土壓盾構(gòu)在富水圓礫層中下穿建筑物施工技術(shù)

1、土壓盾構(gòu)在富水圓礫層中下穿建（構(gòu)）筑物施工技術(shù)概述 盾構(gòu)法作為地下空間拓展的一種工法，具有施工占地 小、對(duì)周邊環(huán)境影響小、施工環(huán)境好、機(jī)械化程度高、開挖速度 快、安全性高、成型隧道質(zhì)量高等特點(diǎn)。然而，由于盾構(gòu)機(jī)所穿 越地層具有不可預(yù)見性和復(fù)雜多變等特點(diǎn)， 施工中往往存在著許 多不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)， 特別是在不良地質(zhì)條件下穿越建筑物時(shí)， 施 工風(fēng)險(xiǎn)極大， 可能會(huì)造成對(duì)建筑物的損壞和破壞， 造成重大財(cái)產(chǎn) 損失或人員傷亡事故。 所以， 在盾構(gòu)在復(fù)雜地層中下穿建筑物施 工一定要嚴(yán)格把關(guān)， 控制好一切不利因素。 本文將從盾構(gòu)在富水 圓礫層中下穿建（構(gòu)）筑物施工技術(shù)出發(fā)，依托南寧地鐵 1 號(hào)線 11 標(biāo)盾構(gòu)下

2、穿興寧區(qū)朝陽街辦事處宿舍建筑物等工程實(shí)例，詳 細(xì)介紹盾構(gòu)下穿建筑物的掘進(jìn)參數(shù)控制。一、工程概況1.1 區(qū)間線路設(shè)計(jì)概況 火朝、朝火區(qū)間線路起點(diǎn)為火車站南端， 出火車站南端后沿 朝陽路向南行進(jìn)， 1 號(hào)線右線在朝陽橋北端開始爬坡，斜跨 2號(hào) 線左右線到達(dá) 1 號(hào)線左線上方， 在朝陽路與人民路交叉口附近與 1號(hào)線左線上下重疊，終點(diǎn)為南寧市興寧區(qū)南北百貨大樓西側(cè)的 朝陽廣場(chǎng)站（1、2號(hào)線水平線間距為19.5m），呈上下完成重疊 （右線在上，左線在下，上下隧道中心豎向線間距為8.0m），區(qū)間線路下穿興寧區(qū)朝陽辦事處宿舍（朝陽路 78 號(hào)）、朝陽橋， 側(cè)穿南方大酒店、 朝陽路 74 號(hào)、朝陽路 72 號(hào)

3、、濟(jì)南路地下通道、 金山廣場(chǎng)、朝陽路 61 號(hào)等建（構(gòu)）筑物，火朝、朝火區(qū)間建（構(gòu)） 筑物分布見圖 1。1.2 工程及水文地質(zhì)1.2.1 工程地質(zhì)盾構(gòu)下穿建筑物主要地層為1 -1 圓礫，隧道頂部局部穿越11粉細(xì)砂、1 -1圓礫，隧道底部局部穿越1-2卵石層、13泥巖、（粉砂質(zhì)泥巖）、2 -3粉砂巖、（泥質(zhì)粉砂巖）。1.2.2 水文地質(zhì)區(qū)間有兩層地下水：第一層地下水主要賦存于雜填土1、素填土2 中，屬上層滯水，該層地下水水量貧乏，主要由大氣 降雨及生活廢水補(bǔ)給， 主要通過大氣蒸發(fā)方式排泄， 水位埋深與 填土層的厚度有關(guān)， 無統(tǒng)一水位。 第二層地下水主要賦存于圓礫、 卵石和砂土層中，屬松散巖類孔隙

4、水，水量豐富，具承壓性。詳 勘期間測(cè)得初見水位埋深 8.50-15.2m ，標(biāo)高 60.20-67.02m ；穩(wěn) 定水位埋深 6.2-10.5m ，標(biāo)高 65.14-69.29m ，承壓水頭 0.3-6.4m 。1.3 建筑物概況1.4.1 興寧區(qū)朝陽街辦事處宿舍（朝陽路 78 號(hào)）（ 1 ）建筑物現(xiàn)狀該建筑物結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)， 條形基礎(chǔ)， 地上 6 層，建于 1970 年。目前該建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)化較嚴(yán)重，多處出現(xiàn)裂紋和裂縫。（ 2）建筑物與隧道關(guān)系及地質(zhì)概況1號(hào)線火朝區(qū)間左線下穿該建筑物，隧頂距地面16.57m，隧道穿越區(qū)域主要為圓礫1-1地層，上部主要為雜填土1、粘土2-2、粉土1、圓礫1 -1，

