中铁十局集团有限公司 山东省济南市 250101
摘要：目前，国内城市轨道交通快速发展，盾构机因施工速度快、安全可靠、无污染等优势而得到广泛应用。本文结合工程实例，介绍盾构机在复杂地层下穿越建筑群时采取的技术措施。
关键词：盾构机；下穿；建筑物；技术
1．工程概况
1.1工程范围
火车南站～科华南路站区间隧道长约980m，两条单线隧道线间距12.00m～16.00m，最小曲线半径450m；隧道线路埋深为16.19m～28.54m，线路纵断面最大坡度为29‰。
1.2工程地质
1.3水文情况
本区间地下水主要有三种类型：一是赋存于填土层的上层滞水，二是第四系砂卵石层的孔隙水，三是基岩裂隙水。卵石土层中孔隙水渗透性好，为强透水层，渗漏系数K=20m/d。
2.砂卵石地盾构下穿建筑物危险性分析
2.1下穿建筑物情况介绍
本标段盾构下穿建筑物众多，其中风险性较高的主要集中在火科区间盾构在砂卵石地层中连续下穿和平小区二期（1栋、2栋）、和平佳苑（1栋、2栋）、南铁新居（1栋、2栋、5栋）、和平小区四期（1栋、10栋）等9栋建筑物。
2.3风险性分析
盾构掘进不可避免会造成地表沉降，在成都地铁特有的富水砂卵石地层中，由于砂卵石层在一定的条件下在较长时间内有一定的自稳能力，因此，沉降具有很强的滞后性。所以防止滞后沉降是保护建筑物安全的一个重要手段。
根据实地调查该处9栋建筑物大部分为2002年左右时间建造，经过5.12大地震的影响，部分房屋出现了裂缝，部分楼层甚至出现了贯通缝隙，建筑物沉降控制标准要求较高。
隧道在该处平面为R=450m的曲线，曲线半径小，盾构在砂卵石地层中，由于在掘进过程中会对地层产生扰动，可能造成地表建筑物沉降、开裂、倾斜，直接影响到地面建筑物正常、安全使用，对建筑物内工作人员或周边人群的生活秩序、人身安全、财产安全造成一定危害。所以盾构下穿风险性极高，判定为重大危险源。
3、盾构下穿房屋施工流程及过程控制
3.1盾构下穿房屋施工流程图
图3-1 盾构下穿房屋施工流程图
3.2下穿前技术准备工作
（1）地质补勘
盾构下穿建筑物群前，对该段地层进行地质补勘，通过与原地勘资料相比，地质基本相同，无地层突变带。
图3-2 地质补勘及取芯照片
（2）房屋入户调查及鉴定工作
盾构施工前，对盾构下穿范围内房屋的基础资料、结构形式在成都市档案馆进行查询，并与设计图进行比对，有无差异。进行入户调查拍照取证，并聘请有资质的单位进行鉴定。调查取证，邀请有资质的单位进行房屋鉴定。同时对房屋有裂缝的位置贴上见证纸条，并加盖见证章，用尺量裂缝宽度并拍照留底。
（3）建筑物预加固工作
盾构机穿越房屋前，为防止盾构机穿越房屋时对房屋下层土体扰动和多出土而造成房屋沉降、倾斜等，需提前预注浆。预注浆一般在盾构机穿过房屋前至少15天进行，采用单液注浆机进行注浆，注浆压力一般为0.5～0.6Mpa，地面预注浆浆液由水、水泥配制而成，其配合比为：水：水泥=1：0.8。同时注意预留一部分注浆孔作为应急注浆孔，待盾构掘进异常时，及时补充注浆。
图3-3 房屋预注浆加固示意图
（4）监测点布设
对盾构穿越范围布设监测点，并针对盾构隧道影响范围内房屋布设建筑物监测点、进出建筑物时在隧道中心线上布设分层监测孔，深度为隧顶以上5米处。分层监测孔的目的在于敏感性高，能立即测出地层真实沉降，便于及时采取相关措施。
图3-4建筑物监测点及分层沉降孔布设
（5）宣传教育工作
