復(fù)雜地質(zhì)盾構(gòu)隧道下穿建筑物關(guān)鍵技術(shù)

摘要：選取某工程出入場線盾構(gòu)段作為研究對象，分析下穿房屋、隧道和高速公路的特點及主要難點。采用土壓平衡施工模式進行掘進，實時監(jiān)測土壓值以保障隧道穩(wěn)定。介紹同步與二次注漿技術(shù)及參數(shù)，填充土體缺陷和控制地表沉降。進行多點精密監(jiān)測對房屋及管線實時監(jiān)測。研究結(jié)果顯示，同步、二次注漿聯(lián)合應(yīng)用可有效解決土壓問題，優(yōu)于單獨注漿。多點監(jiān)測提高監(jiān)測準確性和系統(tǒng)性。這些關(guān)鍵技術(shù)措施為類似工程提供依據(jù)，有助于安全施工管理和下穿建筑工程技術(shù)優(yōu)化與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：隧道下穿施工變形特征關(guān)鍵技術(shù)

ResearchontheKeyTechnologyofShieldTunnelingThroughBuildingsinComplexGeology

ZHENYakun

RailTransitBranch，ChinaCommunicationsConstructionCo.，Ltd.，Beijing，100000China

Abstract：Thispaperselectstheshieldsectionoftheaccesslineofaprojectastheresearchobject，andanalyzesthecharacteristicsandmaindifficultiesoftunnelingthroughhouses，tunnelsandexpressways.Itusestheearthpressurebalanceconstructionmodeforexcavation，andmonitorsearthpressurevalueinrealtimetoensurethestabilityofthetunnel.Itintroducessynchronousandsecondarygroutingtechnologiesandparameters，fillsoildefectsandcontrolsurfacesettlement.Itconductsmulti-pointprecisionmonitoringtomonitorhousesandpipelinesinrealtime.Researchresultsshowthatthecombinedapplicationofsynchronousandsecondarygroutingcaneffectivelysolveearthpressureproblem，whichisbetterthanindividualgrouting，andthatmulti-pointmonitoringimprovestheaccuracyandsystematizationofmonitoring.Thesekeytechnicalmeasuresprovidethebasisforsimilarprojects，andcontributetosafeconstructionmanagementandtheoptimizationandapplicationoftunnelingconstructionengineeringtechnology.

KeyWords：Tunnel；Tunnelingconstruction；Deformationbehaviour；Keytechnologies

盾構(gòu)施工技術(shù)在城市地下工程中廣泛使用，隨著城市軌道交通和市政工程的發(fā)展，對下穿現(xiàn)有建筑物的需求增多。下穿結(jié)構(gòu)距離較近且地層復(fù)雜，增加了工程施工難度和安全隱患。

白倩倩[1]采用型鋼支撐、預(yù)備注漿和同步二次注漿，全天候?qū)崟r監(jiān)測，保證了交叉路口下穿盾構(gòu)隧道和地下過街通道的結(jié)構(gòu)安全和地面沉降控制。秦帥[2]通過三維差分法模擬研究地鐵盾構(gòu)下穿既有隧道的變形規(guī)律。金康[3]建立模型計算分析表明通過控制土壓、及時注漿可有效控制高速路基變形和沉降。吳廣磊等[4]以天津某地鐵項目為例，探討了盾構(gòu)下穿建筑物時地表沉降變形的分析和控制對策。楊博等[5]通過某市地鐵五號線項目的三維模擬和實測分析，研究了盾構(gòu)下穿多棟建筑物時的建筑變形規(guī)律和有效控制措施。張斌等[6]針對南通地鐵1號線盾構(gòu)下穿森大蒂花苑老舊居民區(qū)，通過監(jiān)測和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)合理的土壓力、注漿和襯砌措施可減小地表沉降。

1工程概況

某工程的盾構(gòu)段隧道下穿一隧道和高速公路，線間距為9～12m。平面線形從盾構(gòu)接收井往西南偏西方向延伸，左線由1個半徑350m和2個半徑250m的平面曲線及夾直線組成，右線由1個半徑400m和2個半徑250m的平面曲線及夾直線組成。

2工程難點與風險分析

2.1下穿房屋概況

區(qū)間右線下穿一食堂及海關(guān)樓，食堂為2層框架結(jié)構(gòu)，隧道埋深約14.5m，穿越地層為淤泥質(zhì)黏性土、礫砂及卵石，覆土為淤泥質(zhì)黏性土、素填土。海關(guān)樓為4層框架結(jié)構(gòu)，隧道埋深17m，穿越地層為淤泥質(zhì)黏性土、粉質(zhì)黏土、圓礫及全風化花崗巖，覆土為淤泥質(zhì)黏性土及素填土。

