摘要：盾構(gòu)機下穿既有建筑物施工不當，可能會引發(fā)地面沉降以及建筑傾倒等現(xiàn)象。以廣州市某地鐵盾構(gòu)下穿既有建筑物施工為例，介紹該項目軟土地層的地質(zhì)背景，對盾構(gòu)下穿施工的難點進行分析，再對變形控制的施工技術(shù)措施進行探討，通過下穿建筑物前準備、房屋注漿加固、盾構(gòu)掘進精細控制、防刀盤結(jié)泥餅、地表建筑物監(jiān)測等多種技術(shù)措施，保障該區(qū)間隧道上方建筑物的安全穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：軟土地層；下穿建筑物；注漿加固；結(jié)泥餅

0" "引言

盾構(gòu)機下穿既有建筑物施工不當，可能會引發(fā)地面沉降以及建筑傾倒等現(xiàn)象，嚴重影響居民生活及地鐵隧道質(zhì)量[1-2]。目前，眾多學(xué)者對盾構(gòu)施工中下穿建筑物的安全問題及控制方法進行研究，并取得一定的成果。

陳攀[3]研究了小半徑曲線盾構(gòu)下穿施工對既有建筑物的擾動影響，通過有限元建模及現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，分析了既有建筑物的應(yīng)力應(yīng)變特征。李佳朋[4]研究了盾構(gòu)下穿建筑群的相關(guān)力學(xué)行為，通過數(shù)值模擬方法及現(xiàn)場監(jiān)測，分析了地表及地表建筑物的縱、橫向變形規(guī)律。

本文以某地鐵盾構(gòu)下穿既有建筑物施工為例，介紹該項目的工程地質(zhì)條件，對施工中的難點問題進行分析，盾構(gòu)下穿施工中采取相關(guān)技術(shù)措施，保障了該區(qū)域既有建筑物的安全穩(wěn)定，同時保證了地鐵盾構(gòu)施工的質(zhì)量與進度。

1" "工程概況

某地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道全線長688m，從出入場始發(fā)井始發(fā)后，下穿多個民房建筑物集中區(qū)進入接收井。區(qū)間隧道上方的建筑物密集，主要為民房，巷道狹窄，房屋注漿加固實施困難。

建筑基礎(chǔ)包括天然淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，天然基礎(chǔ)埋深不大，樁基礎(chǔ)房屋基礎(chǔ)深度10～13m。下穿的既有建筑物中有15棟建筑物的樁基侵入隧道，隧道埋深6.9～20.2m，侵入隧道的樁長1.5～5.4m。

隧道圍巖主要為軟弱淤泥質(zhì)地層，地層強度低、土質(zhì)不均勻、地基穩(wěn)定性差、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，施工區(qū)的地建筑物分布情況復(fù)雜，發(fā)育的潛在不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害主要為地面沉降、地面塌陷等。

綜合各方面因素最終決定采用泥水盾構(gòu)施工。針對隧道上方建筑物進行安全性評價后制定了臨遷方案，施工時采取有效措施來控制地面及建筑物沉降，同時做好應(yīng)急處理辦法。

2" "工程地質(zhì)條件

2.1" "地層巖性

盾構(gòu)隧道穿越地層變化較大，自上而下分別為第四系全新統(tǒng)人工填土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化-中風(fēng)化粗砂巖、強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖等。人工填土包括雜填土和素填土，厚度為0.4～6.0m，素填土主要為黏性土與砂土回填組成，雜填土成分復(fù)雜。穿越的人工填土、淤泥、粉質(zhì)黏土等軟土地層占比較高，尤其在淺部廣泛發(fā)育，具有孔隙率大、透水性強、地基承載力低等特征。隧道基本圍巖分級為Ⅳ級、Ⅴ級、Ⅵ級，圍巖強度低、穩(wěn)定性差，因此建議對盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)的民房采取有效保護措施。

2.2" "水文地質(zhì)

施工場地為海陸交互沖積平原地貌，地下水賦存形式主要為第四系土層孔隙水與基巖裂隙水，其中基巖裂隙水受基巖風(fēng)化及裂隙發(fā)育產(chǎn)狀的影響較大，呈現(xiàn)出不均勻的分布特征。

