摘要：本文依托成都地铁6号线土建4标天宇路～犀浦站区间盾构穿越52栋民房施工案例，对盾构在富水漂卵石地层盾构穿越建筑群施工技术进行分析。盾构穿越建筑群主要控制因素包括：盾构机选型、建筑物加固、盾构掘进参数控制、渣土改良技术、应急处置、盾构滞后沉降处置等。
关键词：漂卵石；盾构穿越房屋；渣土改良；滞后沉降处置
目前中国各大中城市均在大力发展轨道交通建设，盾构法施工依靠其特有的优势占据了主导地位。随着地铁建设的深入，后续线路建设将不可避免的与既有建（构）筑物或重要管线产生相互影响，大量的盾构施工实例表明，盾构在下穿建筑物过程中施工控制不当会造成了严重的经济损失和社会影响。本文以成都地铁6号线土建4标天宇路～犀浦站区间盾构成功穿越52栋民房为例，分析盾构在富水漂砂卵石地层盾构穿越建筑群各项施工技术要求，为今后类似地铁盾构施工提供经验借鉴。
1、工程概况
1.1区间及建筑物概况
成都地铁6号线土建4标天宇路站～犀浦站盾构区间，左线长1580.525m，右线长1596.998m。区间埋深9.29m-21.92m，最小纵坡为2‰，最大纵坡28‰，最小曲线半径为450m。其中左线有489米、右线有417米需要下穿52栋房屋建筑群，房屋始建于上世纪90年代，除犀浦大酒店为混凝土框架结构+桩基础（8.5m），其余均为砖混结构+条形基础，基础埋深2m。
图1 天-犀区间盾构穿越建筑群示意图
1.2 水文地质
天宇路站～犀浦站区间盾构穿越房屋段隧道主要穿越密实卵石层。根据对穿越地层颗粒分析实验：粒径＞20mm的颗粒含量为71.8%～75.4%，粒径为2～20mm的含量为11.9%～13.8%，漂石头最大粒径达600mm。
图2 地层中挖出大粒径卵石
根据区域水文地质资料，丰水期历史最高地下水位埋深为地面下2.00m，最高水位年变化幅度约2～3m之间，稳定水位埋深为4.10～5.90m，。
地质特点为高富水、漂卵石含量多、细颗粒含量少、低粘聚力砂卵石地层，对盾构穿越建筑群是一项极大的考验。
2、工程重点难点分析
2.1、区间地层中富含大粒径卵石，极易造成盾构出现卡停现象，刀盘脱困会导致盾构出现超挖，可能造成地面沉降导致房屋沉降、倾斜引发重大安全事故；
2.2、盾构穿越房屋段穿越距离较长（需穿越52栋房屋，左线489米、右线417米），长时间穿越对盾构机设备及人员均是一项严峻考验；
2.3、区间建筑物除了犀浦大酒店为混凝土框架结构+桩基础（8.5m），其余均为砖混结构+条形基础，其中46栋B级房屋，6栋C级房屋，多数建筑物已经出现裂缝，盾构穿越过程中，地层受到扰动会引起建筑物地基产生不均匀沉降，将进一步加剧结构裂缝的延伸，从而对建筑物的安全使用构成威胁。因此，采取切实可行的安全技术措施，控制建筑物的沉降是本工程的难点。
3、盾构穿越前期准备
3.1盾构机选型
根据成都地铁类似盾构掘进经验，本工程采用复合式土压平衡盾构机。左右线分别选用铁建重工和辽宁三三盾构参数盾构施工，具体参数如下表1：
表1 左、右线盾构主要参数表
3.2房屋地表沉降影响分析及盾构施工振动影响分析
由于线路穿越范围内共有52座房屋，因此沉降处与房屋的相对位置可能出现多种情况。为此委托专业机构对沉降所处的位置不同对房屋的沉降承受能力进行建模分析。并委托专业人员对盾构机掘进期间的振动值进行监测测试。（见图3）
图3 房屋沉降建模影响分析及盾构振动影响测试
