中铁十七局集团第二工程有限公司 石家庄 050080
摘要：本文通过石家庄地铁某盾构区间在砂卵石地层中穿越危房施工的工程实例，以本工程盾构在砂卵石地层中施工对地层扰动大、穿越危房风险高等两个主要特点为重点研究对象。通过制定相关技术措施，并辅助到达房角前100环的施工，来总结选取最适合的施工参数；并不断完善盾构在危险区段施工的各项管理制度和经验，制定最优的管理模式用于穿越危房施工。经过探索和总结，制定了穿越期间的管理措施和技术参数，并用于实践，将房屋沉降控制在6mm以内，取得了成功。对于类似工程具备一定的借鉴意义。
引言
盾构区间因其施工速度快、安全性高、成本相对低等众多优点，在城市地铁施工中应用越来越广泛。但由于城市规划等原因，新建地铁线路（特别是主城区）不可避免的要穿越既有建筑物。对于在地层较好、房屋完整性好的情况下，盾构穿越尚不存在太大难度，但对于在砂卵石地层中施工，盾构对地表扰动大的情况下，穿越上世纪50年代修建的砖混结构确实存在一定的难度和风险。
1、工程介绍
1.1 工程概况
东里站～槐安桥站区间位于中华南大街下，呈南北走向。区间在里程DK7+709.314～DK7+765.213位置下穿三楼民房。右线从房屋边通过，右线隧道边距离房屋最近为3.64m；左线下穿房屋，下穿距离40m。盾构区间在该位置埋深约17.5m。房屋与隧道的相对平面位置关系详见图1。断面关系详见图2。
1.2 地质水文情况
该区间从地表开始地层依次为杂填土、素填土、黄土状粉质黏土、粉细砂、中砂、粉质黏土、粉土、细砂、粉细砂、含卵石中粗砂、中粗砂、粉质黏土，在穿越房屋阶段盾构基本在全断面含卵砾石中粗砂层中通过。地下水位在地面以下40m左右。
2、工程重难点分析
2.1 房屋建设年代久远，抗风险能力低
该房屋为石家庄市第十一中学家属楼，修建于1957年，为砖混结构，基础为普通条形基础。房屋内外已出现多条裂缝，根据专家对方案论证的意见：该房屋允许沉降值如下：单日沉降2mm，累计沉降10mm。超过70%预警。
2.2 隧道穿越土层为全断面砂卵石
盾构在全断面砂卵石层中掘进，在土层中掘进有如下特点：①在砂层中盾构土仓压力维持困难，②在砂卵石中推进，盾构推进速度慢，③盾构推进引起地层及建筑物的振动，④对周围居民生活及办公区的影响；⑤振动传播到地表建筑或地基，增大了低频共振的可能性。
3、关键技术控制
3.1 减少盾构施工引起的地层损失
（1）严格控制土仓压力，确保掌子面土体稳定
根据在石家庄地区类似地层中施工的实验数据，土压力设定一般为理论土压力的1.2～1.3倍，在该土压力下地表沉降一般可控制在10mm以内。本次初始掘进时土压力按照理论土压力的1.25倍进行设定。
实验发现，在粘性土层中施工时，盾构土压力可以得到较好的保持。但在砂性土中次之，在砂卵石中更次。为此，在实际施工中，采用加泥加泡沫同时对土体进行改良，在设定土压力的情况下，充分利用泡沫的气压来维持土仓压力，在现场实际操作中起到了一定的作用。
（2）合理设置推进速度，减小单次纠偏量
考虑到在全断面砂卵石地层中掘进时，推进速度相对缓慢，在穿越房屋阶段施工时，推进速度一般控制在10～15mm/min。尽量控制推进速度保持均衡，切记时快时慢。匀速通过房屋区。
在穿越房屋阶段，严格控制纠偏量和纠偏次数。原则上每环纠偏量不宜大于2mm，每一次纠偏至少间隔40cm。故在盾构到达房屋影响区范围前，一定要将盾构姿态调整至良好状态，以确保盾构机在穿越房屋阶段能有良好的姿态。
（3）严格控制同步注浆量和注浆材料
为保证在穿越房屋阶段的施工质量，宜选用收缩量少、具备一定强度、初凝时间中等的浆液用于施工。为此，通过前期实验，选用厚浆进行施工。厚浆每环（1.2m环宽）注浆量控制在4方左右。厚浆配比见下表。
表1 厚浆配合比
（4）二次注浆跟进，减少后期沉降
同步注浆完成后，随着时间的推移，浆液收缩必将造成地层损失，从而加剧地表沉降。为此，二次注浆显得异常重要。原则上，危险区间必须在每环都进行二次注浆。为保证可硬性浆液不包裹盾尾，一般二次注浆从倒10环以后开始进行。浆液一般采用水泥浆，配比为水泥：水=1：1。
3.2 降低盾构施工引起的地面震动，减少对住户的干扰
（1）震动分析
通过实验发现，盾构机在砂卵石层中施工时，会不同程度上引发地面震动。根据研究结果显示，刀盘震动影响区域为25m，主要影响范围为刀盘至刀盘前25m范围，在盾构管片与土体接触位置影响最小，刀盘与土体接触位置震动最大。
（2）控制措施
实验证明，刀盘转速越快，造成的震动越大。为此，必须放慢刀盘转速以减少对盾构刀盘对土体扰动而带来的震动。为保证盾构正常施工速度，刀盘转速控制0.8rad/min为宜。
3.3 工艺改进
（1）改进二次注浆浆液配比及注浆时间
二次注浆的通常做法是在盾尾后第十环管片位置开始进行二次注浆，其主要原因是为防止二次注浆用的水泥浆窜至盾尾，将盾尾包裹住使盾尾失去作用。但等到在第10环开始注浆时，时间偏晚。此时同步注浆浆液已经收缩，空隙的出现将逐步导致地表沉降。
