盾構(gòu)施工下穿超高地標(biāo)建筑物九龍鼎加固技術(shù)探究

丁延昌 黎政欣 陳煒 畢志華

在新建城市地鐵過程中，不可避免要穿越盾構(gòu)上方既有建（構(gòu)）筑物，如何避免既有建筑物出現(xiàn)不均勻受力及變形，保證既有建筑物安全是施工中的首要任務(wù)。以洛陽市軌道交通1號線麗景門站—青年宮站盾構(gòu)下穿既有地標(biāo)建筑物九龍鼎為工程依托，提出采取基礎(chǔ)注漿加固+鼎身螺旋纏繞的變形控制措施，同時保證了盾構(gòu)機(jī)的順利掘進(jìn)和超高地標(biāo)建筑物九龍鼎的完整性，可為同類工程提供參考。

盾構(gòu)隧道； 下穿施工； 地標(biāo)建筑物； 加固技術(shù)

U455.43 A

［定稿日期］2022-02-24

［作者簡介］丁延昌（1987—），男，本科，工程師，主要從事軌道交通工程相關(guān)工作。

隨著地下工程的發(fā)展，盾構(gòu)法施工越來越多的應(yīng)用到城市軌道交通中 ［1］。但由于城市交通網(wǎng)愈來愈完善，城市用地面積愈來愈緊張，在盾構(gòu)施工過程中不可避免要出現(xiàn)穿越盾構(gòu)上方既有建（構(gòu)）筑物的情況［1-2］，而施工過程中產(chǎn)生的施工擾動必然會對既有建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生差異沉降、傾斜或開裂等不利影響，甚至造成其發(fā)生破壞。已有學(xué)者對盾構(gòu)施工穿越隧道上方既有建（構(gòu)）筑物的影響及控制措施展開了相關(guān)研究，并取得了一定成果。康佐等［4］依托于西安軌道交通1號線盾構(gòu)下穿城墻及朝陽門，通過有限元分析了盾構(gòu)掘進(jìn)對古城墻受力的影響；王文斌等［5］結(jié)合西安地鐵２號線鐘樓段，采用有限元模型分析了不同加固措施情況下地面沉降的規(guī)律以及施工對鐘樓的影響程度；劉健鵬等［6］結(jié)合無錫地鐵某區(qū)間盾構(gòu)下穿敏感商場，提出了管棚+水平凍結(jié)的控制措施，保證了既有商場在施工過程中的安全和穩(wěn)定；?？?］ 結(jié)合天津地鐵區(qū)間 6 號線提出了RJP 大直徑旋噴樁 + 鋼套筒的控制措施，保證了施工過程中的管線安全；袁大軍等［8］以西安軌道交通 2號線盾構(gòu)下穿古城墻為工程背景，提出來采用鉆孔灌注樁+化學(xué)注漿的復(fù)合加固措施，有效的控制了古城墻的變形；黃昌洋等［9］結(jié)合長沙地鐵2號線區(qū)間隧道在溁灣鎮(zhèn)站—橘子洲站下穿湘江堤壩，分析了施工過程中產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的原因及造成的危害，結(jié)合工程特性提出采用注漿加固的變形控制措施；胡相鈺［10］依托南昌軌道交通 1 號線丁公路北站—師大南路站區(qū)間盾構(gòu)下穿京九鐵路箱涵橋工程，利用有限元軟件對既有建筑物變形進(jìn)行了研究。但現(xiàn)有的研究主要集中在對地基的加固方面，對地表既有超高建筑物采取加固措施的研究成果尚不多見。

本文以洛陽市軌道交通1號線在麗景門站—青年宮站區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿地表既有超高建筑物九龍鼎為工程背景，結(jié)合工程特性，分析了盾構(gòu)下穿地表超高建筑物九龍鼎的施工風(fēng)險(xiǎn)，提出了采取基礎(chǔ)注漿加固+鼎身螺旋纏繞的控制措施，以期為同類工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