區(qū)間左線側(cè)穿一管理局，房屋為7層框架結(jié)構(gòu)，隧道埋深14.5m，穿越地層為淤泥質(zhì)黏性土、卵石及全風化的花崗巖，覆土為淤泥質(zhì)黏性土及素填土。

2.2下穿隧道概況

隧道為矩形框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為直徑550mm預(yù)應(yīng)力管樁，平均樁長30m。區(qū)間隧道與該隧道22根樁基沖突，采用盾構(gòu)機直接截樁通過。

下穿段區(qū)間隧道埋深約10.5m，距該隧道承臺基礎(chǔ)底約6.2m，地鐵隧道及樁基所處地層依次為素填土、淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、粉質(zhì)黏土。

2.3下穿高速公路概況

區(qū)間隧道下穿高速公路，隧道頂距路面凈距8.5～9.5m，盾構(gòu)穿越段地質(zhì)為淤泥質(zhì)黏性土，隧頂覆土為淤泥及素填土。

2.4主要工程難點

2.4.1下穿房屋的難點

房屋基礎(chǔ)情況不明確，年代久遠的海關(guān)樓和管理局建筑基礎(chǔ)資料難以獲取。隧道與房屋距離較近，土體受影響范圍大，尤其海關(guān)樓僅距隧道1.9m。穿越地層為黏性土層，易發(fā)生不可逆變形，給排水和排土帶來困難。

2.4.2下穿現(xiàn)有隧道的難點

截斷22根直徑550mm、長30m的預(yù)應(yīng)力鋼樁，需研究有效的樁截斷方案控制應(yīng)力釋放；兩者埋深相近，需精準掌控隧道位置以防突變淹沒地鐵隧道；淤泥質(zhì)黏性土層強度差，難以用堰門隔斷水土交替影響。

2.4.3下穿高速公路的難點

高速公路施工安全管理困難，隧道頂部距路面僅8.5～9.5m，易影響路面結(jié)構(gòu)。淤泥質(zhì)黏土層導(dǎo)致地表隆起，增加道路使用影響。

2.4.4多下穿結(jié)構(gòu)增加整體難度

存在三種下穿類型結(jié)構(gòu)，工程難度增加。

3關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1控制掘進參數(shù)

根據(jù)隧道地層實際情況和技術(shù)總結(jié)，采用土壓平衡掘進模式，嚴格控制掘進參數(shù)，總結(jié)出適合各地層的掘進參數(shù)。盾構(gòu)通過建筑物和其他風險源時，對沉降或隆起非常敏感，土倉壓力應(yīng)適中，不可過高或過低。

3.2土壓控制

根據(jù)土壓平衡工況的特點，確定和保持合理的土倉壓力是關(guān)鍵。因此，在確定掘進參數(shù)時，應(yīng)以土倉壓力為基準，并制定掘進控制程序以維持土倉壓力穩(wěn)定。

3.2.1土倉壓力值的計算

采用近似上覆土重理論分段進行土壓力計算。設(shè)刀盤中心地層靜水壓力、土壓力之和為P1，則

式（1）中：γ為土的加權(quán)平均重度；

h為刀盤中心至地表的垂直距離。

設(shè)土倉壓力值為P，則

式（2）中：K為土的側(cè)向靜止土壓力系數(shù)；

P2為附加荷載，取20kPa

3.2.2實際土壓力取值

根據(jù)不同地層分類計算，并視地表監(jiān)測結(jié)果進行調(diào)整。具體見表1。

3.3同步注漿

3.3.1注漿目的

在盾構(gòu)施工中，管片襯砌后的注漿工序至關(guān)重要，主要目的如下。

• 填充盾尾建筑空隙，支撐管片周圍巖體，控制地表沉降。
• 注漿后的漿液形成首道防水屏障，增強隧道的防水能力。
• 提供管片早期穩(wěn)定性，與周圍巖體融為一體，有助于控制盾構(gòu)掘進方向和確保隧道最終穩(wěn)定。

3.3.2注漿方式和特點

采用邊掘進邊注漿的方法，填充盾尾建筑空隙，支撐管片周圍巖體，防止地層過度變形對環(huán)境的威脅。使用盾構(gòu)機自身的同步注漿系統(tǒng)，采用雙泵四管路對稱注漿，確保注漿與盾構(gòu)尾部建筑空隙同時進行。

3.4二次注漿

3.4.1注漿目的

通過同步注漿填充盾尾建筑空隙，但可能出現(xiàn)局部不均勻或因漿液固結(jié)收縮而產(chǎn)生空隙。為提高背襯注漿層防水性和密實度，可進行二次注漿，填補空隙形成緊密防水層，同時加強隧道襯砌。