房屋沉降影响分析结论为：建筑群门窗口为薄弱点易产生开裂，施工过程中须加强对门窗部位的检查。盾构振动影响分析结论为：盾构施工与重载车辆运行引起的地面振动速度幅值均符合爆破安全规程中对砌体建筑允许振动要求。因此，可以认为测试区域盾构施工引起的振动对于上方的自建民房是安全的。
3.3房屋安全性鉴定及入户施工协议
委托具备相应资质机构对房屋安全性进行鉴定并出具房屋安全性鉴定报告，经过鉴定，其中46栋B级房屋，6栋C级房屋。通过与社区居民进行沟通协调，宣传地铁建设和盾构施工的相关知识，积极的处理盾构下穿所带来的问题，取得社区居民的理解和信任，与全部下穿户主（52户）完成房屋调查签字确认及入户钻孔施工协议签订工作。
3.4建筑物预加固
天～犀区间盾构下穿建筑群均为上世纪90年代的房屋，结构类型以砖结构为主，部分区域房屋有加盖现象，入户管线杂乱且大部分均有不同程度的老化现象，穿越区房屋大部分为商业用途，为保证房屋使用安全需对穿越区房屋基础预留加固条件，加固深度为基础底部以下三米的区域。
在距房屋基础1~1.5m位置预留一排注浆加固孔，长度为两侧隧道轮廓线外各延长6m；注浆孔水平间距1m，孔深至房屋基础底3m。如现场管线影响注浆孔定位，可根据实际情况进行调整，如图4所示：
图4 地面预留注浆孔及注浆范围示意图
4、盾构穿越建筑物主要技术
4.1盾构掘进参数控制
严格贯彻落实“控制欠压，充分注浆，深层量测，主动防护”十六字方针。盾构施工的关键是掘进参数的合理选择。：根据地质环境和施工条件的变化，严格控制和灵活调整盾构掘进参数，主要包括土仓压力、出渣量、刀盘转速和扭矩、掘进速度、推力、注浆压力、流量等。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的渣土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化。根据标段所用机型不同，对两种盾构机掘进参数分别给予设定，见表3、表4：
表3 铁建重工盾构掘进参数表
4.2渣土改良
盾构在富水砂卵石地层中掘进，进行渣土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速掘进的一项必不可少的技术手段。通过大量的实验，针对地层中细颗粒较少这一现状，确定了泡沫剂+膨润土+水这一主要改良方式，提高土仓中砂卵石土的流塑性和止水性，防止涌水、涌砂现象发生，保证开挖面稳定，建立土压平衡，从而保证盾构正常掘进。对于地质状况特别恶劣，地层内细颗粒极少渣土离析严重等状态，采用惰性砂浆进行渣土改良。主要改良方式选择如下表5：
表5 盾构渣土改良统计表
4.3注浆管理
注浆是保证盾构在施工过程及后期地表安全非常重要的一道工序，本次盾构穿越建筑群主要采用：同步注浆、二次补浆以及盾体注浆三种方式。
同步注浆：最大限度利用同步浆液对管片与土体间隙进行填充，控制好同步注浆浆液方量及质量。同步注浆的方量控制在6~10方，注浆压力2~3bar，浆液的初凝时间控制在4~6小时，同步注浆浆液配比如下：水泥：200，沙：800，粉煤灰：400，膨润土：80，水：390。
二次注浆：作为同步注浆的一个必要的补充，在穿越建筑群过程中使用双液浆进行二次注浆。每一环在脱出盾尾5-8环的管片及时进行二次补浆，注浆压力2.5-3.5bar，凝固时间控制在45~60秒，配比如下：水泥浆液水灰比为1：1，水玻璃与水的水灰比为1：2，两种液体的比例为1：1。
盾体注浆：在盾构穿越建筑群房屋期间，出现超挖时或遇到软弱地层时，及时通过前、中盾径向预留孔往空隙里注入惰性砂浆填充缝隙可以有效控制地表沉降。
