广州地铁集团有限公司 广东广州 510308
摘要：近年来，我国轨道交通建设发展迅速，盾构法隧道施工得到了广泛应用。盾构施工中会遇到各类不良地层及复杂周边环境，对盾构施工技术提出了更高的要求。本文结合广州地铁十三号线施工三标文园站至庙头站区间盾构下穿密集建筑物的施工实际情况，探讨了在区间隧道下穿密集建筑物的复杂环境下盾构施工技术，对今后类似工程施工具有一定的参考和借鉴价值。
关键词：地铁隧道；盾构；密集建筑物；施工技术
1 工程概况
1.1 工程简介
广州市轨道交通十三号线首期工程（鱼珠至象颈岭段）【施工三标】土建工程施工内容为文园站～庙头站区间左线全长1258.593m，盾构掘进起点里程ZDK44+336.754，终点里程ZDK43+078.161；区间右线全长1258.593m，盾构掘进起点里程YDK44+328.168，终点里程YDK43+078.161。区间采用盾构法施工，自14#盾构井始发向西掘进，依次下穿广裕仓码头北侧绿化带进入黄埔东路，沿黄埔东路向西下穿双岗BRT车站，在双岗牌坊处右线进入双岗密集民房区，左线沿黄埔东路南侧人行道向西延伸，到达文园站。线路埋深12～21m。
区间在DK43+188～DK43+513段下穿黄埔区双岗村密集建筑物，长度为325米，该部分建筑物大部分为90年代至20世纪初的1～5层民房，多数采用条形浅基础，90年代房屋多为砖混结构，20世纪后房屋多为框架结构。区间正下穿民房43栋，侧穿民房196栋，隧道覆土厚度为18.6米～19.4米，经房屋安全鉴定，其中有严重损坏房5栋，一般损坏房62栋。区间下穿密集建筑物现状如图1所示。
图1 区间下穿密集建筑物现状平面图
1.2 地质条件
盾构施工下穿双岗村密集建筑物通过的地层自上而下主要由<1>人工填土层、<5Z-1>可塑残积土层、<5Z-2>硬塑残积土层、<6Z>全风化混合花岗岩层、<7Z>强风化混合花岗岩层、<8Z>中风化混合花岗岩层等组成。
其中，下穿建筑物主要位于区间右线上方，右线DK43+188～DK43+391段地层为上部<7Z>强风化混合花岗岩层、下部<8Z>中风化混合花岗岩层的上软下硬地质，DK43+391～DK43+513段为<8Z>中风化混合花岗岩层全断面硬岩地质。<8Z>中风化混合花岗岩层抗压强度为40Mpa～130Mpa。
1.3盾构机情况
本区间盾构机为2台德国海瑞克生产的复合式土压平衡盾构机（EPB6250），编号为S465、S466，自盾构始发至今，左线S466、右线S465分别相继掘进完成长度600m（400环），526.5m（351环），目前两台设备性能及状态良好。考虑复合性地层的适用性，盾构机采用面板式刀盘，开口率为32%，布置31把单刃滚刀，4把双刃中心滚刀，64把刮刀。
2 建筑物保护方案
盾构施工中要穿越密集的建筑物，如何确保建筑物的安全是盾构能否顺利施工的关键。根据该区间地质特征、施工监测情况、建筑物的结构形式及房屋鉴定情况，在盾构通过前、通过后对建筑物采取相应的保护措施。
2.1注浆预加固
经房屋鉴定报告显示，区间下穿双岗民房中有5栋为严重损坏房，对严重损坏房采取预埋袖阀管进行注浆加固。袖阀管注浆是通过周围地层注浆加固把具有充填和凝胶性能的浆液材料，通过配套的注浆机具压入所需加固的地层中，经过凝胶硬化后充填和堵塞地层中的空隙，减小注浆区地层渗水系数，并能固结软弱和松散岩体使地层强度和自稳能力得到提高。
袖阀管结构如图2所示，一般采用PVC塑料管作袖阀管，为了方便地进行灌浆，在袖阀管上一般每隔33cm-35cm钻一组4Φ6mm或4Φ8mm的射浆孔，每组孔的纵向长度6cm-10cm，每米袖阀管上一般钻2-3组射浆孔。在每组射浆孔外部都包裹有一层橡胶套，橡胶套长度比每组射浆孔长度略长，以包裹住射浆孔为原则。在把袖阀管放入钻孔时，橡胶套的作用是防止钻孔泥浆或套壳料进入管内；灌浆时橡皮套在压力作用下被浆液冲开，使浆液进入地层，并且可保证按要求分清层次，形成劈裂，而当停止灌浆时，橡胶套又弹回并裹紧袖阀管，防止管外流体进入管内，起到逆止阀门的作业。为防止橡胶套上下错位，须在橡胶套两侧用固定环固定。阀管上的每组射浆孔，即为一个灌浆段，灌浆头由双塞系统止浆塞和灌浆芯组成，每一次灌浆头在袖阀管中上下移动灌浆时，只包含一个灌浆段，亦即灌浆头移动距离与每组射浆孔间距相同。
