地鐵盾構(gòu)下穿房屋沉降控制技術(shù)研究

劉曉日

（杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江杭州 310000）

0 引言

隨著社會發(fā)展，城市交通基礎(chǔ)建設(shè)越來越重要，地鐵建設(shè)主要位于較發(fā)達城市，主城區(qū)地鐵施工下穿建構(gòu)筑物頻繁，建筑物沉降控制是地鐵施工的重難點，若沉降控制不好將則會引起建構(gòu)筑物開裂、倒塌等影響市民生命及財產(chǎn)安全。為確保地鐵盾構(gòu)下穿建筑物安全順利，本文結(jié)合杭州地鐵SG7-2 標城四區(qū)間盾構(gòu)下穿中星外貿(mào)服飾城為例，提出盾構(gòu)下穿房屋施工的控制措施。

1 中星外貿(mào)服飾城概況

城站站～四季區(qū)間右線穿越中星外貿(mào)服飾城段里程為YDK3+322.554～YDK3+348.954 （左線 ZDK3+376.782 ～ZDK3+455.082），穿越位置情況（左線：195~260 環(huán)，右線：191~256 環(huán)），左右線下穿約77.9m。該房屋為鋼混結(jié)構(gòu)，本工程采用φ377 灌注夯擴樁，持力層為粉細砂土，樁尖標高-7.60m（相當于±0.00），僅一區(qū)樁尖標高-7.77，承臺梁底標高-2.30，樁長為5.35m。盾構(gòu)隧道頂埋深約12.638～16.390m。

2 盾構(gòu)下穿建（構(gòu)）筑物總體施工方案

保持盾構(gòu)機在掘進過程中的土壓平衡是控制地表沉隆的重中之重。在盾構(gòu)機掘進過程中嚴格采取全土壓平衡模式掘進，優(yōu)化渣土改良措施，根據(jù)理論計算和龍門吊稱重結(jié)合等方式控制盾構(gòu)機出土量；在盾構(gòu)機掘進中及時同步注漿，注漿速度和時間與盾構(gòu)機掘進速度同步，對隧道管片與地層之間的間隙進行注漿填充防止地面沉降，并在脫出盾尾后第3~5 環(huán)采取二次補注漿措施。

在下穿建構(gòu)筑物時通過對盾構(gòu)機掘進的控制，按照本標段其他兄弟單位在相同地層中總結(jié)出的掘進參數(shù)進行施工，包括總推力、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩、出土量、同步注漿量、同步注漿壓力等，嚴格控制盾構(gòu)機的掘進速度要和螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速同步，加強同步注漿量的控制。

2.1 盾構(gòu)推進和地層變形的控制

本區(qū)間工程采用中鐵裝備土壓平衡式盾構(gòu)機，其原理是利用土倉內(nèi)的土壓力來平衡開挖面的土體，以達到對盾構(gòu)機刀盤正前方開挖掌子面支護的目的。水土平衡壓力的設(shè)定是土壓平衡模式盾構(gòu)機施工的關(guān)鍵，設(shè)定的壓力值維持和調(diào)整則是盾構(gòu)機推進操作中的主要步驟，包含總推力、推進速度和出土量三者之間的關(guān)系，對盾構(gòu)施工推進線路和地層變形量的控制起主導作用，因此在盾構(gòu)掘進施工過程中需要根據(jù)不同地質(zhì)和覆土厚度，地面建構(gòu)筑物，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋分析，動態(tài)調(diào)整土倉壓力值，盾構(gòu)機推進中盾構(gòu)姿態(tài)保持相對的平衡，即垂直和水平姿態(tài)控制在±50mm，控制每次糾偏量不過大，減少對土體的擾動，勤糾緩糾，利于管片拼裝，同時根據(jù)總推力、推進速度、出土量和地層變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)不同穿越地層調(diào)整同步注漿漿液配合比，及時調(diào)整注漿量，從而將盾構(gòu)姿態(tài)擬合設(shè)計軸線和地層變形控制在允許范圍內(nèi)。

2.2 渣土改良

確保盾構(gòu)掘進過程中參數(shù)正常，盾構(gòu)姿態(tài)可控，出土順暢，減少刀盤的磨損，在掘進過程中提前對掌子面土體進行改良，在粉砂地質(zhì)的軟土地層，通過刀盤設(shè)計的泡沫注漿口對前方土體注入泡沫劑，以減小刀盤的扭矩，降低刀盤的壓力，使渣土具有適當?shù)暮鸵仔浴?/p>

