軟弱地層盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿建筑物沉降控制技術(shù)研究

1、    軟弱地層盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿建筑物沉降控制技術(shù)研究    摘 要：采用土壓平衡模式滿倉掘進(jìn)盾構(gòu)施工工藝克服了在軟弱地層掘進(jìn)對(duì)地層擾動(dòng)大的難題。提前籌劃，優(yōu)化措施，精細(xì)管理，動(dòng)態(tài)調(diào)整，成功實(shí)現(xiàn)了以微小沉降，安全順利在軟弱地層中近距離側(cè)穿三棟結(jié)構(gòu)薄弱建筑物。為以后類似邊界條件下盾構(gòu)施工提供借鑒。關(guān)鍵詞：軟弱地層；盾構(gòu)隧道；側(cè)穿；沉降控制、1 工程概況廣州市軌道交通某線路某盾構(gòu)隧道需近距離側(cè)穿三棟建筑物，沿盾構(gòu)施工方向從東到西依次為宿舍樓a5棟（5層1977年建）、宿舍樓a6棟（6層1978年建）、綜合樓a7棟（7層1986年建）。其中a5、a6棟為磚混

2、結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)形式為約16米深340mm錘擊沉管灌注樁），南側(cè)加建單層附屬結(jié)構(gòu)（無基礎(chǔ)）。a7棟為框架結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)形式為約18米深480mm錘擊沉管灌注樁），左線隧道邊線距離a5、a6、a7棟建筑物樁基礎(chǔ)依次為1.3m、1.3m和2.7m。2 地質(zhì)情況該隧道頂埋深1113米，主要穿越的地層為淤泥質(zhì)黏土2-1b、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層<2-2>、淤泥質(zhì)中粗砂層<2-3>和全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<6>。地面至隧道頂部范圍主要為雜填土層<1>、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層<2-2>、淤泥質(zhì)中粗砂層<2-3>，地質(zhì)松散，穩(wěn)定性較差。淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層<2-2&g

3、t;：呈灰黃色、灰色，飽和，松散，局部稍密，級(jí)配不良，顆粒較均勻，主要成分以石英顆粒為主，含少量粘粒及有機(jī)質(zhì)。標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)為318擊，平均擊數(shù)6.4擊。顆粒不均勻系數(shù)cu=4.31，曲率系數(shù)cc=0.46，水上坡角=41.70，水下坡角=32.90。淤泥質(zhì)中粗砂層<2-3>：呈深灰色，飽和，松散稍密，級(jí)配良好，主要成分以石英中粗砂為主，局部夾薄層淤泥，含少量有機(jī)質(zhì)成分，土質(zhì)不均。標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)為632擊，平均擊數(shù)16.9擊。顆粒不均勻系數(shù)cu=8.06，曲率系數(shù)cc=0.91，水上坡角=41.20，水下坡角=32.70。3 施工風(fēng)險(xiǎn)及采取措施3.1 施工風(fēng)險(xiǎn)建筑物年代久遠(yuǎn)，附屬結(jié)構(gòu)已

4、出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。樁基地層未進(jìn)行加固處理，地層軟弱、流動(dòng)性較強(qiáng)，盾構(gòu)近距離側(cè)穿容易造成建筑物沉降、傾斜及開裂，危及建筑物安全。同時(shí)建筑物周圍地面管線較多，有供水、供電、燃?xì)?、污水、雨水、通信等各類管線，需嚴(yán)格控制沉降以確保管線安全。3.2 施工措施3.2.1 盾構(gòu)機(jī)配置該盾構(gòu)隧道采用中鐵裝備生產(chǎn)的編號(hào)147土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，該盾構(gòu)機(jī)能適應(yīng)不同地層及不良地質(zhì)條件。盾構(gòu)機(jī)的主要性能指標(biāo)如下：盾構(gòu)機(jī)開挖直徑6280mm，隧道管片外徑6000mm，內(nèi)徑5400mm。盾構(gòu)機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)型式，驅(qū)動(dòng)組數(shù)量8組，額定扭矩6000kn·m，脫困扭矩7200kn·m。推進(jìn)系統(tǒng)配備21根油缸，推進(jìn)行程