因此，在实际操作做将二次注浆浆液调整为惰性浆液，主要由膨润土、粉煤灰两种材料组成，其配比如下：膨润土：粉煤灰：水=0.2：0.5：1。采用该惰性浆液最大的作用是可以大幅度提前二次注浆的时间，在盾尾后4环位置就可以开始操作，注浆压力一般控制在0.4MPa以内。等到倒数第10环时在采用水泥浆进行二次注浆。增加该工艺，可以提前至少24小时对间隙践行二次填充，减少了空隙存在时间，有效的降低了地面沉降。
（2）采用膨润土、泡沫同时进行渣土改良
盾构在砂卵石地层中施工时，由于土体粒径大，经实验采用泡沫剂进行改良效果特别不明显。经调整后，采用膨润土浆液作为土体改良的主要改良剂，让膨润土与砂卵石地层进行充分的搅拌改良后，在通过土仓进入螺旋机。不仅保证了出土顺畅，也在一定程度上降低了刀盘扭矩。
由于在该地层施工时，土压建立困难，在进行土体改良时，仍注入一定量的泡沫剂。可以借用部分泡沫产生的气压来提高土仓压力，对保压有辅助作用。
4、管理措施
4.1 试验段先行，总结经验
（1）参数模拟调整
在穿越房屋施工前，选取到达房屋前100m长度作为试验段，根据专家意见设定施工参数用于盾构施工。通过前100m盾构施工，经过不断的实验、反馈、调整，摸索最适合的参数用于下阶段穿越房屋施工。
（2）人员管理措施
在前100m试验段施工时，按照穿越房屋的情况进行组织管理。抽调业务能手投入本条区间作业。同时安排项目领导、各部门人员参与施工组织管理，并实施应急演练并对效果进行反馈。查找并总结存在问题并进行改进，在正式穿越前完善各种组织措施和管理办法。
4.2 设备管理
通过试验段推进，准备掌握设备的性能情况，准确设备的易损部位。首先在到达房屋前20m时停机，对设备进行全方位的检修、保养及维护，并更换状况不好的零部件。组织设备维修人员反复练习易损部分的修理能力，以便在设备损坏时能及时更换。在现场准备充足易损件，保证能及时更换。同时要求盾构设备厂家派人进驻现场，共同参与穿越全过程的保驾。
4.3 信息化管理
（1）监测管理
盾构施工时，监测管理尤为重要，只有准备掌握房屋沉降情况，才能为盾构施工提供准备的数据，盾构操作人员根据房屋沉降的反馈结果来调整施工参数，确保房屋安全。同时也根据房屋沉降数据评估房屋的安全程度，保护人民群众生命财产安全。
为准备掌握房屋变化情况，将监测频率进行加密。由每天1～2次/天加密至4次/天，平均6小时/次。如发生预警情况，将加密至2小时/次。数据采集完成后，现场计算数据，用手机拍照后上传至QQ群共享，并由井上技术人员电话通知司机及井下技术员。每次监测数据形成后由技术负责人组织召开分析会，制定下阶段施工措施并下达施工指令。
（2）信息传递
为确保整个穿越房屋期间信息传递畅通，制定了参建人员联系电话表并下发至每人。并建立QQ群，所有纸质信息可由各专业负责人在群内发送，必要时电话传达。并规范逐级上报程序，保证信息的有效、及时共享和传递。
5、实施效果
本工程于2014年7月5日开始，在2014年9月30日刀盘到达距离房角20m位置，经过25天紧张施工，于2014年10月20日盾尾拖离距离房屋20m位置。在整个施工过程中，对房屋进行密切监测，数据显示房屋最大沉降值为6mm。施工过程中未出现预警情况，顺利的穿越了房屋。盾构施工阶段房屋变形见表2。在施工过程中，设备未出现大的损坏导致停工。
6、结语
本文通过对盾构在砂卵石地层中穿越危房的施工案例，针对工程特殊性和重难点的进行分析，运用了一系列技术措施和管理手段，取得了一定的成功，得出如下几项经验：
（1）穿越重要建（构）筑物前，如有条件应进行试掘进；在实验中摸索施工参数，磨合管理团队，对于后续正式穿越施工具有极大的指导意义。
（2）设备及人员保障是穿越施工的最重要前提，穿越前设备的全面检修、易损件的储备及经验丰富的操作人员和设备维修人员的全过程参与是必不可少的。
（3）监测的顺利开展在穿越风险源时尤为重要，在该阶段施工时，监测频率必须增加。为保证数据的真实性和准确性，必须保证监测人员的数量（防止人员过于疲惫出错或造假）。为保证数据的及时性，建议现场计算出速报，通过QQ、微信等平台第一时间传送监测数据。
（4）在穿越施工时，一定要严格执行操作指令作业。信息传递、反馈及时准确。
（5）在粘性土中施工时，渣土改良宜选用泡沫剂；砂性土或砂卵石地层中施工时，宜选用膨润土进行改良。为减小对地层扰动，减少地层损失，在砂卵石中施工时，应尽量放慢速度、降低刀盘扭矩，让盾构缓慢、匀速穿越。
（6）盾构注浆是盾构施工的一大关键环节，是控制地表及地面附着物沉降的主要手段。在危险区段，建议采用厚浆或准厚浆进行同步注浆；在确保盾尾安全的情况下，二次注浆尽可能提前，可选用非可硬性浆液用于施工。
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论文作者:邓意军
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/18
标签：盾构论文; 房屋论文; 卵石论文; 浆液论文; 注浆论文; 地层论文; 层中论文; 《基层建设》2017年2期论文;