中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430062
摘要：地铁建设由于线路形式的特殊性，不可避免的要穿越房屋、桥梁、管线或其他重要建筑物，因此盾构施工过程中对建筑物、管线等的保护就显得尤其重要。盾构隧道在富水粉细砂地层中施工，不同的地段采取的措施及推进参数也不尽相同，本文针对长江漫滩区的富水饱和粉细砂地层，布设监测断面，对盾构穿越老旧棚户区施工对地层及建筑物影响进行分析，为类似地层盾构施工提供参考。
关键词：棚户区；建筑物沉降；饱和粉细砂
1 工程概况
黄浦路站～徐家棚区间为单洞双线隧道，长3185.545m，隧道外径12.1m。区间采用盾构法施工。江中段长度约1400m。区间隧道覆土10.1～39.9m，江中段覆土12.2～21.2m。隧道主要埋置于4-2粉细砂层，局部切入基岩。采用一台大型复合式泥水平衡盾构自徐家棚站始发，黄浦路站接收、吊出。
黄浦路站位于解放大道和芦沟桥路交叉路口东侧，沿芦沟桥路敷设，芦沟桥路道路红线宽30m。黄浦路站为与轻轨1号线换乘站。越江隧道线路出黄浦路站后直行沿芦沟桥路至汉口江滩，线路以R=800m、R=805.3m半径右偏在二桥上游约450m处下穿长江进入武昌后，沿团结路在接近和平大道时线路以R=705.3m、R=700m半径左偏斜穿和平大道至733地块内的徐家棚站。左、右线线间距为5.3m，平面最小曲线半径为R=700m。
1.1 工程地质
越江段隧道所穿越的地层复杂多变，具有多种地质形态，且分布不均。越江隧道在长江两岸共计约2100m穿越地层上部为软土层，下部为粉细砂层，对刀具磨损较轻；江中部分地段段上部为粉细砂层，下部为风化岩等复合地层，主要包括：约495m的Q4圆砾土；约1370m的（15b-1）强风化砾岩；约750m的（15b-2）弱胶结砾岩层；约430m的（15b-3）中等结砾岩，且3种岩层上下重叠。
1.2 水文地质条件
武汉地区地表水系发育，河湖密布，长江武汉河段的水量、砂量主要来源于上游干流和汉江支流，其水沙变化受水文年的随机影响，没有明显的变化趋势。
根据含水介质和地下水的赋存条件，区内地下水可划分为上层滞水、松散岩类孔隙水、基岩裂隙水三种类型。上层滞水主要赋存与两岸的人工填土中，接受大气降水和供、排水管道渗漏水垂直下渗补给；松散岩类孔隙水主要赋存与第四系砂土层中，为本场区主要含水层，与长江具有密切水力联系；基岩裂隙水主要赋存于中~微风化基岩裂隙中，补给方式主要为上覆含水层的下渗补给，具承压性。
1.3 施工重难点
1.3.1 车站与区间规模大、交叉多且共用施工场地，工程筹划、组织能力要求高
本标段车站总体概算6.7亿，区间概算6.9亿，规模均较大。区间需要车站提供西端盾构井及部分车站结构进行始发；车站需要等待区间施工结束后施做部分出入口及风亭结构，施工接口多；5号线车站与区间盾构在统一场地内施工。对承包商工程筹划及组织能力提出了较高要求。
1.3.2 区间长距离穿越复合地层，施工难度大
越江隧道在江中1100m长距离穿越复合地层，上部为软弱透水的粉细砂层，下部为强风化砾岩、弱胶结砾岩及中等胶结砾岩，岩层在隧道掘进断面所占比例超过70%，地层呈明显的上软下硬态势，施工难度极大，被称为盾构施工的“癌症”地层。
1.3.3 区间隧道埋深变化大、水压大
隧道最大埋深35.5m，最小埋深10.49m，水土压力变化大；穿越地层以透水性强的粉细砂地层为主，断面最大水土压接近6bar，要求盾构承压能力强。
1.3.4 区间施工内容多，相互影响大，工期十分紧迫
越江隧道不同于其他双线单洞地铁隧道，在设计上增加了复合二衬。由于二衬的增加，导致区间隧道施工内容大增。在盾构隧道掘进的同时，需要同步施做二衬底板、拱墙及牛腿，隧道贯通后还要施工中隔墙、烟道板及疏散平台。施工内容多，相互影响大，施工周期长，工期压力极大。