區(qū)間隧道沿線大部分地段的地下水埋深較淺，穩(wěn)定水位埋深在0.4～4.2m之間，水位與補、徑、排條件密切相關(guān)，在雨季時水位明顯上升，雨量減少時水位隨之下降，年變化幅度為1.0～1.5m。土的易溶鹽分析及水質(zhì)分析結(jié)果顯示，區(qū)域地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋具有微腐蝕性。

3" "施工難點分析

3.1" "盾構(gòu)施工易引發(fā)地層不均勻沉降

區(qū)間隧道圍巖以軟土為主，部分區(qū)段隧道埋深僅為3.5～6.0m，不足1倍洞涇。隧道埋深較淺，失水后沉降變化大，盾構(gòu)施工極易引發(fā)地層不均勻沉降甚至房屋傾倒的危險。

具體施工風(fēng)險包含：①地基承載力弱，磨樁過程中樁背面反支撐力弱，易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，受樁基阻擋的影響刀盤在掌子面無規(guī)律運動，不能準確控制出土量，從而導(dǎo)致地面出現(xiàn)不均勻沉降及房屋變形的風(fēng)險。②部分樁基強度高，樁內(nèi)鋼筋會對刀盤產(chǎn)生纏繞，因此切樁過程對刀具有較大損傷，刀圈易失效。③磨樁時部分長鋼筋不能被排出，一旦纏繞在刀盤或卡在排漿口格柵，需要人工帶壓進倉處理。

開挖面以上地層巖性主要為海陸交互淤泥質(zhì)土及粉質(zhì)黏土，含水率高，自穩(wěn)性差且沉降難以控制，詳勘后可知有機質(zhì)含量約為4.35%，PH為7.10，塑性指數(shù)10.2～16.5。高有機質(zhì)及高塑性指數(shù)會對攪拌樁等地基處理方法產(chǎn)生不利影響。軟土自穩(wěn)性差且敏感性強，為此盾構(gòu)施工時，要控制好機倉內(nèi)壓力及注漿壓力，防止因壓力變化引發(fā)圍巖位移，從而導(dǎo)致地表沉降或隆起。

3.2" "下穿建筑物易引發(fā)房屋開裂、倒塌

該地鐵盾構(gòu)隧道下穿多處房屋密集區(qū)，房屋基礎(chǔ)形式多為條形基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。15棟房屋共計有82根樁基侵入隧道，樁長為10～12m，侵入隧道3～7m，樁基形式為灌注樁與預(yù)制管樁，多處于軟土地層中，拱頂埋深4.6～7.5m，磨樁風(fēng)險高。

現(xiàn)場踏勘后發(fā)現(xiàn)，房屋均不具備拆遷或拔樁條件，在盾構(gòu)下穿房屋時所造成的地層擾動，極易引發(fā)地面房屋發(fā)生傾斜、開裂、倒塌等事故，危及周邊居民的生命及財產(chǎn)安全，因此全部做臨遷處理。

村道狹窄存在較大安全隱患，施工中發(fā)生險情時救援物資不能及時到達。對隧道沿線的建筑物應(yīng)采取以施工監(jiān)測為依據(jù)、施工控制為主、地層加固為輔助的處理措施，并根據(jù)建筑物實際情況及沉降監(jiān)測的信息，及時進行補償跟蹤注漿。

3.3" "黏土地層易結(jié)泥餅

區(qū)間隧道主要穿越淤泥、粉質(zhì)黏土、強-中風(fēng)化粗砂巖等巖性，其中粉質(zhì)黏土約占地層50%。在該地層進行盾構(gòu)施工時，刀盤前及倉內(nèi)中心區(qū)域易結(jié)泥餅，導(dǎo)致盾構(gòu)機刀盤扭矩增大、刀具偏磨失效等問題，嚴重時會出現(xiàn)堵管及地面不均勻沉降問題。

