張海洋

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100018）

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷加速，大眾出行方式的多樣化，近幾年城市軌道交通建設(shè)得到了大力發(fā)展。然而在某些大城市地區(qū)，軌道建設(shè)常常遇到巖溶問題，尤其是盾構(gòu)下穿巖溶地區(qū)既有的眾多建筑物，給盾構(gòu)施工帶來巨大挑戰(zhàn)。盾構(gòu)隧道施工不可避免地會對附近巖土體產(chǎn)生擾動，溶土洞、溶蝕裂隙等的存在，更容易引起周圍巖土體地基出現(xiàn)承載力不足、地表塌陷，甚至危害建筑物安全的不良地質(zhì)現(xiàn)象[1,2]。因此，盾構(gòu)下穿巖溶地區(qū)既有建筑物時需要嚴格控制地表及地基建筑物的沉降和變形，避免因盾構(gòu)機對土體擾動過大而影響建筑物安全是盾構(gòu)施工中的重難點。

目前，針對建筑物不均勻沉降問題，我國常用注漿法對巖溶地基進行加固[3-5]。通過注漿方式既可封存地下水又可阻止巖溶繼續(xù)發(fā)育，加固破碎巖體，是近年來在巖溶區(qū)不斷修建鐵路、公路、隧道以及房建等主要采用的巖溶地基處理方法[6]。

深圳地鐵16號線之回龍埔站至數(shù)碼城站處于巖溶區(qū)域，工程建設(shè)中盾構(gòu)區(qū)間需下穿新大新家居廣場和家樂園裝飾材料大超市，涉及下穿條形基礎(chǔ)房屋，本文就該段工程的安全施工方法進行研究，為相關(guān)技術(shù)人員提供經(jīng)驗參考。

1 工程概況

深圳市軌道交通16號線回龍埔站-數(shù)碼城站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，其中以R=360m的半徑下穿新大新家居廣場、家樂園裝飾材料大超市等建構(gòu)筑物。區(qū)間穿越的建構(gòu)筑物地層主要有：31-4-12微風(fēng)化灰?guī)r、30-1-3全風(fēng)化砂巖、30-2-3強風(fēng)化砂巖、8-3-3粉質(zhì)黏土、8-4-4含粉質(zhì)黏土碎石、9（9-1、9-2）溶洞。區(qū)間最小覆土7.9m，最大覆土14.0m。各地層的物理力學(xué)性能見表1。

表1 盾構(gòu)下穿地層的物理力學(xué)性能

回龍埔站-數(shù)碼城站區(qū)間巖溶發(fā)育強烈，鉆孔見洞率59.51%，總線巖溶率為15.18%。該區(qū)間下穿新大新家居廣場及家樂園裝飾材料大超市位置無溶洞。

2 盾構(gòu)下穿期間的監(jiān)測方案及指標(biāo)控制

2.1 建筑物監(jiān)測方案及監(jiān)測點布置情況

盾構(gòu)下穿巖溶地區(qū)既有建筑物期間，隧道上方地表以及建筑物不可避免地發(fā)生沉降變形現(xiàn)象，對建筑物安全存在極大威脅。因此有必要布置監(jiān)測點，對隧道地表沉降和建筑物沉降變形進行監(jiān)測，嚴格控制地表沉降，保護建筑物安全。

隧道地表沉降觀測：分別沿隧道中心兩側(cè)30 m左右范圍布設(shè)觀測點，橫向點位5 m，隧道頂部正上方適當(dāng)加密。沿隧道縱向每10 m左右布置一條橫測線，共布置18個斷面。

周邊建構(gòu)筑物監(jiān)測：包括沉降監(jiān)測和傾斜監(jiān)測。根據(jù)周圍建筑物的具體情況和位置，布置沉降和水平位移測點。建筑物的測點布置在主要結(jié)構(gòu)處，主要為外墻四角和受力結(jié)構(gòu)柱處，測點布置間距為10~15m，每側(cè)不少于3個監(jiān)測點。

2.2 盾構(gòu)下穿期間沉降控制目標(biāo)

為準(zhǔn)確分析盾構(gòu)在穿越房屋過程中對地表及建筑物的影響情況，將穿越過程分為三個階段，即：刀盤即將進入建筑物下方到盾尾完全進入建筑物下方的沉降指標(biāo)控制、盾構(gòu)整體穿越建筑物時的沉降指標(biāo)控制、盾尾脫出建筑物后的沉降指標(biāo)控制。

（1）從刀盤進入建筑物下方開始到管片拖出盾尾，此階段日沉降量控制目標(biāo)在0.5～1.0mm/d，累計沉降控制在2.0mm。

（2）從盾構(gòu)整體穿越建筑物過程中地面累計沉降控制在16mm以內(nèi)，日沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為2mm/d。該階段主要通過調(diào)整盾構(gòu)掘進過程中的掘進參數(shù)，減少對周圍土體擾動，降低后期固結(jié)帶來的風(fēng)險。此階段一旦出現(xiàn)沉降量過大的情況，可充分利用雙液漿凝固時間短、注漿壓力可控的特點，組織實施管片后多點、多次注漿，并實時監(jiān)測地面沉降滿足要求后方可停止補漿，然后進行下一環(huán)的掘進施工。

