中铁九局集团第四工程有限公司 辽宁沈阳 110000
摘要：目前国内地铁建设受拆迁成本和施工措施的影响，已进入了地铁建设高成本时期。地铁建设有条件时应尽量避让建筑物，尽量减少拆迁，地铁设计时在要穿越建筑结构下尽可能压低线路，并通过施工控制技术和精细化管理，在不拆迁的情况下完成工程施工，可大大降低工程成本和保障工程工期。本文通过西安市地铁四号线地铁盾构穿越高层建筑物的成功案例，为类似工程提供了很好的借鉴。
关键词：盾构机；穿越；技术控制
引言
在我国交通建设过程中，由于盾构技术的优越性，其得到广泛的运用。而且盾构的施工方法与其他的传统施工方法不一样，其主要目的旨在在保证建筑地下工程安全性的基础上顺利穿越不良地层。盾构施工法极其具有一定的独特性。伴随着科技的快速发展，盾构法在建筑物穿越地层的使用次数越来越多。但是对于盾构施工在不良地层中穿越建筑层区的经验我们还不是很完善。
盾构法以其建设速度快、施工安全、对地面建筑、交通干扰小的优势日益成为城市地下工程建设的重要施工方法。尽管盾构法施工技术经过这么多年的发展，有了很大的改进，但由于地质条件和施工工艺的限制，盾构推进仍不可避免对周围环境产生扰动，改变土体的应力状态；而土体扰动和固结必将引起土体位移，当土体位移超过一定范围时，会危及地铁结构本身以及邻近建(构)筑物、道路、桩基和地下管线等的安全与正常使用，使邻近建筑和公用设施倾斜、扭曲等，从而引起一系列环境效应问题，如图1.1-1所示。尤其对于城市地铁，盾构法区间隧道一般都穿越城市中心地带，因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、地下管网密布、交通繁忙、施工条件受到限制，对环境的控制要求更为严格。
大量的地下工程建设实践表明，施工过程会给邻近隧道、周围的建筑物(构筑物)带来不同程度的影响。地下工程施工会使周围的地层和地面产生变形，严重者会造成建筑物不均匀沉降、开裂，甚至倒塌造成人员伤亡。这些都将严重危害生产建设和人民生命财产安全，造成很大的直接和间接经济损失以及社会纠纷。国内外发生的地铁施工造成周边结构破坏的事故屡见不鲜。针对西安地铁四号线15标富水砂层盾构施工过程中对地面沉降及地上构筑物的影响进行研究，对本工程盾构隧道的施工安全、快速进行提供有力保障，具有重要的工程意义。
1 盾构施工技术的介绍
采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。在挖去盾构前面土体后，用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌，将盾构推进到挖去土体空间内，在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，再将开挖面挖至新的进程。盾构法的优点：盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；②地下施工不影响地面交通，在河底下施工不影响河道通航；③施工操作不受气候条件的影响；④产生的振动、噪声等环境危害较小；⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。
采用盾构法施工时，首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井，用作盾构及其设备的拼装井（室）和拆卸井（室），特别长的隧道，还应设置中间检修工作井（室）。拼装和拆卸用的工作井，其建筑尺寸应根据盾构装拆的施工要求来确定。拼装井的井壁上设有盾构出洞口，井内设有盾构基座和盾构推进的后座。井的宽度一般应比盾构直径大1.6～2.0米，以满足铆、焊等操作的要求。当采用整体吊装的小盾构时，则井宽可酌量减小。井的长度，除了满足盾构内安装设备的要求外，还要考虑盾构推进出洞时，拆除洞门封板和在盾构后面设置后座，以及垂直运输所需的空间。中、小型盾构的拼装井长度，还要照顾设备车架转换的方便。盾构在拼装井内拼装就绪，经运转调试后，就可拆除出洞口封板，盾构推出工作井后即开始隧道掘进施工。盾构拆卸井设有盾构进口，井的大小要便于盾构的起吊和拆卸。
2 工程概况
西安市地铁四号线土建工程15标盾构区间包含：凤城九路站～文景路站、文景路站～行政中心站，均采用盾构法施工。凤城九路站～文景路站区间右线在265～410环穿越白桦林居建筑群，洞顶覆土16.0～18.1m，地下水位为拱顶上6.0～6.7m，最大纵坡-5.5‰，该区段最小转弯半径为350m。区间线路穿越重大危险源白桦林居2#楼，该建筑22层高，结构为框架结构，基础为筏板基础，地基处理采用桩基处理，桩基底距离隧道顶8米。穿越过程中容易由于不均匀沉降造成结构倾斜开裂。