4" "關(guān)鍵施工技術(shù)應(yīng)用

盾構(gòu)區(qū)間共下穿117棟房屋，有15棟的樁基侵入隧道內(nèi)，施工風(fēng)險大，優(yōu)先考慮拆遷后盾構(gòu)通過，經(jīng)過實地踏勘發(fā)現(xiàn)難以進行拆遷，因此施工中遵循以下原則：

樁基侵入隧道的15棟房屋均采用臨遷+加固注漿的方法，施工前在房屋周邊預(yù)埋袖閥或鉆注一體機注雙液漿進行預(yù)加固，對于房屋內(nèi)部盡量采用鉆注一體機進行雙液漿預(yù)加固。盾構(gòu)施工中及施工后根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)地面沉降或房屋變形情況，則采用鉆注一體機進行填充注漿。

盾構(gòu)施工時，對影響范圍內(nèi)的房屋進行封閉管理，房屋內(nèi)部采取盤扣臨時支頂體系，支架四周布置豎向斜拉桿，底層和頂層設(shè)置橫向斜拉桿或鋼管剪刀撐。

4.1" "下穿建筑物前準備

施工中遵循“房屋全部做臨遷處理，盾構(gòu)機先穿越后處理”的原則。具體措施包含：

①施工前對隧道影響范圍內(nèi)淺基礎(chǔ)房屋采取臨遷措施，盾構(gòu)施工中加強監(jiān)測，提前對房屋進行注漿加固保護。②施工前對隧道影響范圍進行補充勘察，勘探范圍應(yīng)到達結(jié)構(gòu)底板以下不小于2m，充分探明施工場地的工程地質(zhì)條件。③根據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)合以往施工經(jīng)驗制定盾構(gòu)掘進參數(shù)，施工時嚴禁超挖、減少糾偏，以降低對圍巖的擾動。④臨遷期間組織專門人員24h巡視，避免房屋附近有人員逗留，下穿前對房屋周邊30m范圍進行封閉管理。

4.2" "對房屋進行注漿加固

盾構(gòu)施工之前，房屋周邊應(yīng)預(yù)埋袖閥管或采取鉆注一體機雙液漿進行預(yù)加固，房屋內(nèi)部用鉆注一體機雙液漿預(yù)加固。樁基侵入隧道的房屋周圍預(yù)埋袖閥管袖閥管，沿房屋靠近隧道側(cè)2.0m處布置一排，間距1.2m，與地面成一定角度斜打。

袖閥管注漿時，水泥漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取0.6～1.0，根據(jù)實際需要可加入適量的外加劑。劈裂注漿壓力取2MPa左右，自下而上分段進行注漿，壓力自下而上逐漸降低。注漿量應(yīng)該根據(jù)具體地質(zhì)、地表檢測、注漿壓力等實際情況確定，當注漿壓力超過0.5MPa或地面冒漿時即可向上拔管50cm進行下一段區(qū)域注漿。

4.3" "對盾構(gòu)掘進進行精細控制

本項目采用間接控制式泥水平衡盾構(gòu)機。該盾構(gòu)機采用典型的復(fù)合式刀盤，通過在刀盤上換裝盤型滾刀或齒刀，使其能在軟土隧道、軟巖隧道及硬巖隧道中均能保持工作。盾構(gòu)下穿時應(yīng)連續(xù)勻速通過，避免在房屋下方停機。

磨樁時應(yīng)優(yōu)化掘進參數(shù)降低貫入度，避免出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。樁基侵入隧道的地段施工時應(yīng)降低貫入度、控制掘進速度。磨樁時刀盤轉(zhuǎn)速為1.6～1.8r/min，貫入度為3～5mm/r，掘進速度為5～10mm/min，泥漿比重為1.0～1.2，泥倉壓力為0.08～0.1MPa，保持勻速磨樁，嚴防斷樁現(xiàn)象。

軟弱地層對脫出盾尾3～5環(huán)管片位置進行二次注漿，每次注漿量為0.5～1m3，每間隔10～15環(huán)做一次止?jié){環(huán)。根據(jù)地面監(jiān)測數(shù)據(jù)及隧道漏水情況進行二次注漿，注漿位置為盾尾后5～7環(huán)，每次注漿量為0.5～1m3，每間隔10～15環(huán)做一次止?jié){環(huán)。