5、建筑物與隧道位置關(guān)系及地質(zhì) 剖面詳見圖 2。二、盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物施工風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)防措施 根據(jù)前期編制的 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)控制應(yīng)對(duì)手冊(cè) ，本標(biāo)段土壓盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)區(qū)間隧道穿越近鄰建 （構(gòu)）筑物及眾多管 線的施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高（風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為I級(jí)，發(fā)生概率Pf 0.1 ）, 為確保盾構(gòu)安全順利通過， 對(duì)其可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析， 提前 做好預(yù)防措施。詳見表 1。三、盾構(gòu)施工對(duì)地表、建構(gòu)筑物及管線影響分析 盾構(gòu)施工對(duì)地表、建構(gòu)筑物及管線的影響主要以地面隆沉、建構(gòu)筑物開裂、地表坍塌、管線斷裂等形式表現(xiàn)。其主要原因是 由于盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)和盾尾與地層摩擦引起隧道周圍地層的松動(dòng)、 沉陷及變形。 建構(gòu)筑物、

6、管線受其影響隧道附近地區(qū)的基礎(chǔ)構(gòu)筑 物將產(chǎn)生變形、 沉降或變位， 以至使構(gòu)筑物機(jī)能遭受破損或破壞。3.1 施工影響范圍計(jì)算 采用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)盾構(gòu)隧道施工影響范圍及地表沉降分布規(guī) 律進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而確定盾構(gòu)施工對(duì)周邊環(huán)境的影響范圍。目前，工程實(shí)踐中實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)公式是 Peck公式（Peck, 1969） 和一系列修正的Peck公式。Peck假定施工引起的地面沉降是在 不排水的情況下發(fā)生的，所以沉降槽體積等于地層損失的體積。地層損失在隧道長(zhǎng)度上是均勻分布的。 地面沉降的橫向分布類似 正態(tài)分布曲線，如圖 3 所示。最大沉降量采用下式估算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，地面橫向沉陷槽寬度 W/22.5i。根據(jù) Peck 公式估

7、算得：上行隧道地表沉陷槽寬度最大約14.3 m19.6m，下行隧道地表沉陷槽寬度最大約為 14.3 m 29.0m,沉降槽影響范圍根據(jù)隧道埋深確定，從兩側(cè)向中間均勻 沉降。四、盾構(gòu)掘進(jìn)穿越建（構(gòu)）筑物施工總體方案 根據(jù)盾構(gòu)法施工特點(diǎn)， 施工過程中主要從盾構(gòu)操作方面入手 來減少地表隆起與沉降， 并配以其它輔助措施， 確保盾構(gòu)施工影 響范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物和地下管線的安全。4.1 施工前準(zhǔn)備施工前對(duì)沿線盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)的建 （構(gòu)）筑物和地下管 線進(jìn)行全面的調(diào)查， 收集相關(guān)資料， 列出需重點(diǎn)保護(hù)的對(duì)象名稱 及反映其所處里程、地面位置、類型、結(jié)構(gòu)等參數(shù)，并根據(jù)施工 設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行建（構(gòu)）筑物保護(hù)預(yù)處理

8、施工，提高其抗風(fēng)險(xiǎn)能 力。根據(jù)對(duì)建（構(gòu)）筑物調(diào)查資料，并委托“廣西壯族自治區(qū)建 筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心”對(duì)周邊基礎(chǔ)條件差、 年代久遠(yuǎn)等建筑物開 展鑒定工作， 鑒定報(bào)告對(duì)現(xiàn)階段建筑物的安全對(duì)沉降要求進(jìn)行全 面的統(tǒng)計(jì)，為以后施工提供指導(dǎo)。（1 ）技術(shù)準(zhǔn)備 盾構(gòu)下穿建筑物前需對(duì)施工班組進(jìn)行相關(guān)技術(shù)交底， 交底 內(nèi)容必須包含各項(xiàng)詳細(xì)數(shù)據(jù)，覆土深度、開挖倉(cāng)土壓控制范圍、 同步注漿量、補(bǔ)注漿位置、刀盤進(jìn)入（離開）建筑物里程 提前預(yù)加固、 隔離保護(hù)施工及效果檢查， 按照設(shè)計(jì)圖紙要 求對(duì)重要建筑物進(jìn)行加固， 增強(qiáng)土體承載力、 自穩(wěn)性及抗擾動(dòng)能 力。 土壓盾構(gòu)區(qū)間建構(gòu)筑物距離始發(fā)端頭均不足30m特別是火朝區(qū)間左線盾