施工過程中應嚴格控制渣土改良，避免土倉結(jié)泥餅，并保障設(shè)備完好性和渣土運輸?shù)倪B續(xù)性，確保穿越建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定推進。

2.3 土倉壓力控制

穿越建（構(gòu)）筑物地段隧道頂部的理論主動水土壓力為0.12MPa?？紤]建（構(gòu)）筑物自身荷載及路面荷載，盾構(gòu)土倉頂部壓力應按照0.14MPa 控制。在盾構(gòu)機下穿建筑物過程中，應根據(jù)盾體通過階段的建（構(gòu)）筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋分析對土倉壓力進行動態(tài)調(diào)整，并保證推進過程中出土速度與推進速度匹配，將土壓變化嚴格控制在±0.02MPa，防止因為土壓波動過大引起的沉降。

2.4 盾構(gòu)機姿態(tài)及盾尾間隙控制

在穿越建（構(gòu)）筑物期間，盾構(gòu)機姿態(tài)調(diào)整應控制在±5 毫米/環(huán)以內(nèi)，避免急糾和猛糾，減小因姿態(tài)調(diào)整而產(chǎn)生的超挖，達到控制沉降的目的。

同步注漿及二次注漿是盾構(gòu)推進過程中控制地面沉降的主要因素，根據(jù)施工經(jīng)驗，盾構(gòu)推進過程中的盾構(gòu)姿態(tài)異常易造成盾尾處漏漿，地面沉降，因此在盾構(gòu)下穿建筑物期間，及時擬合盾構(gòu)推進軸線與設(shè)計軸線，控制盾構(gòu)機姿態(tài)，確保盾尾間隙均勻，加大盾尾油脂壓注漿量來防止?jié){液擊破盾尾串漿。必須采用性能較好（可采用進口）的盾尾油脂。

2.5 推進速度控制

在下穿建（構(gòu)）筑物期間，粉砂軟土地層推進速度宜控制在30—40mm/min，避免速度過慢導致刀盤在建筑物下方長時間擾動，保證同步注漿充分均勻的注入。嚴格控制同步注漿流量應與推進速度匹配。下穿建（構(gòu)）筑物時保證推進速度的恒定和穩(wěn)定，嚴格控制盾構(gòu)推進方向，減少糾偏，特別是大量值得糾偏，確保盾構(gòu)機持續(xù)穩(wěn)定推進。

穿越期間推進速度控制的核心在于平穩(wěn)，盡可能的減小對周邊土體的擾動。在推進過程中禁止為提高推進速度而隨意降低土倉壓力。在下穿建筑物推進的過程中，每60cm 測量一次盾構(gòu)機的推進方向，盡可能減少糾偏，同時在盾構(gòu)下穿期間，保持勻速推進，從而保證盾構(gòu)機平穩(wěn)穿越地下建（構(gòu)）筑物。

2.6 刀盤扭矩控制

盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物期間，應通過控制刀盤轉(zhuǎn)速對刀盤貫入度進行嚴格控制，達到降低刀盤扭矩，保護刀盤刀具的目的。同時應根據(jù)實際情況進行渣土改良，調(diào)整不同種類渣土改良劑的注入率，確保渣土良好的和易性及流塑性，降低渣土內(nèi)摩擦角，減小刀盤扭矩。穿越段刀盤扭矩控制在3000kN·m 以下。

2.7 螺旋機轉(zhuǎn)速控制

螺旋機與盾構(gòu)掘進的P 值平衡壓力的關(guān)系至關(guān)重要，假定螺旋機調(diào)整后的平衡壓力為P0，當P0＞P 時，應適當減少螺旋機的轉(zhuǎn)速以達到P0=P，反之，當P0＞P 時，應適當增加螺旋機的轉(zhuǎn)速以達到P0=P。螺旋機排土量應與推進速度匹配，當?shù)貙雍枯^大時，應適當調(diào)整螺旋機轉(zhuǎn)速，控制螺旋機出土口壓力，并合理控制螺旋機閘門開口度。

2.8 出土量控制

出土量管理是盾構(gòu)掘進的重點，是控制地層損失率最有效、最關(guān)鍵的手段。盾構(gòu)掘進過程中出土量控制必須以碴土體積控制為主，重量復核為輔。采用體積、重量雙控的措施進行控制，本標段力爭將一環(huán)出土量控制在40m3，在渣廂上劃線測量出土體積，記錄出土量；利用龍門吊配置的稱重系統(tǒng)對碴土進行稱重計量，記錄出土重量換算成體積，與實際出土形成對比。