图2 袖阀管注浆结构示意图 图3袖阀管注浆孔布置图
注浆孔采用单排布设，孔间距2.0m，钻孔深度至地面以下6m，以最大程度加固房屋基础与岩面之间，尽量减小无法加固盲区为原则，钻孔布置可根据现场实际情况适当调整钻孔位置及间距，在无条件钻设斜孔条件下钻设竖向孔，注浆孔布置如图3所示。根据距地面深度情况，注浆压力控制在1.2Mpa～1.8Mpa之间。加固完毕后进行洗管，并对管口进行保护，盾构掘进该处时，根据建筑物沉降情况，可继续进行重复注浆作业。
2.2地面跟踪注浆
在盾构穿越建筑物期间，对双岗区民房结构进行监控量测，一旦监测数据异常（累计沉降达到10mm或沉降速率达到3mm/d），利用建筑物周边布置袖阀管进行地面跟踪注浆作业。利用前期预埋袖阀管，可分区、分段、分户进行重复注浆作业，其具体施工方法同2.1。
2.3超前注浆
盾构掘进过程中出现前方地面沉降较大，建筑物周边无地面注浆加固条件的，采取盾构机超前注浆的措施对盾构刀盘前方地层进行加固，减少盾构通过时对建筑物下方地层的扰动，减少地面沉降。盾构超前注浆利用盾构上4个超前注浆孔进行注浆，根据加固范围要求，采取超前8m注浆加固，注浆浆液采用双液浆，在正式注浆前先注入适量磷酸液与水玻璃液的混合液。注浆压力结合注浆量双重控制，注浆时需关注土仓压力变化。整个注浆过程中，安排专人对地面进行巡查及监测，保持隧道内与地面通讯畅通，且每次监测完成后，必须将监测数据及时反馈至隧道内，以指导注浆施工作业。超前注浆示意图如图5所示。
图4 超前注浆示意图
2.4二次补强注浆
盾构机通过双岗民房区后，考虑到隧道工后沉降情况，对双岗区民房区持续进行监控量测直至稳定。一旦监测数据异常（累计沉降达到15mm或沉降速率达到3mm/d），通过管片中部的注浆孔进行二次补强注浆，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力。同时对盾构推力导致的，在管片、注浆材料、围岩之间产生的剥离状态进行填充并使其饱满，提高止水效果。注浆浆液采用双液浆，注浆压力控制在0.2Mpa～0.3Mpa，注浆量以现场实际情况为主。
3盾构掘进控制措施
本区间盾构下穿双岗密集建筑物段的主要地质为上软下硬段和全断面硬岩段，其中上软下硬段掘进施工风险较高，掘进方法及推进参数控制不当，轻者发生喷涌、刀盘结泥饼，重者造成刀具严重损坏甚至地面坍塌的事故。
3.1掘进模式
根据该段地质情况，隧道拱顶有较厚的<6Z>全风化混合花岗岩层和<7Z>强风化混合花岗岩层，能够保证掌子面气压稳定，因此盾构掘进采用半舱气压法掘进，舱内渣土为1/2～3/5舱。掘进过程中对前方地层及上方建筑情况提前分析，可以根据实际地质情况自由转换，可在上软下硬段中上方房屋安全风险较高的段落要提前转换为全土压模式。
3.2合理设置掘进参数
区间下穿该段密集建筑物前已通过广裕仓码头、双岗brt天桥、双岗牌坊等建（构）筑物，对之前盾构通过的地层进行分析，并对前期掘进段盾构参数进行总结，合理设置盾构下穿民房段盾构掘进参数，可以最大限度的减少地面沉降或隆起量，进而保证盾构掘进施工安全。盾构掘进主要参数见表1。
表1 盾构主要掘进参数表
掘进过程中，应根据地面沉降地监测数据、盾构机运转情况、掘进参数变化、排出渣土状况，及时分析并反馈信息，实时调整优化盾构掘进参数以更好地控制盾构机姿态，确保地面沉降量或隆起量均满足设计及规范要求。
3.2渣土改良
在上软下硬不均地层中掘进时，根据现场渣样分析，渣样含泥量少于20%时，注入粘度在50～60s的优质膨润土，渣样含泥量大于20%时，选取高性能分散性泡沫，确保渣土改良满足要求，防止喷涌。同时向土仓内注入优质且发酵良好膨润土，可以对软层掌子面起到一个泥膜的作用，使土仓内的高压空气不易溢出并和渣土混合建立稳定的土压，可有效防止上面软岩地层的坍塌，润滑并降低刀盘的扭矩，减少刀具磨损。
3.3严格控制出土量
