冀葉濤

中鐵隧道局集團(tuán)路橋工程有限公司 天津 300000

隨著城市的發(fā)展，國(guó)家“十四五”規(guī)劃的出臺(tái)，中國(guó)城鎮(zhèn)化率必將提高，隨之而來的將是對(duì)城市交通的較大考驗(yàn)，地鐵作為便利、綠色環(huán)保的交通工具，對(duì)緩解城市交通壓力具有不可替代的作用。目前我國(guó)有約50余城市正在建設(shè)和籌建自己的軌道交通，隨著軌道交通的不斷發(fā)展、城市地下空間開發(fā)，地鐵施工面對(duì)的各種環(huán)境日益復(fù)雜，因此研究地鐵下穿各種建（構(gòu)）筑物沉降控制技術(shù)十分必要。

地鐵施工隨著施工技術(shù)的發(fā)展，采用機(jī)械化程度越來越高，尤其是近年盾構(gòu)法施工作為地鐵建設(shè)安全性較高的方法，應(yīng)用較為廣泛。但無論盾構(gòu)法工藝及設(shè)備如何改進(jìn)，由于周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、施工技術(shù)等特點(diǎn)，由施工引起的沉降是不可避免的。盾構(gòu)施工對(duì)地上地下建（構(gòu)）筑物的影響主要是地層變形引起周邊環(huán)境的變化及安全，故而如何降低因盾構(gòu)掘進(jìn)施工引起的沉降是本文研究的重點(diǎn)。

本文以合肥地鐵1號(hào)線物流大道站～瑤海公園站區(qū)間為例，對(duì)土壓平衡盾構(gòu)下穿老舊建筑沉降控制技術(shù)進(jìn)行了研究，并通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，最后提出沉降控制建議。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

物流大道站～瑤海公園站區(qū)間采用2臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)自瑤海公園站始發(fā)，物流大道站吊出接收。區(qū)間長(zhǎng)1513.771m，曲線半徑分別為1500m、350m，縱坡為25‰、5‰，管片外徑6m、內(nèi)徑5.4m，環(huán)寬1.5m。區(qū)間左右線分別在125環(huán)至185環(huán)，151環(huán)至183環(huán)下穿上個(gè)世紀(jì)八十年代單層至雙層老舊無基礎(chǔ)建筑，穿越處埋深14～16m。

圖1 隧道與建筑位置關(guān)系

圖2 下穿房屋情況

圖3 下穿房屋情況

1.2 工程地質(zhì)

物流大道站～瑤海公園站區(qū)間位于江淮波狀平原，南淝河二級(jí)階地，地形較平坦開闊，本區(qū)間自北向南自然地面標(biāo)高31.30～35.40m。區(qū)間隧道覆土厚度約為9.89～17.96m，穿越土層主要為③ 粘土層。隧道范圍所在土層內(nèi)地下水主要為上層滯水（一）、基巖裂隙水（四）。

上層滯水（一）：隨季節(jié)大氣降水及管道滲漏的變化而變化，并受到地面環(huán)境變化的影響，不具有明顯的規(guī)律性?；鶐r裂隙水（四）：主要接受越流、側(cè)向徑流補(bǔ)給，主要以側(cè)向徑流方式排泄，受大氣降水垂直滲入等的影響較小，年變幅約為1～3m。

2 盾構(gòu)施工沉降分析

根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)引起的建（構(gòu)）筑物沉降按沉降變化規(guī)律可分為初期沉降、開挖面沉降(或隆起)、尾部沉降、尾部空隙沉降和長(zhǎng)期延續(xù)沉降等五個(gè)階段。

