劉文志

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

近年武漢市的軌道交通建設(shè)一直在有序進(jìn)行，盾構(gòu)法地鐵隧道穿越技術(shù)日趨成熟。地鐵建設(shè)的施工環(huán)境決定了地鐵隧道線路通常在城市既有建筑或道路下方，盾構(gòu)穿越施工極易引起穿越區(qū)間建筑物的不均勻沉降以及傾斜。特別是長穿越區(qū)間高密度棚戶區(qū)時(shí)，由于棚戶區(qū)建筑上部結(jié)構(gòu)多為磚混或磚木結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)多為天然基礎(chǔ)或條形磚基礎(chǔ)，外觀破損嚴(yán)重，大部分存在墻體有裂縫、墻體變形、墻面掉皮等現(xiàn)象，在施工過程中風(fēng)險(xiǎn)較高，因此盾構(gòu)在掘進(jìn)施工過程中要嚴(yán)格控制地表沉降。由于所穿越的建（構(gòu)）筑物面積比較大，所以對地面沉降控制要求高，如何順利通過，盾構(gòu)掘進(jìn)采取何種控制措施，保證建（構(gòu)）筑物沉降滿足現(xiàn)狀要求，是施工的重點(diǎn)[1]。據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時(shí)有效地采取處理措施，控制地表沉降，確保房屋安全，是此類工程的難點(diǎn)之一。

1 工程概況

司門口站～曇華林站盾構(gòu)區(qū)間采用兩臺開挖直徑Φ6.48m的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，自司門口站大里程端頭始發(fā)，穿越楚才社區(qū)16#樓（樁基礎(chǔ)已拔除），然后長距離穿越高密集棚戶區(qū)（穿越總長約580m），到達(dá)曇華林站小里程端頭接收。左線設(shè)兩個(gè)半徑分別為2km和3km的曲線,右線設(shè)三個(gè)半徑分別為2km、1.5km和1km的曲線，線間距11.2m～15.2m。區(qū)間左右線均采用“V”字坡，左右線縱坡最小坡度為2‰，最大坡度為4.8‰。管片外徑6200mm，管片內(nèi)徑5500mm，管片厚度350mm。區(qū)間掘進(jìn)約100米后即穿越得勝橋街棚戶區(qū)，共計(jì)下穿房屋85戶，側(cè)穿房屋116戶，多為磚混和磚木混合結(jié)構(gòu)，絕大部分是在七十年代以前建筑完成的，另外還存在著一些百年老建筑。造成在地下盾構(gòu)施工過程中存在較高風(fēng)險(xiǎn)。該里程段隧道覆土厚度10.5～11.8m。

2 控制措施

2.1 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，應(yīng)參照地質(zhì)情況和地面建筑物的保護(hù)要求，制定具體掘進(jìn)方案，根據(jù)掘進(jìn)方案嚴(yán)格盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)[2]。掘進(jìn)過程中，應(yīng)時(shí)刻掌握盾構(gòu)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況、掘進(jìn)參數(shù)的數(shù)值變化、泥土進(jìn)排情況，及時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，根據(jù)分析出結(jié)果調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，對盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整控制。在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，要嚴(yán)格進(jìn)行現(xiàn)場管理，隨時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)，現(xiàn)場實(shí)際土壓要略大于土壓計(jì)算值。充分利用信息化系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整和修改掘進(jìn)參數(shù)，使土壓力值處于規(guī)定的范圍之內(nèi)[1]：

2.1.1 土的受力值計(jì)算

土的壓力值用朗肯原理公式算得:

計(jì)算得出土壓力理論值。

土的壓力值在施工中通過刀盤和土倉的壓力計(jì)測定，根據(jù)地質(zhì)情況、埋設(shè)深度和地面監(jiān)控量測信息進(jìn)行匯總分析，同時(shí)還要考慮掘進(jìn)過程中，螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)推進(jìn)速度與土壓控制，螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速要滿足土壓平衡。要適時(shí)調(diào)整土壓力到合適數(shù)值、掘進(jìn)速度大小、盾構(gòu)掘進(jìn)力值大小和背后注漿量的多少，要確保地面沉降量控制在合理的范圍內(nèi)。

為達(dá)到在刀盤切入土體后土壓平衡條件，在進(jìn)入加固區(qū)，開始建立土壓。根據(jù)朗肯原理及在相關(guān)地層掘進(jìn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)得出的土壓力為1.0～1.2MPa之間。

2.1.2 刀盤速度

在掘進(jìn)過程中，刀盤要根據(jù)不同的地質(zhì)情況選擇適宜的轉(zhuǎn)速，在掘進(jìn)速度相同的前提下，機(jī)器轉(zhuǎn)速的高低將直接影響錐入度的大小，從而可能影響盾構(gòu)機(jī)扭矩的大小。如果在推進(jìn)過程中刀盤轉(zhuǎn)速過大，可能將會引起刀盤刀具的磨損速度過快，并且高轉(zhuǎn)速還加大對地層造成擾動，為減少刀盤對地面的影響，刀盤轉(zhuǎn)速不易過快，盾構(gòu)機(jī)施工到棚戶區(qū)地下的刀盤速度應(yīng)控制在0.8rpm和1.2rpm之間。