（3）盾構(gòu)機盾尾脫出建筑物后地面累計沉降量控制標(biāo)準(zhǔn)在20 mm以內(nèi)，日沉降量控制目標(biāo)為2mm/d。此階段主要沉降為盾尾拖出間隙導(dǎo)致的建筑物及地表沉降，以及盾構(gòu)擾動土體帶來的固結(jié)沉降為主，主要通過二次注漿減小沉降所帶來的影響，如超出沉降控制指標(biāo)須采取地面跟蹤注漿減少沉降量。

3 盾構(gòu)下穿施工及加固措施

3.1 前期準(zhǔn)備

（1）盾構(gòu)機選型。選用ZTE6410型復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機，通過相關(guān)審查滿足區(qū)間盾構(gòu)掘進施工要求。

（2）管片注漿孔布置。下穿區(qū)段使用Ⅱ型管片（加強型配筋）且為增設(shè)注漿孔管片，每環(huán)管片共16個注漿孔，其中原有6個注漿兼做吊裝孔使用，如圖1所示。

圖1 管片注漿孔布置

（3）試驗段設(shè)置。選取地質(zhì)相似的地層作為試驗段收集土倉壓力、推進速度、總推力、排土量、刀盤轉(zhuǎn)速和扭矩、注漿壓力和注漿量、盾尾油脂注入量等重要參數(shù)，對各種參數(shù)及功能分階段進行測試。盾構(gòu)在刀盤剛進入結(jié)構(gòu)下方時，盾構(gòu)機整體穿越建筑物時以及盾尾脫出建筑物過程中，為保證穿越過程中土體的穩(wěn)定性及房屋的安全性，將依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和房屋結(jié)構(gòu)情況對注漿壓力、注漿量進行調(diào)整。

3.2 下穿期間主要參數(shù)控制

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，盾構(gòu)施工控制沉降主要是通過同步注漿、二次注漿及盾構(gòu)機相關(guān)姿態(tài)和參數(shù)的控制來降低施工過程中所可能遇到的風(fēng)險，本段穿越主要通過以下幾種方式：

（1）土壓力控制。盾構(gòu)穿越8-3-3粉質(zhì)黏土層，穿越地段埋深13.6 m，則土壓力控制范圍為1.5 bar左右。

（2）出土量控制。管片寬度為1.5 m，經(jīng)計算每環(huán)理論土方為48.8 m3，粉質(zhì)黏土層考慮松散系數(shù)1.3，則每環(huán)出土量將控制在63.5 m3每環(huán)。

（3）同步注漿控制。一套同步注漿設(shè)備，包括2個雙活塞注漿泵（共有4個獨立壓力出口），儲漿罐最大容量為8 m3，每個雙活塞泵的最大輸出10 m3/h。每環(huán)（1.5m）注漿量Q=4.64～6.43 m3，確保注入率不低于130%，終止注漿壓力在0.35 MPa左右。注漿采用壓力與注漿方量雙控，確保壁后空隙填充飽滿，減少地面沉降。同步注漿漿液初凝時間控制在6h左右，其配合比及性能指標(biāo)如表2所示。

表2 每立方漿液材料用量

（4）刀盤轉(zhuǎn)速和推力控制。針對回龍埔-數(shù)碼城站區(qū)間地質(zhì)特點，總推力控制在800～1200t左右，減少對周邊土層的擾動。刀盤轉(zhuǎn)速1.2～1.5 r/min，以減小對周圍地層的擾動。

（5）掘進速度控制。為保證同步注漿的效果，掘進速度嚴格控制在40 mm/min左右。

（6）同時還將采取二次注漿控制、糾偏控制及盾尾防漏等措施。

3.3 地面注漿加固

盾構(gòu)掘進過程中，土體受到盾構(gòu)機擾動，其抗剪強度和粘聚力降低，地表變形、沉降，使建筑物受到影響，甚至破壞。因此，在盾構(gòu)下穿既有建筑物期間，沿線建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)達到報警值時，須采取預(yù)注漿和跟蹤注漿的措施，減少建筑物的變形。

為了控制地面沉降以及建筑物變形，在盾構(gòu)下穿期間采用鋼花管注漿加固，其施工工藝如圖2所示。盾構(gòu)下穿建筑物時，在建筑物四周布置注漿孔；盾構(gòu)側(cè)穿建筑物時，在盾構(gòu)正上方布置注漿孔，隧道以外范圍根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果布置注漿孔。注漿孔斜插或直插深入建筑物條形基礎(chǔ)下，注漿孔間距1m，單排布置。成孔直徑50mm，注漿采用單液漿，注漿壓力為0.5～0.8MPa。

圖2 鋼花管注漿施工工藝流程圖

4 監(jiān)測沉降分析

回龍埔-數(shù)碼城站區(qū)間盾構(gòu)于2020年10月22日至10月31日右線完成新大新、家樂園建筑物穿越工作，11月4日至11月8日區(qū)間左線完成新大新、家樂園建筑物穿越工作。盾構(gòu)始發(fā)前，針對區(qū)間溶洞需進行處理并按照相關(guān)要求進行抽芯和壓水試驗，相關(guān)試驗結(jié)果表明溶洞處理達到設(shè)計要求。

