上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海軌道交通12號(hào)線13標(biāo)工程嘉善路站—陜西南路站區(qū)間位于上海市中心城區(qū)，單線長(zhǎng)1 388.992 m。隧道最小曲線半徑為350 m，最大縱坡為2.7897%（圖1）。

圖1 嘉善路站—陜西南路站區(qū)間隧道概況示意

區(qū)間盾構(gòu)施工需穿越成片的大量建筑物，經(jīng)統(tǒng)計(jì)共穿越沿線房屋193處，房屋面積共計(jì)435 583 m2。

盾構(gòu)施工位于正常地層與古河道地層交界處，地基土層分布較復(fù)雜。按其沉積時(shí)代、成因類(lèi)型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異可劃分為7個(gè)主要層次：⑤1-1黏土層、⑤1-2粉質(zhì)黏土層、⑤3-1粉質(zhì)黏土層、⑤3-1t黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土層、⑤4粉質(zhì)黏土層、⑥粉質(zhì)黏土層、⑦1砂質(zhì)粉土層[1,2]。

2 微擾動(dòng)施工控制要點(diǎn)

2.1 土壓力設(shè)定

根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)的原理，土倉(cāng)中的壓力須與開(kāi)挖面的正面水土壓力平衡，以維持開(kāi)挖面土體的穩(wěn)定，減少對(duì)土層的擾動(dòng)。

因施工范圍內(nèi)土層既有黏土和粉質(zhì)黏土，又有砂性土，因此，針對(duì)黏性土層的土壓力計(jì)算采用水土合算，針對(duì)砂性土層的土壓力計(jì)算采用水土分算?？紤]土體擾動(dòng)后性質(zhì)變化、盾構(gòu)推進(jìn)速度、超載狀況等因素，在計(jì)算值基礎(chǔ)上考慮正面水土壓力的調(diào)整系數(shù)，其值一般在黏性土中取1.05～1.12，砂性土中取1.13～1.15。

根據(jù)以上公式計(jì)算穿越區(qū)域土壓力的理論值，實(shí)際土壓力設(shè)定值根據(jù)沉降數(shù)據(jù)值進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)在推進(jìn)過(guò)程中，要保證實(shí)際土壓力與設(shè)定值之間的差值控制在±5%以?xún)?nèi)。

2.2 推進(jìn)速度控制

土壓平衡盾構(gòu)壓力倉(cāng)內(nèi)土壓力大小與盾構(gòu)推進(jìn)速度以及出土量有關(guān)：若推進(jìn)速度加快而出土率較小，則土壓倉(cāng)土壓力會(huì)增大，其結(jié)果將導(dǎo)致造成地面隆起。反之推進(jìn)速度放慢，出土量增加將令土壓倉(cāng)土壓力下降，引起地面下沉。為此盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)做到：降低推進(jìn)速度，嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向、姿態(tài)變化，減少糾偏，特別是杜絕大量值糾偏，保證盾構(gòu)機(jī)的平穩(wěn)穿越。

本工程中，盾構(gòu)推進(jìn)速度控制在20～30 mm/min，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整。穿越區(qū)施工過(guò)程中，盡量保持推進(jìn)速度穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越建筑物，以減少對(duì)周邊土體的擾動(dòng)影響，以免對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

2.3 出土量控制

出土量是與土層損失緊密聯(lián)系在一起的，它與一環(huán)長(zhǎng)度內(nèi)盾構(gòu)的體積直接相關(guān)。假定基準(zhǔn)出土率時(shí)地層損失為0，則實(shí)際出土率變化時(shí)將引起附加的地層損失。

出土量的控制應(yīng)與掘進(jìn)速度的控制保持一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，即盾構(gòu)的出土量應(yīng)和盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)尺內(nèi)掘削的土體保持平衡，而出土量又與螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，即單位時(shí)間內(nèi)出土量大，則螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速高，出土量小則螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速低，盾構(gòu)正常掘進(jìn)時(shí)，螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速控制一般可采用自動(dòng)控制模式，如果推進(jìn)速度需要降低至10 mm/min，則螺旋機(jī)自動(dòng)模式在最低轉(zhuǎn)速下出土量仍然可能大于掘進(jìn)速度所要求的出土量，因此，可結(jié)合手動(dòng)模式進(jìn)行出土量控制[3-6]。

2.4 盾構(gòu)姿態(tài)控制

在穿越期間，因盾構(gòu)進(jìn)行平面或高程糾偏時(shí)會(huì)增加對(duì)土體的擾動(dòng)，因此在穿越過(guò)程中，在確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，盡可能減少盾構(gòu)糾偏量和糾偏次數(shù)。