4.4出渣管理
根据盾构出土量计算公式Q=1/4×π×D2×S×K（其中Q为方量，D为开挖直径，s为掘进长度，K为松散系数），根据现场实际取：D=6.28m，s=1.5m，k=1.2，即得出每环实际出渣量Q=56m3。为确保盾构施工安全可控，制定多出渣及地面沉降处理措施：
4.5.1、单环出土量超方小于等于3m3，增大同步注浆，补充同步砂浆，待超方位置脱出盾尾2环后，通过管片上部注浆孔向地层内进行二次注浆（砂浆）；
4.5.2、单环出土量超方3~5m3，在增大同步注浆量的同时，在超方位置脱出尾盾2环时，通过该位置管片上部注浆孔向地层内进行二次注浆（砂浆）以填充地层，待脱出尾盾6环后，通过该位置管片部注浆孔进行二次注浆（双液浆），加强地面监测；
4.5.3、单环出土量超方大于5m3，或3环累计超方量大于10m3，立即停止盾构掘进，对超方位置进行处置，对空洞位置回填处置完成后方可恢复掘进。
4.6盾构卡刀盘管理
因为盾构所处地层为漂卵石地层，在遇到地层大粒径卵石含量大细颗粒少、盾构异常情况长时间停机、盾构超方后土体松散、渣土改良差等各不利因素影响下，均可导致盾构刀盘被卡。制定的应对措施如下：①正反转刀盘进行脱困；②采用伸缩油缸方法进行脱困；③采用出渣脱困；④采用惰性砂浆（或膨润土）保压置换进行脱困；⑤盾体倒退进行脱困；⑥如上述方法均无效则进行降水或带压开仓清仓进行刀盘脱困。
5、盾构穿越后保障措施
5.1二次注浆
为了避免同步浆液凝固收缩，而导致可能出现的空隙，造成地层下沉，穿越完成后对房屋段再次进行洞内二次注浆加固，每3环一注，稳固管片及地层，并对超方区域进行深孔注浆加固。
5.2顶管深孔注浆
在盾构通过建筑物后，通过增加注浆孔特殊管片及时进行洞内径向深孔注浆，管片径向3m范围；洞内注浆采用单液水泥浆，水灰比为1：1，注浆压力不大于0.5MPa。
5.3地质雷达探测
在盾构穿越完成后，对完成段建筑群进行地质雷达探测，频率为每月进行一次，若探测结果存在异常情况，及时采取地面探孔回填及隧道内注浆等措施进行加固，却把建筑物安全。
图5 顶管深孔注浆、地质雷达扫描
6、盾构穿越实际效果
天～犀区间自2018年7月7日开始穿越建筑物群，2018年9月27日完成全部建筑物群穿越施工，所有房屋均未出现异常情况，建筑物沉降已稳定，现场安全可控。
盾构掘进施工进度如下表6：
表6 天～犀区间盾构穿越房屋进度统计表
图6 建筑物沉降示意图
7、结束语
在富水漂卵石地层穿越建筑群，盾构施工稍有不慎就会造成严重的经济和社会影响。提前了解建筑物及地质的实际情况，制定相应措施。精心做好施工前的准备措施，严格控制住穿越过程中各项技术措施，完善盾构穿越完成后各项保障措施，安全顺利的完成了本次盾构穿越。
参考文献：
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[3] 杨书江，孙谋，洪开荣.富水砂卵石地层盾构施工技术[M] 人民交通出版社2009
[4] 杨书江，孙谋，洪开荣.富水砂卵石地层盾构施工技术[M] 人民交通出版2009
论文作者:马干
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/17
标签：盾构论文; 地层论文; 注浆论文; 房屋论文; 卵石论文; 建筑群论文; 建筑物论文; 《基层建设》2018年第36期论文;