洛陽市軌道交通1號線麗景門—青年宮區(qū)間隧道（DK16+782.840～DK17+855.778）西起西關(guān)路，沿中州東路向東敷設(shè)，止于青年宮，左右區(qū)間長2 150.202 m，右線在CK16+800～940 m下穿地表建筑物九龍鼎柱，在CK17+625～835 m段下穿青年宮人防，區(qū)間位置及周邊環(huán)境見圖1。

九龍鼎位于洛陽市老城區(qū)中州東路與金業(yè)路交叉口（圖2），建成于1994年4月，其上的9條龍形浮雕代表著歷史上9個朝代在洛陽建都。因此，九龍鼎柱是洛陽市的一座標(biāo)志性構(gòu)筑物，具有非常重要的歷史意義。在洛陽市軌道交通1號線建設(shè)的過程中麗景門站—青年宮站區(qū)間右線近距離下穿九龍鼎柱（圖3），且隧道頂上覆土約13.2 m，隧道頂部距離九龍鼎柱下部的三七灰樁的最近距離約為2.7～4 m，與下面筏板基礎(chǔ)的凈距約為8.2 m。這種近接施工必然會對九龍鼎的安全性及穩(wěn)定性造成影響，因此引起了相關(guān)部門的高度重視。

2 盾構(gòu)下穿危險(xiǎn)源分析及評估

麗景門—青年宮區(qū)間隧道下穿地表建筑物九龍鼎柱的施工過程中，容易引起一些風(fēng)險(xiǎn)：

（1）不均勻沉降引起的九龍鼎柱傾斜和倒塌風(fēng)險(xiǎn)。麗景門—青年宮區(qū)間隧道右線盾構(gòu)側(cè)穿九龍鼎柱時，如果施工參數(shù)控制不當(dāng)，易引起地表既有超高建筑物九龍鼎柱產(chǎn)生不均勻沉降進(jìn)而產(chǎn)生傾斜，嚴(yán)重時甚至?xí)沟乇砑扔谐呓ㄖ锞琵埗χ虚_裂和倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）地表隆陷引起的道路塌陷或隆起風(fēng)險(xiǎn)。麗景門—青年宮區(qū)間工程隧道位于中州中路正下方，其間上軟下硬的地段眾多，在盾構(gòu)施工過程中，很容易引起道路沉降、塌陷和隆起等問題，從而可能造成九龍鼎柱發(fā)生傾斜和倒塌。

（3）盾構(gòu)機(jī)對地層擾動引起的九龍鼎柱浮雕脫落風(fēng)險(xiǎn)。九龍鼎柱建成于1994年4月，建成時間較為久遠(yuǎn)，盾構(gòu)下穿九龍鼎施工時，可能造成九龍鼎柱浮雕脫落現(xiàn)象。

為了保證盾構(gòu)施工過程中九龍鼎的安全，需要保證九龍鼎柱變形小于其變形控制標(biāo)準(zhǔn)，即傾斜率小于0.001。

3 盾構(gòu)穿越九龍鼎柱加固方案

根據(jù)下穿地表既有超高建筑物九龍鼎柱施工設(shè)計(jì)要求及盾構(gòu)法施工特點(diǎn)，在施工過程中主要采取事前控制的措施來減小既有建筑物的變形，且采用的措施共分為2個部分：一是對九龍鼎自身進(jìn)行加固，即對柱身及銅鼎分別采用固定加固；二是對九龍鼎柱基礎(chǔ)進(jìn)行注漿加固。通過這2種加固措施來保證盾構(gòu)施工過程中九龍鼎的安全。

3.1 九龍鼎自身加固

3.1.1 九龍鼎銅鼎加固

利用鍍鋅鋼板箍見圖4（a），對銅鼎的4個鼎腿進(jìn)行固定，以防鼎身發(fā)生傾斜后從柱上脫落，待鋼板箍加緊后，在鋼板箍與鼎腿接觸的上、下邊緣處進(jìn)行有效焊接，焊接后對鋼板箍及鼎腿涂刷環(huán)氧瀝青漆二度進(jìn)行防銹處理，加固后的示意如圖4（b）所示。

3.1.2 九龍鼎柱身防護(hù)