项目与社区居民代表召开座谈会，做好社区工作，争取社区居民的支持。
3.3盾构正式掘进
（1）渣土改良
盾构下穿建筑物段采用以泡沫改良为主，遇含砂层辅以膨润土的改良方式。泡沫选用BASF泡沫，膨润土选用优质钠基膨润土。
（2）出土量控制
出土量控制必须采用体积和重量双控措施。每环出土量控制在55m3为佳，上下偏差最大不超过2m3。每车出土量（15 m3）须与相应的推进距离（0.41m）及时对比复核。一环渣土重量平均在110t左右。如遇超方等异常情况，及时进行地面跟踪注浆。
（3）掘进参数控制
（4）注浆管理
盾构下穿建筑物段注浆分为同步注浆、二次注浆、地表跟踪注浆。其中过建筑物段管片增设注浆孔，由每环6个注浆孔增加至16个，增强二次注浆封环效果，二次注浆一般在盾尾后4环开始实施，每隔5环打一个环箍。同步注浆量增至每环8m3，地面预留注浆孔在盾构通过后及时补充注浆。
4.实施效果验证
火科区间盾构双线历时两个月，最终于2015年1月2日前顺利安全下穿和平小区四期、南铁新居、和平佳苑、和平小区二期等九栋居民楼，最大沉降量1cm，沉降设计控制值2cm，施工过程中未出现预警现象，盾构掘进参数、管片拼装质量等各项参数控制良好，为此地铁公司特发函表扬。
5.施工中存在的问题及解决措施
虽然盾构下穿建筑物整体控制情况较好，未发生建筑物沉降预警、地表沉降超限等安全事件，但盾构整体施工过程中还是出现了一些问题，值得我们反思，在这里简要做一下介绍。
事件一、火科区间管片姿态超限
问题描述：项目部测量员对火科区间贯通前150m盾构姿态进行复测时，发现盾构接收目标垂直姿态与接收洞门垂直姿态相差10cm，后经与第三方测量及设计单位确认，区间里程DK20+380处（下穿建筑物段），为普通道床与浮制板道床的分界点，道床结构高度从840mm（普通）提高为940mm（浮制板）。但测量人员未能有效领悟设计意图，仍按照普通道床高度计算隧道中心高程，导致盾构下穿浮制道床板段计算轴线比设计轴线偏高10cm，经过管片姿态实际复测，该段管片实际姿态最大偏差+158mm，管片姿态超限。
原因分析：
（1）图纸审核不严，与设计沟通不及时，轨面高程复核完毕，确认无误后，反推隧道中心里程时，直接参照图纸说明，统一按1860mm取值，未能真正有效领会设计意图，浮制减震道床需加厚10cm，计算该段隧中取值应按1760考虑。
（2）三级复核把关不到位，虽然隧道计算轴线经过监理和第三方测量人员复核，但复核人员同样经验缺乏，未能真正理解浮制道床板和普通道床板的区别，导致该问题一直未被发现。
（3）测量人员未能及时与相邻标段联测复核，导致发现该问题的时间过长，延误了最佳纠正时机。
解决措施：及时与业主、监理、设计单位联系，对该段侵线范围线型进行调坡，对左、右线DK20+400～DK20+200范围的纵坡由原8‰调整为8.8‰，将DK20+200～DK19+930范围的纵坡由原28‰调整为27.3‰。同时加强技术人员的学习和教育，避免犯类似措施。
事件二、琉科区间右线盾构掘进参数异常及钢护筒事件
异常情况描述：琉科区间右线盾构掘进不顺利，平均单日产量只有4环左右。该段地层主要为中风化泥岩，泥岩天然饱和强度为1.57Mpa，基岩裂隙水特别丰富。隧道位于下坡段，隧道纵坡坡度为20‰。掘进异常情况如下：
（1）同步注浆量异常
掘进过程中，同步注浆将液量过大，由每环设计方量6方提高至9.5方左右，但管片开孔还是存在空洞、漏水、漏气等现象。
（2）管片上浮量异常