①初期沉降：指自隧道開挖面距地面觀測(cè)點(diǎn)還有相當(dāng)距離（數(shù)十米）的時(shí)候開始，直到開挖面到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)之前所產(chǎn)生的沉降，是隨著盾構(gòu)掘進(jìn)引起地下水位降低而產(chǎn)生的。因此，這種沉降可以說是由于孔隙水壓降低、土體有效應(yīng)力增加而產(chǎn)生的固結(jié)沉降；②開挖面前部沉降或隆起：指自開挖面距觀測(cè)點(diǎn)極近（約幾米）時(shí)起直至開挖面位于觀測(cè)點(diǎn)正下方之間所產(chǎn)生的沉降或隆起現(xiàn)象，多由于開挖面水土壓力不平衡所致；③尾部沉降：指從開挖面到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的正下方之后直到盾構(gòu)機(jī)尾部通過觀測(cè)點(diǎn)為止這一期間所產(chǎn)生的沉降，主要是土的擾動(dòng)所致；④尾部空隙沉降：指盾構(gòu)機(jī)的尾部通過觀測(cè)點(diǎn)正下方之后所產(chǎn)生的沉降或隆起。是盾尾間隙的土體應(yīng)力釋放或注漿加壓而引起土體的彈塑性變形；⑤長(zhǎng)期延續(xù)沉降：指固結(jié)和蠕變殘余變形沉降，主要是地基擾動(dòng)和有效應(yīng)力增大所致在這過程觀測(cè)該觀測(cè)點(diǎn)沉降量隨機(jī)頭位置變化的曲線。本文主要通過不同階段沉降提出控制措施。

圖4 盾構(gòu)施工與沉降位置關(guān)系

3 沉降控制技術(shù)

3.1 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）及房屋調(diào)查報(bào)告、類似地層中成功穿越民房段盾構(gòu)是施工經(jīng)驗(yàn)，確定房屋沉降控制值如下：

表1 建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

3.2 土倉(cāng)壓力控制

盾構(gòu)區(qū)間下穿老舊建筑施工時(shí)，為保證掌子面穩(wěn)定，土倉(cāng)壓力的控制不能低于主動(dòng)土壓力，同時(shí)為防止地面隆起對(duì)建筑物隆起造成損害，土倉(cāng)壓力的控制不能高于被動(dòng)土壓力，應(yīng)盡量控制在靜止土壓力以上。對(duì)此分別計(jì)算主動(dòng)、被動(dòng)、靜止土壓力，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取土倉(cāng)壓力控制值。

（1）主動(dòng)土壓力

（2）被動(dòng)土壓力

刀盤頂部地層被動(dòng)土壓力為：

（3）靜止土壓力

刀盤頂部地層靜止側(cè)向土壓力為：

根據(jù)上述公司分別計(jì)算的主動(dòng)、被動(dòng)、靜止土壓力，最終選取土倉(cāng)壓力控制值為1.2～1.4bar。

3.3 同步注漿

當(dāng)盾構(gòu)下穿老舊建筑施工時(shí)，須確保同步注漿系統(tǒng)有效、漿液供應(yīng)及時(shí)、漿液凝結(jié)時(shí)間及固結(jié)率滿足要求，其中漿液初凝時(shí)間應(yīng)在5～6h以內(nèi)，固結(jié)率約為95%。

管片在盾尾處安裝完成后,管片與土層之間形成14cm的建筑間隙，為減少對(duì)建構(gòu)筑物基礎(chǔ)的損害,需及時(shí)采用漿液材料填充此環(huán)形間隙有利于防止和減少地層變形，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1）同步注漿壓力為0.2～0.3MPa

2）理論注漿量：

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，實(shí)際的注漿量為理論建筑空隙的130%～180%，即最少為5.3～7.2m3。由于通過下穿段處于小半徑曲線（左線350m，右線374m）上，超挖量增大，因此注漿量不得少于5.3m3，掘進(jìn)過程中根據(jù)出渣量和量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整同步注漿量，確保注漿飽滿、填充效果良好。同步注漿速度和盾構(gòu)掘進(jìn)速度協(xié)調(diào)施工，即在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的同時(shí)對(duì)地層空隙同步填充。

3.4 二次注漿

穿越建筑物時(shí)為防止因漿液凝縮空隙造成沉降，以及管片上浮造成管片錯(cuò)臺(tái)，破損，在管片脫出盾尾5～8環(huán)進(jìn)行二次注漿。二次注漿通過吊裝孔或增設(shè)注漿孔進(jìn)行，漿液采用水泥漿漿液，注漿壓力為0.2～0.4Mpa。注漿前需在注漿孔內(nèi)裝入單向逆止閥并鑿穿外側(cè)保護(hù)層，在盾構(gòu)機(jī)右側(cè)設(shè)備橋上放置二次注漿機(jī)進(jìn)行二次注漿。