2.1.3 開挖速度控制

為保證盾構(gòu)機(jī)能對土體進(jìn)行正常切削，防止推進(jìn)軸線偏位、刀盤磨損加快，在始發(fā)時(shí)不易以較快速度推進(jìn)，應(yīng)使盾構(gòu)機(jī)在保持緩慢穩(wěn)步中推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)全部進(jìn)入加固區(qū)域后的開挖速度應(yīng)控制在5～10mm/min，只有在盾構(gòu)機(jī)全部脫離加固區(qū)域后，才可以逐步增加推進(jìn)速度到30mm/min。

2.1.4 刀盤扭矩

刀盤在穿越棚戶區(qū)時(shí)，扭矩應(yīng)控制在2000KN/m。因?yàn)樵谙嗤牡刭|(zhì)情況下，錐入度越大扭矩就越大，所以在錐入度、速度等掘進(jìn)參數(shù)一定時(shí)，當(dāng)扭矩出現(xiàn)明顯增大時(shí)，我們就要考慮到刀具磨損情況是否嚴(yán)重，如果刀具的磨損是直接造成扭矩明顯增大的原因，此時(shí)需關(guān)掉盾構(gòu)機(jī)查看刀具磨損情況[3]。

2.2 盾體和土體間隙填充克泥效

2.2.1 調(diào)整最佳克泥效配比。

克泥效使用方法是將高濃度的泥水材料（克泥效水溶液，常用濃度為380～420KG/m3）與塑強(qiáng)調(diào)整劑（水玻璃40be）兩種液體分別通過配管壓送到盾體徑向孔處，再將該兩種液體以體積為20：1的比例混合，形成高黏度塑性具有支撐力擋水性膠體后，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程時(shí)所引起的第三階段沉降，輔助第四階段沉降控制[2]。

2.2.2 選擇合適注入孔。盾構(gòu)機(jī)開挖直徑為6.48m，盾尾直徑為6.39m。注入孔點(diǎn)位布置在前盾徑向孔處。按以往經(jīng)驗(yàn)，該尺寸盾構(gòu)機(jī)在11點(diǎn)～1點(diǎn)區(qū)間任意一點(diǎn)注入均可保證上方2/3圓填充密度。

2.2.3 優(yōu)化施工工藝。

盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)源前要在第十環(huán)前開始，通過從盾構(gòu)機(jī)中間位置的徑向孔處同步注入克泥效溶液，及時(shí)填充盾構(gòu)施工過程中超挖部分，具體施工過程中要根據(jù)盾構(gòu)機(jī)上方地面的下沉量隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整?？四嘈У淖⑷朦c(diǎn)的位置是11點(diǎn)到1點(diǎn)鐘之間，由于克泥效有良好的流動性，小盾構(gòu)可以只需要單點(diǎn)注入。在克泥效的注入過程中，也會向盾體周圍的地層中滲透一部分溶液，這樣就形成了泥膜，可以有效的減少同步注漿的漿液向土層中滲透量[4]。

2.3 同步注漿質(zhì)量控制

2.3.1 注漿材料

同步注漿材料為水泥砂漿，此材料具有強(qiáng)度高、耐久性好、粘結(jié)力強(qiáng)和防水效果好等特點(diǎn)。

2.3.2 漿液配合比及主要物理力學(xué)指標(biāo)

同步注漿材料應(yīng)具有較好的流動性和抗水分散性。凝結(jié)時(shí)間長短應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件確定，并與掘進(jìn)速度和注漿作業(yè)功效相適應(yīng)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。終凝一般不超過6小時(shí)，使早期強(qiáng)度得到提高，以便注漿取得良好效果。注漿材料的1天強(qiáng)度應(yīng)不小于0.2mPa，28天強(qiáng)度值應(yīng)等于或大于1.0mPa。確定盾構(gòu)機(jī)穿越棚戶區(qū)地段的同步注漿配合比。

2.3.3 注漿壓力

為確保能對環(huán)向空隙的進(jìn)行充分的填充，不留空隙，同時(shí)又能保證管片結(jié)構(gòu)不會因注漿壓力而產(chǎn)生變形和損壞，借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，注漿壓力應(yīng)設(shè)定為0.2～0.3MPa，再根據(jù)推進(jìn)過程的實(shí)際情況不斷進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

