蓋板將所有托換體系連成整體，通過主、次梁組合形式將原樁荷載傳遞至新承臺后，再經(jīng)新承臺傳至區(qū)間隧道兩側(cè)的托換新樁上。此設(shè)計方案已經(jīng)市建設(shè)科技委的專家評審?fù)ㄟ^，但因建筑物業(yè)主拒絕配合進(jìn)行托換加固，借此機(jī)會索要超高額賠償，使得工程無法繼續(xù)進(jìn)行，直接制約到整條地鐵線路的開通。

2.2 設(shè)計方案優(yōu)化

由于建筑物業(yè)主拒絕配合進(jìn)行樁基托換施工，原方案無法實施，且區(qū)間首尾站位已經(jīng)確定并已基本建成，經(jīng)過設(shè)計線路調(diào)整（線路下調(diào)5m）之后，仍有11根樁基傾入隧道范圍，以及9根樁基樁底位于隧道上方。為積極推動該工程項目的進(jìn)展，地鐵業(yè)主提出了“不做樁基托換直接截樁通過”的方案設(shè)想，并委托某大學(xué)就不做樁基托換直接截樁通過方案進(jìn)行技術(shù)分析。經(jīng)計算分析，地鐵隧道截樁通過或樁底在持力層中穿越施工后，按純摩擦樁（不考慮樁端阻力）計算仍能夠滿足承載力的要求，直接截樁通過方案在技術(shù)上可行。于是，確定采用不做樁基托換，將區(qū)間線路下調(diào)5m，采用盾構(gòu)機(jī)刀盤直接截樁通過該九層住宅樓的方案。

3 關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1 建筑物安全鑒定

在掘進(jìn)前，收集周邊建（構(gòu)）筑物的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，并委托第三方對建筑物進(jìn)行安全鑒定和監(jiān)測。對建筑物的裂縫狀況，在盾構(gòu)推進(jìn)前作詳細(xì)調(diào)查摸底，掘進(jìn)施工過程中定期巡視檢查。對已經(jīng)存在的裂縫，施工前必須會同有關(guān)各方現(xiàn)場檢查，并作文字、拍照、錄像記錄。

3.2 刀具更換

根據(jù)對該住宅樓區(qū)域地質(zhì)情況和樁基情況的綜合分析，住宅樓段盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越<7>強(qiáng)風(fēng)化混合巖、<8>中風(fēng)化混合巖、<9>微風(fēng)化混合巖地層，以<8>、<9>地層為主，單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)9.3～29.5Mpa，傾入隧道的樁基為C25砼。為減小在住宅樓底換刀機(jī)率，防止刀具帶病作業(yè)，在過住宅樓前需先選擇適當(dāng)位置進(jìn)行刀具、刀盤檢查及更換，換刀后盾構(gòu)機(jī)將掘進(jìn)通過住宅樓。