1.3.5 区间岸上段环境复杂，穿越建（构）筑物众多，沉降控制要求高
轨道交通8号线为连接汉口、武昌的骨干线路，线路穿越地段为武汉市区。越江隧道汉口岸边段沿卢沟桥路两侧敷设，道路两侧高楼林立；武昌岸边段大部分在徐家棚老旧棚户区，施工存在以下难点：
（1）盾构隧道始发即穿越武昌徐家棚街棚户区，距离较长，且建筑物年代较早，结构复杂、基础形式较差，多数存在墙体开裂、墙皮脱落等现象；
（2）穿越地层为全断面粉细砂地层，穿越建筑物影响范围广，地面沉降控制要求高，如果通过盾构掘进控制等措施，保证建筑物沉降满足要求，是施工重点；
2 监测断面布设
为研究超大直径泥水平衡盾构施工对地表沉降及穿越户棚区建筑物、管线的影响，将区域设定为盾构推进试验段，在试验段内对盾构施工诱发的地表沉降进行原位监测，并将记录数据用于进一步研究。试验段内监测断面间距为10m，每断面根据周边情况布设8测点，测点间距3~5m。
3 盾构施工对地表沉降影响
3.1 地表沉降纵向发展
图1为DC03监测断面上地表沉降纵向发展情况，图1中竖向实线对应切口达到、盾尾脱出等监测断面的时刻。
从图1可以看出，盾构隧道进洞段掌子面破除至切口达到前地表呈沉降趋势，DC02断面切口到达时最大沉降-3mm。DC05断面切口到达时最大沉降-2.5mm；盾构推进过程中因粉细砂地层易扰动及注浆压力过大等原因，各监测断面整体呈快速隆起趋势，DC03断面最大隆起量20mm，DC04最大隆起量30mm；随后受土体固结、蠕变以及盾尾注浆自身的固结收缩影响，地表沉降呈下降趋势，脱离盾尾30m以后，地层变形趋于平稳。
3.2 地表沉降横向分布
图2为DC03监测断面盾尾脱出40m时的横向地表沉降槽形态，横纵坐标为DC03断面各监测点离隧道中线距离，纵坐标为地表沉降变化值。由图可知，盾构推进过程中形成沉降槽明显，最大沉降隆起15mm，在横向40m范围内沉降明显。
4 盾构施工对棚户区建筑物影响图3为盾构穿越部分建筑物累计变形值，横坐标为日期，纵坐标为建筑物陈累计变化量，由图3可以看出，盾构在穿越棚户区过程，建筑物整体呈先隆起后下沉趋势，周边建筑物沉降最大隆起量约14mm，随后变形呈下降趋势，累计变形在-10mm~10mm以内，整体在可控范围之内。
5 结论
通过粉细砂盾构区间穿越棚户区过程地表沉降及建筑物沉降进行变形监测，总结分析如下：
（1）盾构切口到达前，地表沉降整体呈下降趋势，但沉降量较小，约3mm，切口到达后地层呈快速隆起状态，最大隆起值约30mm，盾尾穿越后，地层隆起趋势变小，盾构穿越30m以后地层变形趋于平稳；
（2）地表沉降横向变形沉降槽明显，隧道中线40m范围内沉降变形较大；
（3）盾构推进过程中建筑物整体呈先隆起后降低趋势，最大隆起值15mm，盾尾穿越后建筑物呈降低趋势，最大沉降值在15mm~-10mm范围内，由于棚户区建筑年代较久远，在施工过程中，应控制建筑物差异沉降。
参考文献：
[1]李发勇. 粉细砂地层盾构施工风险分析与应对措施[J]. 隧道建设，2009，29（6）：668-673.
[2]孙谋. 可液化地层盾构施工技术[J]. 隧道建设，2008，28（3）：309-313.
[3]马继周. 盾构长距离穿越民房沉降控制措施[J]. 市政技术，2011（2）：90-92.
[4]杨世彦. 杭州软弱土层盾构穿越民房技术控制措施[J].隧道建设，2011，31（S2）：148-151.
[5]毛志轶，李发勇，杨琼鹏. 富水饱和粉细砂地层盾构穿越建筑物沉降控制技术[J]. 隧道建设，2012，32（S2）：72-78.
论文作者:隗建波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/13
标签：盾构论文; 地层论文; 隧道论文; 细砂论文; 断面论文; 建筑物论文; 地表论文; 《基层建设》2017年第18期论文;