9、構(gòu)穿越建筑物階段需下穿 60年代建筑，為確保 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中建筑物安全，計(jì)劃先掘進(jìn)朝新區(qū)間左線、 2 號(hào) 線朝火區(qū)間左線，調(diào)整、積累掘進(jìn)參數(shù)，為下穿建構(gòu)筑物群提供 依據(jù)。 下穿期間，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、掘進(jìn)統(tǒng)計(jì)參數(shù)（開挖倉(cāng)壓 力、出土量、推力和扭矩、注漿量），對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)實(shí)施參數(shù)化動(dòng) 態(tài)管理， 確保樓體沉降和傾斜量在規(guī)范要求范圍內(nèi)， 一旦發(fā)生緊 急情況，立即啟用應(yīng)急預(yù)案。（ 2）設(shè)備準(zhǔn)備盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入沿線建（構(gòu)）筑物 10 環(huán)前對(duì)盾構(gòu)機(jī)、后配套設(shè) 備、地面常規(guī)設(shè)備進(jìn)行全面、 細(xì)致檢修， 對(duì)易磨損配件提前儲(chǔ)備， 確保盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物施工期間設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低設(shè)備引 起的施工風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)備準(zhǔn)備需注意以下

10、幾點(diǎn)： 重點(diǎn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的注漿系統(tǒng)、 控制電路及液壓系統(tǒng)、 龍門吊 剎車系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電瓶車剎車及電路進(jìn)行檢修，對(duì)于損壞的 部件立即更換， 對(duì)存在故障隱患的部位及時(shí)排除， 各潤(rùn)滑部位及 時(shí)加注潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油。 對(duì)同步注漿管路進(jìn)行清洗疏通， 避免注漿管在盾構(gòu)下穿建 筑物時(shí)堵塞，導(dǎo)致漿液不能注入，從而造成盾構(gòu)機(jī)停機(jī)。 對(duì)盾尾密封系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)， 確保下穿建筑物時(shí)不發(fā)生漏漿 現(xiàn)象從而保證注漿量。 提前準(zhǔn)備二次注漿設(shè)備（含配套設(shè)施）并進(jìn)行檢查，確保 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。 檢修前制定詳細(xì)的設(shè)備檢修計(jì)劃， 并落實(shí)到個(gè)人， 確保盾 構(gòu)穿越建筑物前所有設(shè)備均處在最佳的工作狀態(tài)。（ 3）物資準(zhǔn)備盾構(gòu)施工主要物資為鋼筋混凝

11、土襯砌管片及防水材料、 漿液 拌合原材料（包括水泥、沙子、粉煤灰、膨潤(rùn)土），施工人員及 材料人員應(yīng)在盾構(gòu)穿越建筑物前進(jìn)行檢查， 確保穿越建筑物過程 中材料儲(chǔ)存充足與供應(yīng)及時(shí)，避免應(yīng)材料不到位而導(dǎo)致施工風(fēng) 險(xiǎn)。為確保材料儲(chǔ)存及時(shí)，材料準(zhǔn)備應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 提前與盾構(gòu)管片供應(yīng)單位聯(lián)系、 溝通， 根據(jù)盾構(gòu)穿越建筑 物期間的線路平面曲線，合理確定相應(yīng)管片型號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn) 彎環(huán)、右轉(zhuǎn)彎環(huán)）的數(shù)量，盾構(gòu)通過建筑物前相應(yīng)合格盾構(gòu)管片 必須儲(chǔ)存充足并運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)存放。 盾構(gòu)進(jìn)入影響范圍前對(duì)各種原材料庫存數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（包 含軌道、軌枕、夾板、水管等），保證數(shù)量充足，并在盾構(gòu)穿越 鐵路期間對(duì)各原材料庫存量進(jìn)行

