盾構(gòu)隧道穿既有建筑施工過(guò)程控制研究

劉倩倩

合肥鐵路工程學(xué)校

因盾構(gòu)法施工有著挖掘速度快、施工安全性高、孔洞成型標(biāo)準(zhǔn)、不影響地表交通和地下管線設(shè)施等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于隧道施工中[1]。城市地鐵建設(shè)常位于交通流量大和建筑群體多的區(qū)域，盾構(gòu)隧道施工時(shí)往往需要穿越既有建構(gòu)筑物底部，若對(duì)掘進(jìn)過(guò)程控制不到位將導(dǎo)致地表沉陷嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)房屋倒塌[2]。如何把控盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，從而減小因盾構(gòu)施工引起的地表變形，保證既有建構(gòu)筑的安全，值得研究。

1 盾構(gòu)隧道穿既有建構(gòu)筑物施工工序與流程

前期應(yīng)充分了解建構(gòu)筑物及地下管線的布置情況，合理制定施工方案及做好現(xiàn)場(chǎng)管理；分析施工參數(shù)設(shè)置是否得當(dāng)，對(duì)地面預(yù)加固和預(yù)埋注漿管進(jìn)行步驟劃分[3]。利用電力隧道及污水管線增設(shè)注漿孔，并根據(jù)實(shí)際地質(zhì)和掘進(jìn)狀況對(duì)隧道周圍土體進(jìn)行注漿加固和預(yù)埋注漿管[4]；結(jié)合工程場(chǎng)地條件并經(jīng)過(guò)系列的試驗(yàn)確定注漿壓力、注漿量等掘進(jìn)參數(shù)，且在加固后對(duì)地表穩(wěn)定性和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，使地表和建構(gòu)筑物安全可靠[5]。

盾構(gòu)隧道穿越建筑物時(shí)，應(yīng)根據(jù)側(cè)穿位置、角度預(yù)先設(shè)定好掘進(jìn)方案，并對(duì)穿越建筑物的區(qū)域和隧道周圍土體進(jìn)行地層注漿加固；通過(guò)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)建筑物及地表的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并考慮是否需要對(duì)其進(jìn)行跟蹤注漿[6]。

2 工程案例分析

2.1 工程概況

依托工程是某地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越商業(yè)樓，所穿建筑為地上 3 層的混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)最大埋深為 8.3m，隧道埋深為 11.7m，隧道開挖直徑 6.28m，管片外徑6.0m，管片厚度 300mm，該建筑物位于 R=350mm 曲線段，線路坡度-25.324‰，區(qū)間隧道與商業(yè)樓的斷面關(guān)系如圖所示。通過(guò)巖土勘察可知所穿區(qū)域和深度范圍內(nèi)多為雜填土與黏土，主要賦存著上層滯水（一）和弱承壓水（三）兩層地下水，上層水位埋深 0.45～ 6.00m、下層水位埋深 7.7～ 9.2m。

2.2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

試掘進(jìn)結(jié)束后便進(jìn)行施工，缺乏類似施工經(jīng)驗(yàn)；R=350m 屬于小半徑，穿越建筑物時(shí)其盾構(gòu)姿勢(shì)控制難度大、糾偏困難，且管片之間容易發(fā)生錯(cuò)臺(tái)，這有可能導(dǎo)致管片碎裂。

2.3 施工過(guò)程控制先根據(jù)試掘進(jìn)階段的經(jīng)驗(yàn)及建筑物荷載初定土壓力值，并依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)判定土壓是否異常。盾構(gòu)推力受盾構(gòu)掘進(jìn)速度和刀盤扭矩直接影響，在確保反力架安全的情況下，適當(dāng)增加盾構(gòu)推力，摸索出最佳的推力值。出土量對(duì)刀盤正面土壓力和開挖面的穩(wěn)定至關(guān)重要，控制排土量是控制地表變形的重要措施，而出土量的大小取決于輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就要求協(xié)調(diào)好螺旋傳輸機(jī)轉(zhuǎn)速與千斤頂推進(jìn)速度之間的關(guān)系，保證土壓平衡。同步注漿時(shí)注漿壓力和注漿量要根據(jù)監(jiān)測(cè)值實(shí)時(shí)調(diào)整，并總結(jié)適用的取值。

2.4 監(jiān)測(cè)分析

先將推進(jìn)階段的施工參數(shù)繪制成圖，以便直觀地反映出盾構(gòu)時(shí)各監(jiān)測(cè)位置的建筑物沉降量。

由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知：通過(guò)對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程的合理控制，地表沉降與建筑物沉降量均控制在合理范圍內(nèi)，除個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)沉降值偏大外，其余均為 4mm，證明掘進(jìn)參數(shù)設(shè)置合理，施工過(guò)程控制得當(dāng)。

3 盾構(gòu)隧道穿既有建筑經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

案例中的盾構(gòu)隧道能否順利穿過(guò)既有建筑，主要取決于施工過(guò)程控制是否到位。在盾構(gòu)機(jī)穿過(guò)既有建筑之前準(zhǔn)備工作充分，對(duì)盾構(gòu)穿越土層的地質(zhì)水文條件進(jìn)行了研究，前期對(duì)施工參數(shù)的設(shè)置及地表沉降規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)并根據(jù)監(jiān)測(cè)值對(duì)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，尤其是對(duì)同步注漿量的優(yōu)化，使盾構(gòu)隧道安全地穿越了既有建筑。具體采取的方法如下：依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果設(shè)定和調(diào)整土壓力值，保持切口前方土體穩(wěn)定；對(duì)注漿量、注漿壓力、注漿位置進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化同步注漿參數(shù)，控制好土體后期沉降；進(jìn)行成果分析，結(jié)合設(shè)置的施工參數(shù)和土體沉降規(guī)律掌握盾構(gòu)隧道穿越建筑物的各項(xiàng)施工參數(shù)。對(duì)施工工況和施工管理的把控也尤為重要：嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿勢(shì)和減小糾偏量，以減少對(duì)周圍土體的擾動(dòng)而引起的沉降；盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)時(shí)應(yīng)盡可能地減少停機(jī)，控制推進(jìn)速度和保持勻速推進(jìn)是關(guān)鍵，盾構(gòu)操作人員要做到施工全過(guò)程的跟蹤服務(wù)，出現(xiàn)問題及時(shí)解決；做好信息化施工，通過(guò)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)推進(jìn)的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)各種信息進(jìn)行分析，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，將指令傳達(dá)給施工班組，指導(dǎo)盾構(gòu)推進(jìn)施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)隧道穿越既有建構(gòu)筑物時(shí)，施工過(guò)程控制是保證地表穩(wěn)定和建筑安全的最有效手段，其關(guān)鍵在于根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整土壓力、注漿壓力、注漿量和注漿位置等掘進(jìn)參數(shù)，并做好信息化施工管理，對(duì)施工過(guò)程做到全程跟蹤，確保盾構(gòu)掘進(jìn)有序進(jìn)行。