同時(shí)，為確保同步注漿漿液在達(dá)到一定強(qiáng)度前，管片不因漿液強(qiáng)度不足產(chǎn)生懸浮狀態(tài)而影響隧道整體穩(wěn)定，在下穿段每隔10環(huán)使用二次注漿系統(tǒng)注入水泥水波雙液漿形成止?jié){環(huán)，以確保地層穩(wěn)定。

3.5 小半徑曲線控制

本段區(qū)間下穿過程中為R=350曲線段，下穿時(shí)，通過在盾構(gòu)大刀盤上安裝有保徑刀,能夠進(jìn)行一定程度超挖。在曲線施工時(shí)可根據(jù)隧道軸線情況進(jìn)行部分超挖，超挖量越多，曲線施工越容易。但由于超挖會(huì)使同步注漿漿液因土體的擾動(dòng)進(jìn)入開挖面，加上曲線推進(jìn)時(shí)反力下降的因素，會(huì)產(chǎn)生隧道變形增大的問題。因此，超挖量最好控制在超挖范圍的最小限度內(nèi)。

同時(shí)增大同步注漿量及隧道每掘進(jìn)完成5～8環(huán)，及時(shí)通過管片的預(yù)埋注漿孔對(duì)土體進(jìn)行二次壓注加固,范圍為管片背后2m，在對(duì)下穿段地層加固的同時(shí)，增大轉(zhuǎn)彎外側(cè)土體的剛度，確保轉(zhuǎn)彎的順利。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

針對(duì)盾構(gòu)區(qū)間下穿老舊建筑的情況，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及監(jiān)測(cè)規(guī)范，對(duì)建筑沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提前在房屋四周布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)40個(gè)，具體見圖5。

圖5 監(jiān)測(cè)平面布置圖

監(jiān)測(cè)方法：采用精密電子水準(zhǔn)儀及其相適應(yīng)的銦鋼尺。對(duì)于工作基準(zhǔn)點(diǎn)之間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用附合水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)，水準(zhǔn)儀的觀測(cè)方法采用aBBFF形式。通過在下穿期間對(duì)建筑連續(xù)不間斷的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，最終下穿段監(jiān)測(cè)情況如下：

表2 建筑物監(jiān)測(cè)情況

圖6 建筑物累計(jì)沉降曲線

通過上述對(duì)下穿建筑最大沉降量及累計(jì)值變量區(qū)間，可以得知本次下穿建筑沉降量及差異沉降值均在控制值范圍內(nèi)，其中1、2號(hào)建筑沉降稍大。

1、2號(hào)建筑位于盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入的掘進(jìn)方向的首先穿越段，根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)的五個(gè)沉降階段對(duì)本次沉降較大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖7 JGC3、JGC13點(diǎn)沉降曲線

其中JGC3因前期其他施工擾動(dòng)約有-3mm沉降，本次分析中未考慮。11月12日盾構(gòu)機(jī)臨建建筑物開始施工，根據(jù)沉降曲線可得出第2、3、4階段由于掘進(jìn)過程控制較好，沉降較小，第5階段由于黏土地層沉降滯后性，沉降稍大。后續(xù)掘進(jìn)過程中，通過調(diào)整了二次注漿順序，通過加大同步注漿、少量多次二次注漿的方式，逐漸控制第五階段沉降，后續(xù)建筑沉降較小。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)合肥地鐵1號(hào)線三期工程物流大道站～瑤海公園站盾構(gòu)區(qū)間下穿老舊建筑施工過程掘進(jìn)參數(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出以下結(jié)論：

（1）盾構(gòu)掘進(jìn)過程參數(shù)控制對(duì)地表及建（構(gòu)）筑物影響較大，加強(qiáng)同步注漿及二次注漿的管理能夠有效控制地層及建筑物沉降。

（2）通過選擇合理的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及注漿工藝，可以使土壓平衡盾構(gòu)下穿老舊危險(xiǎn)建筑變形控制在安全范圍內(nèi)。