3.3 系統(tǒng)檢修

在檢修刀具的同時，要對盾構(gòu)機(jī)的液壓、電氣、水循環(huán)、潤滑、注脂、注漿、泡沫、鉸接等系統(tǒng)進(jìn)行檢修。

3.4 掘進(jìn)參數(shù)管理

（1）盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整。在盾構(gòu)掘進(jìn)至距建筑物50米處，先對盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行一次調(diào)整，對地下導(dǎo)線控制點進(jìn)行嚴(yán)密復(fù)測；在盾構(gòu)掘進(jìn)至距建筑物10米處，對盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行全方位檢查調(diào)整，對地下導(dǎo)線控制點再進(jìn)行嚴(yán)密復(fù)測，嚴(yán)格平差，對盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)重新進(jìn)行調(diào)試，以確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至樁位時，以正確的姿態(tài)，按隧道設(shè)計軸線方向順利掘進(jìn)。（2）掘進(jìn)模式管理。根據(jù)住宅樓區(qū)域范圍地層分布，區(qū)間隧道在住宅樓區(qū)域位置穿過<7><8><9>強(qiáng)～微風(fēng)化灰砂巖地層，盾構(gòu)穿越地層自穩(wěn)性較好，但由于地層具有較強(qiáng)的粘性，容易形成泥餅，因此該段采用氣壓平衡模式掘進(jìn)。（3）土壓及出渣量控制。盾構(gòu)機(jī)在穿越住宅樓掘進(jìn)中按氣壓平衡模式掘進(jìn)，并用改良好的渣土充滿土倉實測水土壓力驗證計算值而設(shè)定土壓，保證土倉的土壓力足以平衡開挖面的壓力，達(dá)到有效控制建筑物和地層沉降的目的。掘進(jìn)時嚴(yán)格控制每環(huán)出渣量，防止因出渣量過多造成刀盤前方土體損失過大引起地層失穩(wěn)、坍塌。（4）推力、刀盤轉(zhuǎn)速及掘進(jìn)速度控制。為最大程度的降低截樁施工對樁基礎(chǔ)的擾動以及控制施工震動，盾構(gòu)到達(dá)住宅樓段后，首先減小推力和降低推進(jìn)速度，并提高刀盤轉(zhuǎn)速，控制出土量并時刻監(jiān)視土倉壓力值，避免較大的地表隆陷。到達(dá)樁基礎(chǔ)前1環(huán)，進(jìn)一步降低盾構(gòu)掘進(jìn)推力，掘進(jìn)推力維持在1000t左右，刀盤轉(zhuǎn)速1.8～2.0r/min，掘進(jìn)速度控制在20～30mm/min，截樁階段要密切關(guān)注盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)速度和推進(jìn)壓力以及掘進(jìn)出土情況。（5）渣土改良。截樁過程中要每天進(jìn)行渣土性質(zhì)分析，嚴(yán)密監(jiān)視渣土的成分變化，判斷前方地層情況，及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。對渣土中不同成分土粒含量也要進(jìn)行認(rèn)真分析、研究，掘進(jìn)時加入足量的泡沫劑和水進(jìn)行充分的渣土改良，每環(huán)泡沫劑（主要向切割表面注入）加入量不少于35L，避免刀盤前方形成泥餅。（6）同步注漿。在穿越住宅樓掘進(jìn)時，應(yīng)及時、連續(xù)、足量進(jìn)行環(huán)向雙液注漿，注漿時遵循“同步注入，快速凝結(jié)，信息反饋，適當(dāng)補(bǔ)充”的原則?？紤]到盾構(gòu)隧道施工過程中運輸機(jī)車以及后續(xù)地鐵運營均存在震動效應(yīng)問題，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中同步注漿擬采用快速凝固而產(chǎn)生強(qiáng)度的雙液混合型同步注入漿液進(jìn)行填充洞身中下部的環(huán)形空隙。并在施工和運營階段分別安裝減震道床，以降低盾構(gòu)施工過程運輸及后續(xù)地鐵運營期間所產(chǎn)生的震動對居民生活造成的影響。

3.5 預(yù)防泥餅的措施

盾構(gòu)機(jī)穿越易結(jié)泥餅的<7>、<8>、<9>泥質(zhì)粉砂巖地層時，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時就可能會在刀盤特別是刀盤的中心部位產(chǎn)生泥餅，當(dāng)產(chǎn)生泥餅時，掘進(jìn)速度急劇下降，刀盤扭矩也會上升，大大降低開挖效率，甚至無法掘進(jìn)。施工中采取的主要技術(shù)措施為：（1）通過刀盤不同高度位置的3個泡沫注入孔向掌子面直接注入適量的泡沫，減小碴土的黏附性，降低泥餅產(chǎn)生的幾率。泡沫的潤滑作用能增加刀盤中心粘性土的流動性，減小土倉中堵塞又可以有效的防止刀盤中心泥餅的產(chǎn)生。（2）為防止結(jié)泥餅，盡可能將土壓平衡掘進(jìn)模式改為采用土倉頂部（1/5-1/6倉位）氣壓平衡模式掘進(jìn)。（3）必要時螺旋輸送機(jī)內(nèi)也要加入泡沫或泥水，以增加碴土的流動性，利于碴土的排出。