部分區(qū)段隧道埋深較淺，且為軟弱淤泥質(zhì)地層，盾構(gòu)施工時應(yīng)適當調(diào)整掘進參數(shù)。具體如下：減小切口水壓，防止擊穿覆土。降低注漿壓力，并保證同步注漿量，及時進行二次注漿穩(wěn)定上覆土。通過控制液壓缸行程、壓力機推進速度，嚴格控制盾構(gòu)姿態(tài)，再根據(jù)檢測結(jié)果進行調(diào)整糾偏，保證盾構(gòu)機姿態(tài)穩(wěn)定。

4.4" "防止刀盤結(jié)泥餅

該盾構(gòu)隧道穿越的粉質(zhì)黏土地層約占總體的一半，施工中在刀盤前及倉內(nèi)中心區(qū)域容易板結(jié)成泥餅，嚴重影響施工效率和安全。為防止該問題出現(xiàn)采取以下措施：對盾構(gòu)機單盤刀具配置進行調(diào)整，根據(jù)區(qū)間巖層分布及巖層物理性能情況，對刀具制定兩種配置方案。一是始發(fā)段淤泥質(zhì)軟弱地層的刀盤刀具以齒刀為主配置刀具，增大刀盤開口率，降低結(jié)泥餅風(fēng)險。二是進入強風(fēng)化粗砂巖地層后，在預(yù)先加固好的擬定換刀位置換下齒刀，以滾刀為主配置刀具，以利于破巖。

此外，在施工技術(shù)方面可采取以下措施：①控制泥漿比重和黏度等指標，記錄每環(huán)掘進參數(shù)，通過試驗段統(tǒng)計出最佳泥漿參數(shù)范圍。②及時對泥漿的指標進行檢測，泥漿指標超高時通過排漿設(shè)備抽走超標漿液或添加清水，稀釋高濃度泥漿。③加強對盾構(gòu)掘進參數(shù)監(jiān)控，實時觀察刀盤推力、扭矩和掘進速度的變化。④避免采用逆循環(huán)推進模式，確保刀盤切削下的渣土能夠及時抽排；盡量避免刀盤倉底部和吸漿口處渣土的堆積，造成刀盤黏結(jié)泥餅。⑤開啟沖刷系統(tǒng)對刀盤不間斷沖洗。在每環(huán)掘進完成后，應(yīng)繼續(xù)進行泥漿循環(huán)，盡量排空刀盤倉內(nèi)堆積的渣土，防止其大量的附著在刀盤上。

4.5" "對地表建筑物進行監(jiān)測

盾構(gòu)施工的前、中、后階段均要進行全面系統(tǒng)的監(jiān)測工作，對于重點建筑及沉降敏感位置可適當增加監(jiān)測點。盾構(gòu)施工監(jiān)測工作應(yīng)不間斷進行，監(jiān)測方式為人工監(jiān)測，監(jiān)測項目包括地面沉降、建筑物沉降及建筑物傾斜，監(jiān)測設(shè)備選擇水準儀和全站儀，如表1所示。

應(yīng)制定施工前、中、后和運營期間的監(jiān)測計劃，對結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變與位移、巖土應(yīng)力應(yīng)變與位移、地下水位、周邊環(huán)境敏感建筑物位移等信息要準確掌握。施工監(jiān)測頻率為2次/d，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調(diào)整技術(shù)參數(shù)。同時還應(yīng)該加強地表巡視，發(fā)現(xiàn)異常及時向上級及現(xiàn)場反映。

5" "結(jié)束語

本文以廣州市某地鐵盾構(gòu)施工項目為例，總結(jié)了下穿建筑物前準備、房屋注漿加固、盾構(gòu)掘進精細控制、防刀盤結(jié)泥餅、地表建筑物監(jiān)測等施工技術(shù)措施，使得地鐵線路順利通過建筑物密集區(qū)，既保證了地鐵盾構(gòu)施工的質(zhì)量與進度，又確保了既有居民房屋的安全。該項目的研究方法及施工技術(shù)措施可為類似項目提供一定的參考與借鑒。

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