2.3.4 注漿量

盾構(gòu)機(jī)開挖半徑與管片外徑之間形成3.57m3/環(huán)的空隙，參照以前施工的工藝參數(shù)，盾構(gòu)穿越棚戶區(qū)地段同步注漿量填充系數(shù)應(yīng)在150%～200%范圍內(nèi)。還應(yīng)同時(shí)考慮覆蓋土較淺，并且還有盾構(gòu)機(jī)的上浮影響，這樣盾構(gòu)機(jī)上部和底部注漿量都應(yīng)按2:1控制。在進(jìn)行曲線段施工時(shí)，曲線段內(nèi)側(cè)的注漿量要小于外側(cè)的注漿量[3]。

2.3.5 注漿速度

在確定同步注漿速度時(shí)，應(yīng)先確定與掘進(jìn)速度相適應(yīng)，且應(yīng)按盾構(gòu)機(jī)完成推進(jìn)一環(huán)1.5m，正好是當(dāng)環(huán)注漿同時(shí)完成來確定它的注漿速度。

2.3.6 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

通過采用注漿量和注漿壓力兩個(gè)指標(biāo)來判斷注漿是否結(jié)束，當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%以上同時(shí)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)結(jié)束注漿。

2.3.7 注漿混合料質(zhì)量檢驗(yàn)

檢驗(yàn)數(shù)量：所有完成環(huán)同步砂漿進(jìn)行檢測。

檢驗(yàn)方法：檢查原材料質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、出廠合格證、檢測報(bào)告、計(jì)量方法和注漿記錄。

檢測儀器：漿液稠度用稠度儀檢測，漿液初凝時(shí)間及結(jié)石率用量筒檢驗(yàn)。

2.3.8 同步注漿效果檢驗(yàn)

注漿結(jié)束后，及時(shí)采用超聲波探測法和地質(zhì)雷達(dá)法對注漿質(zhì)量進(jìn)行檢測，對不符合要求的部位，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充注漿。對于物探檢測異常部位，可采用鉆孔法來破檢進(jìn)行驗(yàn)證，鉆孔時(shí)要注意主筋位置，且鉆孔位置距離管片接縫的距離不應(yīng)小于0.6m[4-5]。

3 監(jiān)控量測措施

監(jiān)測是能直接反映施工情況，也是隧道施工中對重要建筑物進(jìn)行保護(hù)的重要手段。通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的反饋分析，可以判斷當(dāng)前的施工方案是否可行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，并為采取有效的應(yīng)對措施提供基本信息，指導(dǎo)工程安全順利完成。

應(yīng)對地層表面建筑物進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)控量測工作。所以在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，應(yīng)對受施工影響的地表建筑物實(shí)時(shí)沉降監(jiān)測、傾斜監(jiān)測、不均勻沉降監(jiān)測和建筑物裂縫開展監(jiān)測等，然后對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，根據(jù)匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再根據(jù)分析結(jié)果，對建筑物的安全隱患進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，實(shí)行動態(tài)管理。還可以根據(jù)地面監(jiān)控量測取得的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)施工，隨時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)施工中所需的各項(xiàng)參數(shù)。同時(shí)在進(jìn)行監(jiān)測的情況下，也可以根據(jù)地表起伏狀況及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)速度和注漿壓力[5]。

在監(jiān)控量測過程中，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)立即停止施工，并對建筑物進(jìn)行評估,如果評估存在不安全因素，這時(shí)要及時(shí)進(jìn)行拆除。

3.1 盾構(gòu)隧道掘進(jìn)時(shí)監(jiān)測內(nèi)容

（1）地面沉降；（2）建（構(gòu)）筑物沉降與傾斜；（3）建（構(gòu)）筑物裂縫寬度；（4）建（構(gòu)）筑物附近的既有管線監(jiān)測；（5）盾構(gòu)隧道的收斂、沉降等

3.2 監(jiān)測頻率

表3.2-1 監(jiān)測頻率

監(jiān)測部位監(jiān)測對象開挖面到監(jiān)測點(diǎn)或監(jiān)測斷面的距離檢測頻率

開挖面前方周圍土體和周邊環(huán)境 8D～5D 1次/3d

5D～3D 1次/2d

≤3D 1次/1d

開挖面后方管片結(jié)構(gòu)、周圍地層和周邊環(huán)境 ≤3D 1-2次/1d

3D～8D 1次/1d

＞8D 1次/3～7d

注：D——盾構(gòu)法隧道開挖直接；監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測頻率為1～2次/月

4 結(jié)束語

本工程的施工原則為“精細(xì)化控制、平穩(wěn)中推進(jìn)、拼裝快速、禁止停機(jī)、一次通過”；主旨是嚴(yán)控地表沉降；宗旨是確保工程范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物安全。通過加強(qiáng)監(jiān)測，嚴(yán)格控制土倉壓力、刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度等參數(shù)，重點(diǎn)采用克泥效工藝，并且把控同步注漿量，及時(shí)進(jìn)行二次注漿，必要時(shí)采取地面加固措施，提前籌劃應(yīng)急預(yù)案等措施達(dá)到既定目標(biāo)。