原設(shè)計(jì)加固方案采用鋼絞線對九龍鼎的柱身浮雕進(jìn)行螺旋纏繞法加固保護(hù)，但在加固過程中，考慮到浮雕材質(zhì)為花崗巖，其在鋼絞線的纏繞下容易出現(xiàn)裂紋和斷裂現(xiàn)象，因此在加固材質(zhì)上，將原設(shè)計(jì)鋼絞線用麻繩進(jìn)行替換，其一麻繩的柔韌性相對鋼絞線而言更好，其二麻繩在受力時具有伸縮空間，不易對鼎身浮雕造成損壞致其發(fā)生脫落，因此，選擇采用麻繩進(jìn)行螺旋纏繞法施工。

加固過程中，在九龍鼎柱身豎向方向，每隔600 mm，即采用20 mm的麻繩對柱身進(jìn)行捆綁加固，加固過程采用2臺30 t汽車吊籃配合施工，繩結(jié)打結(jié)方式采用8字結(jié)綁扎，具體操作過程：

（1）將麻繩從九龍鼎柱的后方繞到前方，使繩頭A被壓于繩頭B的下方，如圖5（a）所示。

（2）將B繩頭繼續(xù)從九龍鼎柱的后方繞向前方，使B繩繞過來的一端壓在A繩頭的下方，如圖5（b）所示。

（3）將繩頭B從繩圈E中穿出，并拉緊繩圈，如圖5（c）所示即形成8字結(jié)。

對九龍鼎柱的一段柱身采用麻繩加固如圖6所示。

3.2 九龍鼎柱基礎(chǔ)加固方案

在下穿九龍鼎柱前需對九龍鼎柱身及銅鼎采用固定加固，在完成九龍鼎自身固定加固的基礎(chǔ)上，進(jìn)行九龍鼎柱基礎(chǔ)注漿加固，即在九龍鼎基礎(chǔ)兩側(cè)各預(yù)埋2根袖閥管，根據(jù)監(jiān)測情況，對九龍鼎柱基礎(chǔ)進(jìn)行注漿，確保九龍鼎柱的安全。

3.2.1 袖閥管注漿施工工序

3.2.1.1 工藝流程

袖閥管注漿施工工藝流程如圖7所示。

3.2.1.2 鉆孔施工

由于地質(zhì)鉆機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械轉(zhuǎn)動，能很好控制下鉆速度，以及便于維修等優(yōu)點(diǎn)，因此施工過程中選用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，有利于準(zhǔn)確地探測本依托工程中存在的不利地層；其中鉆孔孔徑為110 mm，注漿孔孔徑為90 mm，為了保護(hù)施工鉆孔質(zhì)量和確保施工進(jìn)度，鉆孔過程中采用優(yōu)質(zhì)泥漿進(jìn)行泥漿護(hù)壁，為后續(xù)工序做好準(zhǔn)備。

3.2.1.3 套殼料灌注

由于套殼料強(qiáng)度對后期施工過程中的開環(huán)影響較大，其具體表現(xiàn)為：當(dāng)套殼料強(qiáng)度過高時不易開環(huán)；當(dāng)套殼料強(qiáng)度過低時又容易在保證開環(huán)的同時漿液發(fā)生上串涌出現(xiàn)象。因此，在設(shè)計(jì)套殼料配比時，既需要保證開環(huán)順利，同時又需要防止串漿情況的發(fā)生。

根據(jù)工程特性，將套殼料配比（重量比）設(shè)計(jì)為水泥∶黏土∶水=100∶20∶110，并根據(jù)此設(shè)計(jì)配比來制作套殼料試餅，觀察套殼料試餅前3天內(nèi)的狀態(tài)，若在前一天滿足開環(huán)條件，第二天便可進(jìn)行套殼料灌注。

3.2.1.4 下袖閥管

施工過程中，下袖閥管采用塑料袖閥管，其中單根袖閥管的長度為33 cm，外徑48 mm，內(nèi)徑32 mm，可組合任意長度。下袖閥管管口超出地面10～20 cm，管底距離加固區(qū)域10 cm左右，且處于封閉狀態(tài)，在入孔前保證橡皮套和粘結(jié)膠布處于工作狀態(tài)，避免入孔過程中橡皮套上下錯位；同時也需要采取隔離措施對管口加以保護(hù)。