5、最大2100mm，最大推力3900t。盾體采用主動(dòng)鉸接式。盾構(gòu)機(jī)刀盤開口率34%，配備中心雙聯(lián)滾刀6把，單刃滾刀34把，切刀40把，12把邊刮刀，1把超挖刀，4個(gè)泡沫口，2個(gè)膨潤土口。螺旋輸送機(jī)最大通過粒徑340×560，最大出渣能力420m3/h，配備2道防水閘門。開挖倉內(nèi)配置了5個(gè)土壓傳感器，前盾和盾尾頂部配置2個(gè)土壓傳感器。同步注漿口4個(gè)。3.2.2 盾構(gòu)參數(shù)調(diào)整（1）土倉壓力的設(shè)定：根據(jù)地層覆土深度和水壓力初步設(shè)定滿倉掘進(jìn)土倉壓力，在掘進(jìn)過程中分析地面沉降或隆起及渣樣情況，如掘進(jìn)時(shí)地面隆起大，掘進(jìn)時(shí)可適當(dāng)降低土倉壓力，直到隆起變小，再確定土倉壓力值，可以適當(dāng)向刀盤加注泡沫及水

6、進(jìn)行渣土改良。（2）扭矩的設(shè)定：在砂層中掘進(jìn)情況下轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，滿倉掘進(jìn)，在上部土壓力穩(wěn)定的情況下，土倉出土，確保土壓力波動(dòng)小，掘進(jìn)扭矩保持恒定不出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。（3）推力的控制：在穩(wěn)定的扭矩的情況下，適當(dāng)增加推力，使掘進(jìn)速度達(dá)到設(shè)定范圍內(nèi)。（4）刀盤轉(zhuǎn)速：提高刀盤的轉(zhuǎn)速可以降低刀具貫入度，即降低扭矩，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致刀盤溫度升高，保證推進(jìn)一環(huán)刀盤溫度不會(huì)過高，一般不高于55，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速，盡量減小對(duì)掌子面的擾動(dòng)，加快掘進(jìn)速度。（5）螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速：在土倉壓力穩(wěn)定且保持恒定的掘進(jìn)速度情況下，螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速保證土倉內(nèi)滿倉時(shí)所進(jìn)渣量同出渣量基本一致，達(dá)到平衡掘進(jìn)，防止超挖。3.2.3 監(jiān)測(cè)工作隧道中心線上方每米布

7、設(shè)一個(gè)地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)加密隧道兩邊范圍監(jiān)測(cè)點(diǎn)，建筑物四周及墻身同樣布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。過程中對(duì)建筑物裂縫進(jìn)行觀測(cè)記錄，監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)建筑物的影響，實(shí)行每小時(shí)一測(cè)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并調(diào)整施工，如對(duì)地面沉降大的地方進(jìn)行二次注漿或地面隆起大調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)等，從而減少施工風(fēng)險(xiǎn)，確保安全通過。如圖4。3.2.4 技術(shù)控制側(cè)穿建筑物區(qū)域地層流動(dòng)性強(qiáng)，易受擾動(dòng)，微小的壓力波動(dòng)就會(huì)引起砂層的流動(dòng)、地面沉降，建筑物就會(huì)傾斜開裂而出現(xiàn)極大的危險(xiǎn)，故盾構(gòu)機(jī)在出加固區(qū)后采用土壓平衡模式滿倉掘進(jìn)工藝。（1）控制出土量，每環(huán)出土控制在52m3，即每掘進(jìn)50cm出土17.4m3，對(duì)比每環(huán)出土量是否超過設(shè)定值，及時(shí)分析原因，及時(shí)采