12、嚴(yán)密監(jiān)控， 每天統(tǒng)計(jì)倉(cāng)庫內(nèi)物資 存量，數(shù)量低于 5 天施工需要時(shí)立即補(bǔ)充， 并嚴(yán)格控制原材料質(zhì) 量，堅(jiān)決杜絕不合格材料進(jìn)場(chǎng)。 各種型號(hào)管片的防水材料應(yīng)保證足夠的庫存數(shù)量。 施工期間考慮天氣條件對(duì)材料供應(yīng)的影響， 應(yīng)關(guān)注未來兩 天的天氣情況，對(duì)受天氣影響的原材料要提前進(jìn)行儲(chǔ)備。4.2 施工過程控制（1）嚴(yán)格控制盾構(gòu)土壓力 土倉(cāng)中心土壓力值根據(jù)埋深及土層情況設(shè)定， 壓力波動(dòng)控制在土 0.02Mpa,在施工過程中根據(jù)地表監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)合第一、 二臺(tái)盾構(gòu)始發(fā)段掘進(jìn)施工時(shí)總結(jié)的最佳參數(shù)來確定盾構(gòu)穿越建 筑的土壓值。 安裝在土倉(cāng)內(nèi)的土壓傳感器可以適時(shí)將刀盤前部的土壓 值顯示在控制室屏幕上， 盾構(gòu)主司機(jī)根據(jù)地

13、面監(jiān)測(cè)信息的反饋及 時(shí)更改、設(shè)定土壓力。 施工中土壓力與出土量緊密聯(lián)系， 相關(guān)技術(shù)人員及時(shí)總結(jié) 最合理的土壓力及出土量， 減小對(duì)土體的擾動(dòng)， 使土體位移量最 小。（2）掘進(jìn)速度控制 盾構(gòu)推進(jìn)通過對(duì)土壓傳感器的數(shù)據(jù)來控制千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度，推進(jìn)速度控制在2040mm/min并保持推進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、出土速度和注漿速度相匹配；在推進(jìn)過程中保持穩(wěn)定，每日推進(jìn) 8 環(huán)左右。（3）出土量控制出土量與土壓力值一樣， 也是影響地面沉降的重要因素。 盾 構(gòu)機(jī)的開挖斷面為 30.96 m2 ，每環(huán)的理論出土量為31.55 X 1.5 X 1.4=65.01m3,在盾構(gòu)機(jī)穿建（構(gòu)）筑物時(shí)，將出 土量控制在理論出值的

14、 98%即65.01 X 98%=63.7m3保證盾構(gòu) 切口上方土體能有微量的隆起（不超過1mm，以便抵消一部分土體的后期沉降量，從而使沉降量控制在最小范圍內(nèi)。（ 4）同步注漿控制盾尾通過后管片外圍和土體之間存在空隙， 施工中采用同步 注漿來充填這一部分空隙。 施工過程中嚴(yán)格控制同步注漿量和漿 液質(zhì)量，嚴(yán)格控制漿液配比，使?jié){液和易性好，泌水性小，為減 小漿液的固結(jié)收縮， 試驗(yàn)室前期應(yīng)根據(jù)不同地層的富水性、 穩(wěn)定 性、孔隙率等條件進(jìn)行配合比試驗(yàn)。根據(jù)盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物 容易造成地面沉陷的情況， 同步注漿選用可硬性漿液或者收縮率 較小的漿液，參考配合比見表 2。同步注漿量一般控制在建筑空隙的15

15、0%-180%即每環(huán)同步注漿量為5.26.0m3,注漿壓力高于水土壓力 0.1MPa左右， 確保漿液填充密實(shí)。 實(shí)際施工中漿液的用量及注漿壓力結(jié)合前一 階段施工的用量以及監(jiān)測(cè)報(bào)表進(jìn)行合理選擇， 合理選擇注漿孔位 （一般為隧道底部?jī)蓚?cè)， 減少注漿時(shí)瞬間壓力對(duì)地層的臺(tái)升） 。同步注漿盡可能保證勻速、勻均、連續(xù)的壓注，防止推進(jìn)尚未結(jié)束而注漿停止的情況發(fā)生。（5）嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)糾偏量 盾構(gòu)進(jìn)行平面或高程糾偏的過程中，必然會(huì)增加建筑空隙， 造成一定程度的超挖。因此在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入建（構(gòu)）筑物影響范圍 之前，將盾構(gòu)機(jī)調(diào)整到良好的姿態(tài) （斷面高程、平面偏差W 30mm 趨勢(shì)與隧道線路偏差w 2mm/r），并且