在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)按照“勤測(cè)勤糾、小角度糾偏”的原則進(jìn)行糾偏控制，盾構(gòu)平面偏差控制應(yīng)根據(jù)所擬定的分段糾偏的方案按照計(jì)算的千斤頂行程差和平面偏離值進(jìn)行控制，考慮到盾構(gòu)在小半徑曲線段掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)與隧道軸線始終存在1個(gè)夾角，導(dǎo)致盾構(gòu)千斤頂對(duì)盾尾后的隧道存在一個(gè)向曲線外側(cè)的推力，因此盾構(gòu)糾偏控制考慮預(yù)先將軸線向軸線內(nèi)側(cè)偏離20 mm，以防止隧道外移引起軸線超標(biāo)，以此為基準(zhǔn)，將盾構(gòu)切口和盾尾的偏差控制在±20 mm以?xún)?nèi)，即盾構(gòu)切口偏離值控制在-40～0 mm范圍內(nèi)，盾尾偏離值控制在±20 mm范圍內(nèi)。

2.5 同步注漿控制

盾構(gòu)施工過(guò)程中，采用同步注漿工藝，確保漿液填充盾尾管片與土體間的建筑空隙，注漿量的控制應(yīng)根據(jù)模擬推進(jìn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行，動(dòng)態(tài)控制。盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)盾尾密封油脂的壓注，以保證盾尾密封刷的密封性能。

盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑間隙和減少后期變形的主要手段，也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中的一道重要工序。嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，務(wù)必做到3點(diǎn)：

1）漿液的配比須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；

2）保證每環(huán)注漿量能充盈盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后所形成的建筑間隙；

3）控制注漿壓力，進(jìn)行均勻壓注漿液；通過(guò)同步注漿及時(shí)充填建筑空隙，減少施工過(guò)程中的土體變形。

2.5.1 漿液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)漿液基準(zhǔn)配合比及性能要求，嚴(yán)格控制漿液質(zhì)量。其中，黃砂∶粉煤灰∶膨潤(rùn)土∶石灰∶添加劑∶水=800∶400∶50∶100∶3∶340，漿液質(zhì)量密度＞1.8 g/cm3，坍落度120～160 mm，坍落度經(jīng)時(shí)變化5 cm（20 h），泌水率＜5%，抗壓強(qiáng)度R7＞0.15 MPa，R28＞1.0 MPa。

2.5.2 注漿量

由于盾構(gòu)外徑大于管片的外徑，所以管片脫出盾尾后會(huì)在管片與周?chē)馏w之間形成建筑空隙?？紤]注漿的漿液除填充盾尾的空隙外，還將滲透到周?chē)馏w中，而且漿液在固結(jié)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生收縮，所以實(shí)際注漿量相較理論注漿量需考慮一個(gè)注漿量調(diào)整系數(shù)，該系數(shù)與土體性質(zhì)、注漿壓力、漿體材料及配比等有關(guān)。

因控制地層損失率的需要，同步注漿量較一般情況有所增加，注漿量調(diào)整系數(shù)控制在1.5～2.0，實(shí)際注漿量相當(dāng)于建筑空隙理論計(jì)算值的150%～200%，即2.2～2.97 m3/環(huán)。由于小半徑曲線段施工段帶來(lái)的超挖和砂性土區(qū)域的漿液流失，實(shí)際注漿量和注漿壓力根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.5.3 注漿壓力

為保證漿體較好地滲入周?chē)馏w中，注漿壓力須大于隧道所處的土壓力值。而且必須控制在較好的范圍之內(nèi)，保證只是填充而不是劈裂，實(shí)際注漿壓力按照1.1～1.2倍的靜止土壓力進(jìn)行控制。

2.6 微擾動(dòng)注漿控制

為減少施工沿線建筑物沉降，進(jìn)一步充填盾構(gòu)施工造成的地層損失，考慮在盾構(gòu)機(jī)后方實(shí)施壁后微擾動(dòng)注漿。根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，于管片脫出盾尾8～10環(huán)后實(shí)施，在注漿后，依據(jù)建筑物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，必要時(shí)可多次實(shí)施注漿以控制隧道上方土體、建筑物等后期產(chǎn)生的沉降，控制施工對(duì)沿線建筑物和環(huán)境的影響。

1）注漿孔布置：每環(huán)管片注漿孔共計(jì)15個(gè)，分別布置在拱底塊、標(biāo)準(zhǔn)塊和鄰接塊內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)需要加固的部位進(jìn)行必要的注漿加固。先用沖擊鉆將預(yù)留孔疏通，將特制的防噴裝置安裝好，并將單向球閥接在注漿管上，以便注漿（圖2）。