4.1 沉降分析

盾構(gòu)穿越巖溶地區(qū)既有建筑物時，建筑物累計最大變化量位于JC2-8測點，最大沉降量為14.20 mm；地表沉降累計最大變化量位于右線處的YD5100-5測點，地表最大沉降量為23.19 mm。盾構(gòu)下穿既有建筑物時，地表以及建筑物部分測點出現(xiàn)微隆起，而大部分測點的沉降具有階段性，符合盾構(gòu)掘進沉降規(guī)律。從下穿到施工完成，地表以及建筑物的沉降變形仍在允許范圍內(nèi)，可見盾構(gòu)掘進參數(shù)選擇恰當(dāng)，地面注漿加固控制效果明顯，極大地保護了建筑物的安全。

左線穿越過程中，由于左、右線穿越間隔時間較短，左線穿越過程中所產(chǎn)生的沉降明顯大于右線穿越過程中所產(chǎn)生的沉降。主要是由于右線盾構(gòu)先行穿越所擾動的土體，降低了土體的抗剪強度，從而導(dǎo)致房屋及地表發(fā)生沉降。而左線，擾動后的土體尚未固結(jié)完成，再次遭受擾動，加大了土體抗剪強度的衰減，所以建筑物及地表沉降明顯大于右線穿越所產(chǎn)生的沉降。

根據(jù)分析可知，盾構(gòu)下穿施工時對新大新家居廣場以及家樂園裝飾材料大超市影響不大，監(jiān)測結(jié)果值小于設(shè)計及業(yè)主單位要求值。

4.2 施工分析

在從區(qū)間刀盤即將進入建筑物下方到盾尾完全進入建筑物下方這段時間里，刀盤推力控制在10000kN，刀盤扭矩控制2100～2500kN·m，建筑物整體沉降符合施工要求。在盾構(gòu)機穿越建筑物的過程中，降低刀盤推力和扭矩，減少對周圍土體的擾動，使得建筑物及地表監(jiān)測數(shù)據(jù)符合相關(guān)要求，建筑物整體能夠安全使用。在盾尾脫出后，盾構(gòu)機按常規(guī)地層掘進參數(shù)進行掘進，需加大二次注漿量減少土體固結(jié)沉降所帶來的建筑物沉降。在區(qū)間左線再次穿越建筑物過程中，將盾構(gòu)機總推力降低、刀盤扭矩降低，加大土壓倉壓力、增加盾尾油脂使用量，確保盾構(gòu)自身掘進安全，同時確保建筑物結(jié)構(gòu)安全。

從施工監(jiān)測和過程控制來看，盾構(gòu)機下穿條形基礎(chǔ)建筑物，關(guān)系到盾構(gòu)施工安全及建筑物結(jié)構(gòu)的安全，可通過調(diào)整盾構(gòu)機總推力、刀盤扭矩、土壓倉壓力、盾尾油脂使用量來確保。

5 結(jié)束語

該工程實踐得出以下結(jié)論：（1）盾構(gòu)機始發(fā)前需對地下溶洞進行處理，可有效降低因溶洞未處理或處理不當(dāng)而帶來的風(fēng)險。（2）盾構(gòu)掘進參數(shù)控制是盾構(gòu)下穿巖溶地區(qū)既有建筑物安全施工的關(guān)鍵，正式下穿前應(yīng)根據(jù)下穿的地層特點通過試驗段測試確定，掌握盾構(gòu)掘進參數(shù)與地表沉降的變化規(guī)律，為指導(dǎo)穿越建構(gòu)筑物盾構(gòu)機掘進的各項參數(shù)設(shè)定提供依據(jù)，滿足沉降量的控制要求。（3）盾構(gòu)穿越過程中二次穿越所帶來的沉降將增大，應(yīng)及時采取相應(yīng)的施工措施防止固結(jié)沉降的持續(xù)增加。（4）盾構(gòu)機下穿條形基礎(chǔ)建筑時，可通過調(diào)整盾構(gòu)機總推力、刀盤扭矩、土壓倉壓力、盾尾油脂厚度等措施保證盾構(gòu)自身安全及建筑物結(jié)構(gòu)安全。（5）施工過程中，應(yīng)加強信息化施工監(jiān)測，運用科學(xué)的監(jiān)測手段，做到實時全面同步監(jiān)測。

深圳地鐵16號線回龍埔站-數(shù)碼城站區(qū)間左右線盾構(gòu)機順利下穿新大新家居廣場、家樂園裝飾材料大超市以及深圳標(biāo)恒福特4S店等建筑物。下穿后既有建筑物沉降變形均在可控范圍內(nèi)，地面無開裂、隆起等問題，達到了盾構(gòu)施工安全、不影響既有建筑物的施工要求。該項目取得的施工經(jīng)驗為類似工程施工提供了重要參考價值。