3.4.2注漿方式和特點

在同步注漿有不足時，通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，填補未注漿部分和體積減小部分，減少后期沉降和管片上浮，降低隧道防水壓力。

4安全監(jiān)控與管理

4.1監(jiān)測目標與內(nèi)容

監(jiān)測的目的是保證建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用安全，并保護周圍環(huán)境，避免沉降和傾斜。盾構(gòu)施工應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行信息化施工。

4.2監(jiān)測項目與警戒值

（1）建筑物沉降、傾斜警戒值：沉降差報警值取沉降限值的70%，建筑物傾斜報警值取0.002。

（2）裂縫開展寬度：對于建筑物既有裂縫，每天發(fā)展不超過0.1mm；對于工程施工引起的新裂縫，發(fā)現(xiàn)后即做報警處理并隨時監(jiān)測。

（3）根據(jù)規(guī)范設(shè)計要求，管線監(jiān)測報警控制值為-10～+2mm。

4.3監(jiān)測點布設(shè)與方法

根據(jù)實際情況，監(jiān)測主要包括地面和房屋段基礎(chǔ)沉降。地下管線沉降可與地表沉降水準監(jiān)測共用基點和工作基點。布置原則如下。

• 重點布設(shè)在煤氣管、給水管、污水管、大型雨水管及市政管線上，考慮與工程相對位置關(guān)系。
• 宜布置在管線接頭處或?qū)ξ灰谱兓舾械牟课弧?/li>
• 有特殊要求的布置管線管頂測點，無特殊要求的布置在管線上方對應(yīng)地表監(jiān)測點處。

在管線附近的地表埋設(shè)觀測點，采用窖井或鉆孔形式，穿透路面結(jié)構(gòu)層，深入管線下方土層。測點應(yīng)加保護蓋，孔徑不小于150mm。沉降監(jiān)測測點應(yīng)平整埋設(shè)，不影響通行，穩(wěn)固且清晰標記。

4.4監(jiān)測頻率與數(shù)據(jù)處理

盾構(gòu)機機頭前后20m范圍每天監(jiān)測1～2次，50m范圍內(nèi)每兩天監(jiān)測1次，50m范圍之外每周監(jiān)測1次。異常情況下增加監(jiān)測頻率和范圍，每2～4h監(jiān)測1次。盾構(gòu)機通過20m后，如測點沉降變化仍較大，每天監(jiān)測2次。每天沉降小于2mm后，每天監(jiān)測1次，連續(xù)監(jiān)測1周。沉降基本穩(wěn)定后，每兩天監(jiān)測1次，連續(xù)監(jiān)測1個月或直到沉降穩(wěn)定。及時處理和整理內(nèi)業(yè)資料，提交監(jiān)測報告。分析同一監(jiān)測點數(shù)據(jù)趨勢，及時發(fā)現(xiàn)問題和調(diào)整監(jiān)測頻率。

5結(jié)語

本研究以某隧道下穿建筑為例，探討相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)措施。使用同步和二次注漿技術(shù)有效解決土壓問題，優(yōu)于傳統(tǒng)單獨注漿方法。提出了多點實時監(jiān)測技術(shù)，相較傳統(tǒng)方法更準確系統(tǒng)。研究結(jié)果為類似工程提供參考，為解決下穿建筑安全問題提供了技術(shù)支撐，對優(yōu)化施工管理和技術(shù)措施具有重要意義，擴展了相關(guān)工程實踐。

參考文獻：

• 白倩倩.盾構(gòu)隧道近距離下穿過街通道施工技術(shù)[J].國防交通工程與技術(shù)，2024，22（1）：61-64，23.

[2]秦帥，黃杰，陳霧航.地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道近接下穿既有隧道影響研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2024，14（1）：83-87，92.

[3]金康.盾構(gòu)隧道下穿高速公路路基變形特征及控制研究[J].交通科技與管理，2023，4（22）：53-55，48.

[4]吳廣磊，溫良濤.盾構(gòu)施工下穿既有建筑物沉降變形分析與控制[J].散裝水泥，2023（5）：101-103，106.

• 楊博，潘東峰，王婷，等.地鐵隧道盾構(gòu)連續(xù)下（側(cè)）穿不同基礎(chǔ)形式建（構(gòu)）筑物變形影響分析及應(yīng)對措施建議[J].測繪與空間地理信息，2023，46（7）：194-196，200.

[6]張斌，王瑞，汪優(yōu).南通地鐵盾構(gòu)下穿既有建筑誘發(fā)基礎(chǔ)沉降分析[J].土木與環(huán)境工程學(xué)報（中英文），2023，45（3）：24-33.