圖2 管片注漿孔分布示意

2）漿液配比：注漿通常采用水泥單液漿或水玻璃、水泥漿混合雙液漿2種漿液搭配使用。其中單液漿的特點(diǎn)是均勻、密實(shí)、注漿壓力??；雙液漿的特點(diǎn)是凝固快、收縮小、補(bǔ)償變形迅速。以200 L漿液配比為例，甲液中的水為100～120 kg，水泥為200 kg：乙液中的水玻璃為30～50 kg。甲、乙兩液配比由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，初凝時(shí)間確定為30～60 s。上述漿液配比僅考慮土體加固注漿為一次性施工，如注漿孔需多次打開(kāi)重復(fù)注漿，應(yīng)適當(dāng)降低水玻璃用量，以保證再次注漿時(shí)注漿孔能被順利打開(kāi)。

3）注漿壓力和流量控制：注漿壓力控制在0.3 MPa以下，注漿流量為10～20 L/min。

3 實(shí)施效果

3.1 盾構(gòu)穿越沉降控制效果

以嘉善路站—陜西南路站區(qū)間上行線盾構(gòu)始發(fā)后25～60環(huán)范圍內(nèi)建筑物為例，上行線盾構(gòu)穿越該區(qū)域后，建筑物累計(jì)沉降曲線如圖3所示。

圖3 建筑物累計(jì)沉降變化曲線

上行線盾構(gòu)通過(guò)該區(qū)域后，即10月26日，該區(qū)域建筑物均為累計(jì)隆起狀態(tài)，最大隆起5.68 mm，最小隆起0.41 mm。上行線盾構(gòu)通過(guò)該區(qū)域10 d后，即11月6日，該區(qū)域建筑物最大隆起5.3 mm，最大沉降-2.96 mm[7,8]。

3.2 二次注漿沉降控制效果

盾構(gòu)穿越施工完成后，隨即對(duì)該范圍內(nèi)建筑物進(jìn)行微擾動(dòng)注漿，以控制其沉降發(fā)展，自11月7日～11月16日共11 d，分5次進(jìn)行注漿施工，累計(jì)注漿量5.8 m3，單次每孔注漿量100～200 L，采取少量多次的注漿方式，在加固土體的同時(shí)，盡量減少注漿對(duì)土體的擾動(dòng)。

上海地區(qū)盾構(gòu)法隧道施工的地層損失率一般要求控制在0.5%以?xún)?nèi)。由于本工程周邊環(huán)境情況復(fù)雜，特提高地層損失率控制標(biāo)準(zhǔn)，使其≤0.3%，據(jù)此可根據(jù)Peck公式計(jì)算出盾構(gòu)隧道施工完成后的地面最大沉降控制值。在研究區(qū)域范圍內(nèi)的盾構(gòu)隧道埋深為19.231 m。經(jīng)計(jì)算，該區(qū)域盾構(gòu)穿越完成后，15 d的地面沉降最大值應(yīng)控制在-1.62 mm，30 d的地面沉降最大值應(yīng)控制在-2.43 mm。

從圖4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，注漿過(guò)程對(duì)建筑物擾動(dòng)很小，沉降點(diǎn)數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，至11月23日（盾構(gòu)穿越完成17 d），最大累計(jì)沉降為-1.55 mm，最大隆起為3.87 mm。

從圖5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，由于進(jìn)行了微擾動(dòng)注漿控制，盾構(gòu)施工完成后30 d內(nèi)，研究區(qū)域內(nèi)建筑物沉降穩(wěn)定，至12月6日（盾構(gòu)穿越完成30 d），最大累計(jì)沉降-2.29 mm，最大累計(jì)隆起3.1 mm。

圖4 穿越完成后17 d的建筑物累計(jì)沉降變化曲線

圖5 穿越完成后30 d的建筑物累計(jì)沉降變化曲線

由于該區(qū)域盾構(gòu)上方均為建筑物，故以建筑物沉降量來(lái)校核地層損失率控制情況，經(jīng)比較，盾構(gòu)穿越后15 d和30 d的沉降控制指標(biāo)均符合0.3%地層損失率控制要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合各項(xiàng)技術(shù)措施將本次盾構(gòu)穿越中心城區(qū)建筑物實(shí)現(xiàn)微擾動(dòng)施工的關(guān)鍵因素，總結(jié)如下：

1）合理、及時(shí)地調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)為微擾動(dòng)穿越施工提供了有力的保障。

2）少量、多次、及時(shí)的二次注漿對(duì)已擾動(dòng)土體的穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用。