8、取措施。（2）對(duì)每環(huán)渣樣進(jìn)行現(xiàn)場收集、分析，根據(jù)分析結(jié)果及監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行下一環(huán)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整。（3）控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)姿態(tài)，軸線偏差不得超過±50mm，推進(jìn)最終油缸行程17501900mm。每環(huán)量取盾尾間隙，依據(jù)盾尾間隙（優(yōu)先考慮）、盾構(gòu)姿態(tài)和油缸行程差等逐環(huán)進(jìn)行管片類型和拼裝點(diǎn)位選擇的計(jì)算。每環(huán)糾偏控制在5mm以內(nèi)，盾尾間隙控制在5595mm范圍。（4）管片拼裝過程中必須進(jìn)行螺栓復(fù)緊。管片拼裝時(shí)進(jìn)行第一次復(fù)緊，管片螺栓扭矩290350n·m，脫出盾尾后進(jìn)行復(fù)緊，推出3環(huán)后進(jìn)行二次復(fù)緊。（5）停機(jī)時(shí)倉體上部壓力保持比掘進(jìn)時(shí)高0.1bar，壓力低于掘進(jìn)壓力時(shí)注入膨潤土保壓。 （

9、6）注漿壓力比切口壓力大0.2bar，控制在24bar，每環(huán)同步注漿量57m3，4孔同時(shí)注漿，注漿量以壓力控制，下部每孔壓力比上部每孔壓力略大0.51.0bar，上部注漿量大于下部注漿量。（7）在盾尾后第5環(huán)向臺(tái)車方向開始進(jìn)行二次注漿。每班掘進(jìn)前要進(jìn)行二次注漿，每4環(huán)進(jìn)行一次二次注漿，注漿位置為上部點(diǎn)位方向，壓力為0.4mpa0.5mpa，依據(jù)地面反饋沉降信息及時(shí)調(diào)整。每個(gè)點(diǎn)位注漿1m3，當(dāng)注漿壓力大于0.5mpa時(shí)停止注漿。4 施工參數(shù)及效果4.1 始發(fā)段加固區(qū)及洞門封堵里程zdk40+407zdk40+398，頂部土壓力小于0.75bar，出土量小于54m3，速度控制小于15mm/min，

10、扭矩小于2.0mn·m，總推力小于800t，刀盤轉(zhuǎn)速小于1.0rpm，刀盤位于加固區(qū)內(nèi)。里程zdk40+398zdk40+398，隧道埋深約11.1米，在加固區(qū)內(nèi)。掘進(jìn)時(shí)倉體切口壓力：上部土壓1.31.5bar，停機(jī)時(shí)倉體上部壓力保持1.3bar以上，調(diào)節(jié)時(shí)以上部土壓力為主。推進(jìn)千斤頂總推力小于1000t，推進(jìn)千斤頂行程17501900mm，刀盤扭矩2.0mn·m，推進(jìn)速度小于10mm/min（參數(shù)調(diào)整以速度為主，推力為輔），刀盤轉(zhuǎn)速1.21.5rpm，鉸接千斤頂行程4080mm。（1）在破素連續(xù)墻時(shí)采用低貫入度、小推力掘進(jìn)，避免刀具損壞及素墻整體破裂。（2）泡沫管5路、1

11、路常開，并適當(dāng)調(diào)節(jié)其流量，其余3路泡沫管可不定時(shí)打開，確保管路暢通，控制泡沫的使用量。（3）從切削連續(xù)墻至加固體素墻距離10.2米，盾構(gòu)機(jī)長度9.398米，刀盤抵至素墻后停機(jī)，此時(shí)盾尾剛好脫出連續(xù)墻，停機(jī)封堵洞門，土倉保持2/3體積的土。（4）封洞期間洞門鋼套筒12點(diǎn)鐘方向球閥打開，有漏漿液時(shí)關(guān)閉球閥停止注漿，注漿期間盾體要不間斷移動(dòng)23cm，防止?jié){液凝固抱緊盾體和堵塞同步注漿管。移動(dòng)盾構(gòu)機(jī)時(shí)不出土，為滿倉掘進(jìn)做準(zhǔn)備。（5）觀察洞門防水簾布處是否漏漿，如果漏漿及時(shí)用砂袋或棉被封堵。（6）封堵洞門后，繼續(xù)掘進(jìn)破素墻，在出素墻時(shí)保持土倉滿倉，土倉上部壓力1.5bar，同時(shí)保證同步注漿量。4.2 盾