白桦林居小区为西安市市委家属楼，小区内居住多为政府公务人员，为了降低地铁施工给大家带来恐慌和不安的负面影响，在穿越白桦林居建筑群实施方案上我们改变了以往对建筑物地面预加固的方案，而是通过试验段搜集相关参数，根据试验段地面荷载换算建筑物荷载，确定穿越段参数，并通过洞内深层钢化管注浆的方式及时填充地面损失量。
3 穿越前试验段参数收集分析
白桦林居建筑群距离该区间凤城九路站始发井397米，为了安全顺利穿越白桦林居建筑群，我们将穿越前的150米划分为三个实验段，分别对三个区段的掘进参数、地表沉降值进行收集分析，为顺利穿越建筑群提供有力保障。
4 穿越建筑群（256～410环)参数控制
在三个试验段数据采集分析的基础上，根据三个试验段的覆土厚度及建筑物作用在地面的均布荷载，初步拟定了盾构机穿越白桦林居高层建筑楼的各项参数，穿越过程中严格控制以下各个环节：
（1）严格控制推力，按照试验段的数据分析值，将穿越过程中的推力控制在1400～1800t，以降低对结构的扰动。
（2）严格控制刀盘扭矩，通过加大泡沫注入量及膨润土注入量等方式做好渣土改良，保证刀盘扭矩小于4000kN•m，防止掘进过程中刀盘扭矩过大造成跳闸停机。
（3）按照试验段参数分析，将刀盘转速控制在1.1～1.4r/min，保证盾构掘进出渣的最佳效果。
（4）掘进速度按照允许通过、降低扰动的原则，在盾构机建筑物时将掘进速度控制在30～50mm/min。
（5）参照试验段土仓压力值与地面监测值对应分析的基础上，考虑建筑物作用在地面上的均布荷载，将上部土仓压力控制在1.3bar以上，以纯土压及气压双重保压。
（6）做好渣土改良，通过采用刀盘和土仓内注入泡沫和膨润土共同改良的方法，按照试验段渣土改良效果及刀盘扭矩值，泡沫注入混合液采用90-95%压缩空气，5-10%泡沫溶液（泡沫添加剂1.5%，水98.5%），每环注入量2m³。根据第三段含粉质粘土地层掘进效果分析，膨润土浆液配比为1:5,（膨润土：水），每环注入2～3m³膨润土浆液渣土改良效果满足要求。
（7）严格控制螺旋输送机转速，保证螺旋输送机出土量与掘进速度及推进过程中出土量相匹配，保证出土量与掘进距离相符合。
（8）按照盾构机操作性能及经验，盾构机的水平姿态左转曲线偏差控制在-50mm以内，垂直姿态根据成型管片上浮量为10～30mm控制在-30～-40mm之间，倾角控制在±3º以内，特殊情况下，倾角不宜超过±5º，否则会引起盾尾间隙过小和管片的错台破裂等问题掘进过程中时刻注意上部千斤顶和下部千斤顶的行程差，两者不能相差过大，一般宜保持在±50mm内；滚动角控制在±3º以内；盾尾间隙在行程达到1500mm时不小于50mm。
（9）盾构穿越过后及时进行二次补浆，对浆液固结收缩形成的空间进行及时填充，补充地层随时，防止基础不均匀沉降，二次注浆压力控制在2bar~3bar，避免压力过大损坏止水条止水效果。
5 结束语
目前国内地铁建设受拆迁成本和施工措施的影响，已进入了地铁建设高成本时期。地铁建设有条件时应尽量避让建筑物，尽量减少拆迁，地铁设计时在要穿越建筑结构下尽可能压低线路，并通过施工控制技术和精细化管理，在不拆迁的情况下完成工程施工，可大大降低工程成本和保障工程工期。凤城九路站～文景路站区间右线在265～410环穿越白桦林居建筑群，累计穿越长度219米，历时19天，建筑物最大沉降-2.36mm，沉降值控制在规范允许的范围内，也是西安地铁富水粉细砂成功层穿越超高层建筑首个案例，为今后在西安地铁类似地层穿越建筑物提供了宝贵的参数经验。
参考文献：
[1]《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003年版）
[2]《地下工程防水技术规范》（GB50108-2011）
[3]《建筑与市政降水工程技术规范》（JBJ/T111-98）
[4]《建筑变形测量规程》（JGJ/8-2007）
[5]西安市地铁四号线15标段盾构隧道，区间岩土工程勘查资料；
[6]西安市地下铁道有限责任公司安全生产管理制度、规定；
论文作者:刘晓迪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/14
标签：盾构论文; 地铁论文; 建筑物论文; 白桦林论文; 建筑群论文; 隧道论文; 凤城论文; 《基层建设》2017年第8期论文;