16、保持這種良好姿態(tài)穿越建 （構(gòu)）筑物。 盾構(gòu)穿越過程中盡可能勻速推進(jìn)，最快不大于40mm/min 盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、 過頻，控制每環(huán)糾偏量高程方向不大 于5mm平面方向不大于9mm控制盾構(gòu)變坡不大于 2%。，以減 少盾構(gòu)施工對(duì)地層的擾動(dòng)影響。（ 6）管片拼裝質(zhì)量控制在盾構(gòu)處于拼裝狀態(tài)下時(shí)， 千斤頂?shù)氖湛s會(huì)引起盾構(gòu)機(jī)的微 量后退， 因此在盾構(gòu)推進(jìn)結(jié)束之后不要立即拼裝， 等待幾分鐘之 后，待周圍土體與盾構(gòu)機(jī)固結(jié)在一起后再進(jìn)行千斤頂?shù)幕乜s， 回 縮的千斤頂數(shù)量盡可能少（不能同時(shí)回縮 3 根以上），滿足管片 拼裝要求即可。 管片拼裝過程中， 安排熟練的拼裝工進(jìn)行拼裝， 減少拼裝 的時(shí)間，縮短盾構(gòu)停頓

17、的時(shí)間； 拼裝過程中發(fā)現(xiàn)前方土壓力下降， 可以采用螺旋機(jī)反轉(zhuǎn)的 手段，將螺旋機(jī)內(nèi)的土體反填到盾構(gòu)機(jī)的前方， 起到維持土壓力 的作用。 拼裝結(jié)束后，盡可能快地恢復(fù)推進(jìn)。（7）渣土改良措施穿越建（構(gòu)）筑物區(qū)域地層主要為富水1 -1圓礫層，自穩(wěn) 能力較差， 因而對(duì)掘進(jìn)不利， 可以利用膨潤(rùn)土泵向前方土體加膨 潤(rùn)土或泡沫劑來改良土體，增加土體的流塑性。 使盾構(gòu)機(jī)前方土壓計(jì)反映的土壓數(shù)值更加準(zhǔn)確； 確保螺旋輸送機(jī)出土順暢，減少盾構(gòu)對(duì)前方土體的擠壓； 及時(shí)充填刀盤旋轉(zhuǎn)之后形成的空隙。（ 8）盾構(gòu)二次補(bǔ)注漿 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，根據(jù)實(shí)際情況（監(jiān)測(cè)結(jié)果）需要，在管片 脫出盾尾 5 環(huán)后，可采取對(duì)管片后的建筑空隙進(jìn)行

18、二次注漿的方 法來填充，漿液為水泥、水玻璃雙液漿、注漿壓力0.3MPa0.5MPa；也可在地面對(duì)建筑基礎(chǔ)進(jìn)行補(bǔ)充注漿對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固抬 升，二次注漿根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)調(diào)整， 從而使地層變形量減 至最小。（ 9）地面其他輔助措施 盾構(gòu)下穿建（構(gòu)）筑物期間加強(qiáng)地面巡查，每天填寫巡查 記錄。 增加監(jiān)測(cè)頻率，盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物期間監(jiān)測(cè)頻率不小于2次/d ,每天監(jiān)測(cè)結(jié)果2小時(shí)內(nèi)必須反饋至相關(guān)責(zé)任人， 為下 一步施工提供依據(jù)。 盾構(gòu)機(jī)及盾構(gòu)掘進(jìn)配套設(shè)施維修保養(yǎng)及時(shí)， 確保盾構(gòu)掘進(jìn) 施工過程中盾構(gòu)機(jī)的完好率 95%以上，減少設(shè)備故障停機(jī)次數(shù)與 時(shí)間。 合理調(diào)整施工工序組織，避免因工序銜接脫節(jié)而產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。 掘進(jìn)過程中可能導(dǎo)致砼道路以下的路基下沉，進(jìn)而呈現(xiàn)地面塌陷，施工過程除加強(qiáng)地面巡查、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)反饋等手段外，應(yīng) 考慮地面打孔進(jìn)行跟蹤補(bǔ)充注漿，具體步驟如下：第一步：立即對(duì)沉陷區(qū)域或者即將沉陷區(qū)域?qū)嵤┡R時(shí)圍蔽、 交通疏解工作。第二步： 結(jié)合盾構(gòu)掘進(jìn)過程中同步注漿及出渣量情況， 布置注漿孔，一般注漿區(qū)域應(yīng)超過沉降區(qū)域外im可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。第三步：進(jìn)行跟蹤注漿施工，地面修