按照设计要求，盾构每环掘进长度为1.5m，每环原状土出土为46.46m3，根据前期现场盾构掘进经验以及该段地质实际情况，考虑取1.3倍松散系数，即每环所需运输土方量为60 m3，。为保证准确判断出土量，渣斗每次到位，土建工程师都必须进行检查，必须做到“每斗必看，每斗必量”。在下穿密集民房区过程中，盾构司机与土建工程师根据渣斗上标注尺寸线，每掘进10cm，查看出土量情况，并与设计要求比较，避免出渣出现少出、多出，确保了开挖面的稳定。
3.4同步注浆
同步注浆是保证地面建筑物、地下管线、盾尾密封及衬砌管片的重要一环，因此必须严格控制，并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。为了使环形间隙能较均匀地填充，并防止衬砌承受不均匀偏压，同步注浆对盾尾的预留的4个注浆孔同时进行压注，并根据设在每个注浆孔口出的压力表，对各注浆孔注浆压力和注浆量进行监测盒控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注。根据设计资料和以往的施工经验，注浆压力设定在0.3～0.5MPa。浆液初凝时间为4小时左右。
在盾构下穿双岗密集民房区期间，应保证同步注浆系统4组注浆泵、4路注浆管路畅通，一旦发生堵管现象，必须在最短时间内疏通管道，使盾构机尽快恢复掘进。在做到“掘进与注浆同步”情况下，根据注浆压力和盾尾密封情况，适当增大注浆量。
3.5控制好盾构姿态
盾构推进过程中的同步注浆及二次补浆是控制地面沉降的主要因素，以往的经验显示，盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆，地面沉降，因此在盾构下穿建筑物期间，确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合，盾尾四周间隙均匀。另外通过加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失，同时要采用性能良好的盾尾油脂。
3.6盾构施工监测
盾构施工前对距离线路中线50m以内的建筑物及盾构隧道穿越的建筑物上布设建筑物沉降、倾斜监测点，通过监测指导盾构施工。在盾构穿越民房区特殊时期，监测频率采用每两小时监测一次。房屋沉降、倾斜控制值设定黄色、红色预警值，房屋沉降黄色预警值取沉降控制值80%为累计沉降±24mm；房屋沉降红色预警值取沉降控制值为累计沉降±30mm、变形速率±3mm/d（+表示隆起、-表示下沉）；房屋倾斜黄色预警值为2‰，红色预警值为3‰。
盾构通过民房区建筑物监测整体较为稳定。在右线盾构机下穿重要房屋期间由于刀具磨损严重、盾构掘进困难，在合适位置选择带压开仓换刀，开仓过程中隧道顶部出现局部掉块现象，地面监测数据出现沉降速率增大，情况出现后通过采取地面跟踪注浆及加大盾构二次注浆，沉降数据趋于稳定。
4结语
随着盾构法施工近年来在地铁隧道施工的广泛应用，盾构施工在复杂周边环境下的施工技术也渐趋成熟。本文以广州地铁十三号线施工三标文园站至庙头站区间盾构下穿密集建筑物施工为例，从对建筑物的保护及盾构掘进控制措施上进行研究，探讨盾构下穿穿密集建筑物施工技术，该区间顺利实现盾构下穿穿密集建筑物施工，对今后类似工程施工具有一定的参考和借鉴价值。
参考文献：
[1]钟长平，竺维彬，周翠英.花岗岩风化地层中盾构施工风险和对策研究[J].现代隧道技术，2013，50（3）：17-23
[2]潘庆明.全断面硬岩及地层转换时地铁盾构隧道掘进参数分析与优化控制[J].铁道建筑技术，2013（8）：21-26
[3]刘建国.深圳地铁盾构隧道施工技术与经验[J].隧道建设，2012，32（1）：72-87
[4]秦汉礼.软弱地层盾构始发施工技术[J].隧道建设，2006，26（05）：15-21
[5]乐贵平.盾构工程技术问答[M].北京：人民交通出版社，2013
论文作者:方一航
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/7
标签：盾构论文; 注浆论文; 建筑物论文; 地层论文; 隧道论文; 民房论文; 密集论文; 《防护工程》2019年10期论文;