通过管片姿态测量，管片上浮量平均在60mm，最大可到8～10cm，管片资料不好控制。
（3）管片壁后开孔喷水喷气现象
对成型管片开孔注浆时，发现有喷气、喷水现象出现。打开球阀首先出现喷气现象，随后开始喷水。喷出的水带有部分泡沫，有一定水压力，持续放水几小时后，未见有水压减小趋势。
图5-2掘进喷涌
（5）盾构掘进参数异常
盾构掘进推力大，达到1800t左右；掘进速度慢，不到2cm/min；扭矩平均3300KN.m左右。
异常情况原因分析：
（1）泥岩裂隙水异常丰富，而管片上方过水通道又无法完全封闭，一旦长时间停机，盾尾后方的水不断汇至掌子面，导致土仓内大量积水，盾构掘进时渣土无法有效改良，导致喷涌。
（2）盾构掘进时土仓压力设置偏小，导致后方的水涌向前面，加剧喷涌现象。盾构停机保压时，压力过小，导致后方的水涌向刀盘，加剧盾构复推时喷涌现象。
（3）没有对脱出盾尾的管片进行多次补充注浆，认为环环跟进注二次浆液，效果已达到，其实注浆过程中很多浆液已流窜至刀盘前方，没有真正有效封闭管片后方过水通道。
（4）刀盘中心区域已结泥饼，造成切削下来的土不能有效拌合，造成喷涌，掘进参数异常。
图5-5现场更改同步注浆管路及二次补注浆照片
（4）开仓清泥饼措施
右线盾构选择在363环地面空旷处进行开仓检查刀具，通过开仓发现刀具情况良好，盾构中心回转区域、刀盘面板结泥饼现场较为严重，同时发现刀盘前方顶着一张1cm厚的钢板（长宽3*0.6m），将钢板取出后，发现是钢护筒，通过判断，是科华南路站降水井施工时掉下去的钢护筒。
盾构复推后，各项参数正常，单日平均产量达到8～10环左右，喷涌问题也得到有效解决，只要不出现长时间停机，盾构基本不发生喷涌。
图5-8现场开仓刀具照片
6、总结
盾构在不同地区砂卵石掘进，地层是有很大差异的，不能照搬。关键是施工前准备工作一定要充足，做好地质、管线、建筑物调查取证工作，再进行详细比较和分析，制定合理的技术参数和施工措施。施工过程中根据现场情况时时调整技术参数，做到动态管理。
盾构穿越房屋之前的房屋入户调查和房屋鉴定工作必须要做，房屋鉴定报告往往能够在关键的时候起到关键性的作用。
穿越房屋前注浆机，钻孔机、水泥、水玻璃等应急物资设备必须提前置于施工现场，并做好相关准备工作，盾构掘进过程中一旦出现异常，应马上在地面进行找孔、打孔注浆，保证在空洞没有反应到地面上以前及时对空洞进行注浆填充。
在盾构穿越房屋需进入社区注浆前，必须要与社区主任或相关社区领导做好沟通协调，并与小区业委会协商好各个细节，做好宣传工作。
盾构机穿越房屋前必须停机检查机械，保证设备的完好性，确保盾构机能够连续快速地掘进。
最后，盾构施工工作任重道远，施工过程中遇到的每个困难，都是一个艰难的过程，都是经过不断的实践，才能找到最优方案，对如何完全控制好盾构施工，我们还需要用更多的时间去进一步探索和研究。
参考文献
[1]张凤祥、傅德明、杨国祥编著《盾构隧道施工手册》，北京，人民交通出版社，2005.5。
[2]段浩、宋天田编著《盾构法施工难点及措施》第四届中日盾构隧道技术交流会论文专辑，228-233页。
论文作者:李仲峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/10
标签：盾构论文; 管片论文; 注浆论文; 建筑物论文; 房屋论文; 隧道论文; 卵石论文; 《建筑学研究前沿》2018年第12期论文;