3.2.1.5 開環(huán)

在套殼料有一定強(qiáng)度又易碎時方可進(jìn)行開環(huán)，將注漿塞下入至九龍鼎柱基礎(chǔ)下端，用注漿泵進(jìn)行泥漿的泵送，隨著注入漿液和泵壓的增加，套殼料產(chǎn)生破碎，使?jié){液進(jìn)入需注漿的地段，進(jìn)而對該地段進(jìn)行加固。

3.2.1.6 灌漿

灌漿采用跳灌法，在袖閥管內(nèi)插入注漿管，自下而上分段進(jìn)行灌漿，且注漿孔距離一致，均為400 mm。為了保證灌漿質(zhì)量，注漿體采用42.5R普硅水泥配制的純水泥漿，水灰比0.80～0.90，同時為了保證漿液滲透較遠(yuǎn)且較為均勻，灌漿漿液濃度應(yīng)分為多個級別，采用由稀至濃的順序進(jìn)行灌注，且分3次進(jìn)行注漿：在上次水泥漿初凝后再進(jìn)行下次灌注，初次水泥漿灌入量大于100 L/m時停止注漿；第二次灌注量大于50 L/m時停止注漿；第三次灌注量大于50 L/m停止灌注。

3.2.2 九龍鼎柱基礎(chǔ)袖閥管加固方案

預(yù)埋袖閥管采用48×5 mm的塑料袖閥管，由地表斜向下打設(shè)，如圖8所示。注漿擴(kuò)散半徑按經(jīng)驗(yàn)取值為500 mm，樁長為地面至地下九龍鼎柱三七灰土樁下1.5 m，打孔長度為14 m。共布設(shè)4根袖閥管（圖8（a））。根據(jù)監(jiān)測情況確定是否注漿，注漿長度為管底以上1 m范圍。

4 盾構(gòu)實(shí)際穿越九龍鼎加固效果檢驗(yàn)

在洛陽市軌道交通1號線麗景門站—青年宮站盾構(gòu)下穿既有地標(biāo)建筑物九龍鼎施工時，為保證九龍鼎安全性及穩(wěn)定性，對九龍鼎柱采取了自身加固及基礎(chǔ)注漿加固的固定措施。在左、右線施工過程中，分別對其實(shí)際水平位移進(jìn)行了監(jiān)測。

對左線施工時，監(jiān)測位移結(jié)果如圖9、圖10所示。左線施工過程中，九龍鼎柱水平位移監(jiān)測點(diǎn)在-0.5～1.1 mm之間變化。

對右線施工時，位移結(jié)果如圖11、圖12所示。右線施工過程中，九龍鼎柱水平位移監(jiān)測點(diǎn)在-0.6～0.7 mm之間變化。

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，麗景門站—青年宮站盾構(gòu)下穿既有地標(biāo)建筑物九龍鼎左、右線施工時，九龍鼎柱建筑物水平位移累計(jì)位移值及變形速率均不超九龍鼎柱變形控制標(biāo)準(zhǔn)，即傾斜率小于0.001。監(jiān)測結(jié)果表明，基礎(chǔ)注漿加固+鼎身螺旋纏繞的控制措施解決了不均勻沉降引起九龍鼎柱傾斜和倒塌風(fēng)險(xiǎn)，保證了盾構(gòu)施工過程中九龍鼎的安全。

5 結(jié)束語

本文以洛陽市軌道交通1號線麗景門站—青年宮站盾構(gòu)下穿既有地標(biāo)建筑物九龍鼎為工程依托，提出了采取基礎(chǔ)注漿加固+鼎身螺旋纏繞的控制措施，順利完成了本工程任務(wù)，解決了盾構(gòu)下穿超高建筑物的施工難題，確保了既有建筑九龍鼎柱的安全，可對將來類似工程施工提供一定的參考、借鑒。

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