盾構(gòu)掘進前期，根據(jù)參數(shù)調(diào)整及地面監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，隧道在不同地質(zhì)穿越，盾構(gòu)機應磨合出全封閉式或半封閉式推進模式，挖土量和排土量須保持平衡關(guān)系，應做到不掘進不出土，防止超挖或欠挖的發(fā)生。盾構(gòu)穿越不同地質(zhì)條件下，制定出碴量管理基準值，將電瓶車每一廂土與行程相對應，并對出碴量的體積和質(zhì)量進行雙重控制標準。對每環(huán)碴土量超過基準值的4%，必須停機立即上報值班領(lǐng)導，由項目部組織專題分析，采取有效措施后方能繼續(xù)掘進。

本工程采用的盾構(gòu)機刀盤直徑為6470mm，每環(huán)理論出土量＝π/4×D2×L＝π/4×6.472×1.2＝39.43 立方米/環(huán)。施工過程中，安排技術(shù)員在監(jiān)控室值班每150mm 進尺實測土箱內(nèi)渣土方量，確保出土量與掘進進尺匹配。

2.9 盾尾密封控制

中鐵裝備277#/278#盾構(gòu)機盾尾密封由三排密封刷組成，防止?jié){液漏進盾體內(nèi)部。在土壓平衡狀態(tài)時還有保持壓力的作用。三排密封刷形成的兩個環(huán)形空間內(nèi)充滿油脂，每個環(huán)形空間均由油脂管注入。確保盾尾密封效果。

2.10 同步注漿控制

本區(qū)間工程盾構(gòu)機的刀盤開挖直徑為6470mm，管片外徑設(shè)計為6200mm，當管片在盾尾處安裝前對盾尾間隙米字形測量進行點位選擇，管拼裝片完成后再次測量盾尾間隙盾構(gòu)機向前推進，嚴格控制同步注漿量，以充分填充管片與土層之間形成140mm 的環(huán)形建筑間隙，主要目的為：防止和減小地層沉降，保證地面環(huán)境安全；保證地層壓力較為均勻地徑向作用于管片，限制管片位移和變形，提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；作為隧道第一道防水層，應加強隧道防水，管片下井前粘貼管片防水材料，自檢合格后，邀請監(jiān)理報驗，并形成驗收記錄。管片拼裝密實，點位選擇準確，不滲漏水、不裂縫，環(huán)向和隧道方向錯臺控制在規(guī)范標準范圍內(nèi)，同步注漿配合比如表1 所示。

表1 盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物同步注漿配比

推進單環(huán)管片造成的理論建筑空隙為：

1.2 π×（6.472-6.22）/4=3.22m3

盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物期間，實際的壓漿量為每環(huán)管片理論建筑空隙的150%～200%，即每推進一環(huán)同步注漿量為4.83～6.44m3，本區(qū)間選取6～6.5m3可控制沉降，泵送出口處的壓力一般控制在0.3MPa 左右。

由盾尾2、4、8、10 點的4 個管路同時注入。當掘進速度為40mm/min 時，漿液注入速率為186L/min。

2.11 跟蹤注漿控制

根據(jù)施工經(jīng)驗，盾構(gòu)施工所產(chǎn)生的沉降主要發(fā)生在盾尾通過后的階段。因此，穿越建（構(gòu)）筑物施工區(qū)段，需及時對脫出盾尾的管片進行跟蹤注漿。盾構(gòu)機連接橋位置增設(shè)1 套二次注漿設(shè)備，可在盾構(gòu)推進同時對脫出盾尾的管片進行跟蹤注漿，跟蹤注漿每3 環(huán)進行1 次，注漿位置為已脫離盾尾的第3 環(huán)管片（即當前推進環(huán)數(shù)退后5 環(huán)）。

3 結(jié)語

通過以上下穿中星外貿(mào)服飾城時采用的施工技術(shù)控制，房屋最大沉降值為-3mm，最大隆起3mm，均在允許范圍以內(nèi)。因此，在監(jiān)測數(shù)據(jù)及時的情況下，通過調(diào)節(jié)土倉壓力及增加同步注漿量是能夠有效控制地表沉降的。