3.6 防止地層沉降措施

（1）維持土倉內(nèi)壓力平衡?？刂坡菪斔蜋C(jī)出土量與掘進(jìn)速度的關(guān)系。分析洞外、洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過分析土樣，判斷圍巖變化，反演地層特性，調(diào)整土倉中的設(shè)定平衡土壓力。（2）保證線性準(zhǔn)確。在地層軟硬不均，一側(cè)有樁基障礙及坡度變化的情況下盾構(gòu)掘進(jìn)時易發(fā)生方向偏差，因此應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，并正確糾偏修正蛇行，以免產(chǎn)生過大的地層損失而引起地層變形，正確地選用左右轉(zhuǎn)彎環(huán)管片及其轉(zhuǎn)彎環(huán)管片的拼裝點位是保證盾構(gòu)在正確方向掘進(jìn)的重要措施。（3）及時、足量注漿。保證注漿數(shù)量不小于1.8倍理論空隙，必要時要進(jìn)行二次注漿。環(huán)形間隙充填不夠、結(jié)構(gòu)與地層變形不能得到有效控制或變形危及地面建筑物安全時、或存在地下水滲漏區(qū)段，必須通過吊裝孔對管片背后進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

3.7 建筑物下沉及傾斜監(jiān)測

為如實準(zhǔn)確反應(yīng)盾構(gòu)截樁穿越建筑物時地表沉降情況，盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入住宅樓前，對其建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面測量，取得原始數(shù)據(jù)。建筑物變形測量應(yīng)在盾構(gòu)機(jī)開挖面附近，每天進(jìn)行及每周進(jìn)行后期觀測直至沉降穩(wěn)定。當(dāng)測量值變化較大時，應(yīng)增加觀測頻率，如現(xiàn)場條件允許時可采用自動記錄儀和警報裝置。在具體施工過程中，做到二十四小時監(jiān)測，做到實時了解建筑物出現(xiàn)沉降、傾斜等，并將測量的結(jié)果反饋到施工中，指導(dǎo)施工過程的進(jìn)行。盾構(gòu)施工時根據(jù)建筑物情況在建筑物上面每個角部以及中部各設(shè)置一個觀測點，以觀測其位移和傾斜等。

4 結(jié)束語

在建筑物業(yè)主拒不配合進(jìn)行樁基托換施工，且區(qū)間首尾站位已經(jīng)確定并已基本建成，線路經(jīng)過多次調(diào)整仍未能完全避開該建筑物樁基的特殊情況下，通過采用上述多種施工技術(shù)措施進(jìn)行綜合控制，最終兩臺盾構(gòu)機(jī)均順利的穿越了該建筑物，成功的解決了制約整條地鐵線路通車的關(guān)鍵難題。根據(jù)過程中的監(jiān)測及地鐵運營后的跟蹤監(jiān)測，該建筑物的沉降及震動均在可控范圍，未對上部建筑物居民造成不良影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]王立軍，許俊偉.地鐵盾構(gòu)隧道下穿既有橋梁異形板區(qū)沉降控制綜合技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2011，31（2）：0220-0227.

[2]井景鳳，王綜勇.砂卵石地層中某盾構(gòu)區(qū)間過橋區(qū)段的方案優(yōu)化[J].隧道建設(shè)，2011，31（2）：0208-2014.

[3]錢新，黃雪梅.盾構(gòu)下穿建（構(gòu)）筑物控制沉降注漿技術(shù)研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010（4）：85-89.

[4]卿偉宸，廖紅建，錢春宇.地下隧道施工對相鄰建筑物及地表沉降的影響[J].地下空間與工程學(xué)報，2005（06）：960-963+978.

[5]李少剛.地下互通立交隧道設(shè)計參數(shù)優(yōu)化及施工技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué)，2011.

[6]徐英乾，戚承志，沙曼.阻尼對地下隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響[J].巖土力學(xué)，2012，33（S2）：196-200.

[7]趙尚毅，鄭穎人，宋雅坤，等.地下隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法探討[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報，2007（04）：29-33.