12、構(gòu)通過a5棟里程zdk40+397zdk40+366，滿倉掘進(jìn)，頂部土壓力1.321.62bar，出土量4851m3，速度控制3545mm/min，扭矩0.50.7mn·m，總推力700900t。隧道通過地層：<2-1b>淤泥質(zhì)黏土、<2-2>粉細(xì)砂層和<2-3>中粗砂層。期間地面累計(jì)最大沉降量+6.66mm（dm612），建筑物累計(jì)最大沉降量+3.4mm（a5棟a5-2），建筑物及地面無異常。（1）左線掘進(jìn)破素墻后到a5棟隧道埋深11.111.3m，滿倉掘進(jìn)，土壓力1.31.4bar，隧道上部<2-2>粉細(xì)砂層，下部為<2-3&

13、gt;中粗砂層，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。（2）側(cè)穿a5棟隧道埋深11.311.9m，土壓力1.41.5bar，隧道上部<2-2>粉細(xì)砂層，下部為<2-3>中粗砂層，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。（3）及時(shí)在盾尾后第5環(huán)向臺(tái)車方向開始進(jìn)行二次注漿，每班掘進(jìn)前要進(jìn)行二次注漿，每4環(huán)進(jìn)行一次注漿。4.3 盾構(gòu)通過a7棟里程zdk40+316zdk40+272，滿倉掘進(jìn)，頂部土壓力1.651.75bar，出土量4851m3，速度控制4050mm/min，扭矩1.02.5mn·m，總推力9001400t。地面累計(jì)最大沉降量-16.74mm（a5棟南側(cè)dm614）。建筑物累計(jì)最大沉

14、降量+2.10mm（a6棟b579），建筑物及地面無異常。（1）掘進(jìn)里程zdk40+316.15到里程zdk40+308.65，隧道埋深12.512.6m，滿倉掘進(jìn)，土壓力1.601.65bar，隧道上部為<2-3>中粗砂層，下部為<6>全風(fēng)化含礫砂巖，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。（2）掘進(jìn)里程zdk40+308.65到里程zdk40+277.15，隧道埋深12.713m，滿倉掘進(jìn)，土壓力1.651.7bar，地質(zhì)上部為<2-2>粉細(xì)砂層，中下部為<6>全風(fēng)化含礫砂巖，掘進(jìn)保持切口壓力平穩(wěn)。5 結(jié)束語（1）在粉細(xì)砂層和中粗砂層為主的地層中宜滿倉掘進(jìn)，掘

15、進(jìn)和地面監(jiān)測(cè)相結(jié)合，及時(shí)反饋沉降信息，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，滿倉土壓平衡模式掘進(jìn)控制各項(xiàng)參數(shù)平穩(wěn)。（2）加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)，確保盾構(gòu)各項(xiàng)設(shè)備的正常運(yùn)行，降低故障率，減少可避免的停機(jī)時(shí)間。（3）盾構(gòu)始發(fā)前，認(rèn)真核查洞門區(qū)域結(jié)構(gòu)鋼筋是否切割徹底，可采用鋼筋探測(cè)設(shè)備進(jìn)行核查，以避免鋼筋卡住螺旋出土機(jī)。同時(shí)盾構(gòu)始發(fā)段，刀盤位于加固體內(nèi)，可打開倉門及螺機(jī)前閘門觀察口，觀察有無鋼筋進(jìn)入土倉，如發(fā)現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)清理。（4）設(shè)計(jì)承載能力高的反力架，現(xiàn)場安裝時(shí)確保各構(gòu)件及焊縫滿足要求，以應(yīng)對(duì)盾構(gòu)需加大推力脫困的突發(fā)狀況。同時(shí)監(jiān)測(cè)反力架變形情況，控制推力，確保反力架安全。（5）若出現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)速度過小，推力過大，盾體被裹住抱死狀況。可伸縮盾構(gòu)鉸接裝置，或使用振動(dòng)設(shè)備以松動(dòng)盾體脫困。（6）封堵洞門不宜使用水泥或雙液漿，可采用衡盾泥等新型材料，同時(shí)停機(jī)封堵時(shí)間切勿過長，防止水泥漿裹死盾尾。（7）提前排查地質(zhì)勘察孔封堵情況，并在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中做好巡查，避免出現(xiàn)地面冒漿現(xiàn)象，如若出現(xiàn)，立即進(jìn)行地面處理并往土倉內(nèi)注入膨潤土保壓或聚氨酯填倉處理。（8）