摘要：建筑结构与城市既有结构交叉时，地铁盾构区间施工对建筑结构安全产生一定的影响，合理选择施工顺序及设计方案是保证先期施工结构安全的有效措施。通过对盾构区间对即将施工的某些建筑结构的安全影响进行分析，结果可知，采用地铁盾构下穿既有结构运营线保护技术和方案更能保证上部结构的安全。
关键词：地铁盾构；建筑结构；桩梁结构
前言
在地铁建设过程中，盾构法以其独有的优点，在施工方法中所占的比例越来越大。但盾构施工面临着越来越复杂的周边环境和施工条件，施工过程中穿越障碍物或近距离通过既有建(构)筑物的情况越来越多。下面进行详细的分析。
一、地铁盾构下穿既有结构运营线保护技术难点
（一）地质条件复杂
某地铁在下穿区段内隧道结构全部处于<8-1>砾质粘性土中，该地层在扰动或动水作用下易软化崩解，自稳能力较差。而盾构将要通过的地层中，<9-1>全风化花岗岩、<9-2-1>强风化花岗岩、<9-3>中风化花岗岩同时存在，属于典型的上软下硬地层：隧道洞身下部中风化花岗岩强度高、整体性好，岩石抗压强度为72～90MPa，对刀具损伤较严重；洞身上部全风化、强风化花岗岩风化程度强烈，腐蚀严重，且岩土分界面裂隙非常发育，地下水丰富且部分承压。盾构在通过该地段时很可能由于下部硬岩难以达到理想的掘进速度，从而引起上部土质地层的过度扰动，造成喷涌、超挖等情况。
（二）运营线路保护要求高
本区段将要下穿的某地铁为运营线路，保护等级一级，对隧道结构、行车轨道的沉降、变形控制要求高。根据业主要求，地铁的隧道结构及轨道变形控制标准为：（1）隧道结构变形：绝对沉降量＜20mm；水平位移量＜20mm；纵向变形曲线曲率半径＞15000m；相对变曲＜1/2500。（2）轨道静态尺寸变形：轨道竖向变形轨距<±4mm；两轨道横向高差<4mm；水平及水平三角坑高低差<4mm/10m；轨距变形范围（+6mm，-2mm）。
（三）周边环境复杂、上方隧道施工风险大
下穿地铁范围地处深南大道，为双向8车道，车流量很大。周边建筑较多。根据区间管线物探报告及业主提供的既有管线资料，下穿地铁范围内存在雨水管、给水管等地下管线，部分已经老化，管线若扰动有可能造成管线破坏。此外，在交叠穿越隧道施工中，抑制上方隧道的沉降是施工的关键，目前业内对交叠穿越抑制沉降技术还缺乏总结，尚未形成整套的施工技术。由于盾构隧道管片的环与环、片与片之间均为柔性连接，盾构工程近距离下穿运营盾构隧道施工时，上方隧道的沉降控制更为困难，风险也更大。
二、地铁盾构下穿既有结构运营线保护技术的施工措施
（一）设计变形控制指标
在新建盾构隧道下穿既有建筑工程中，要求既有隧道不发生沉降、变形和裂缝等很难实现，关键在于如何控制在容许范围内。由于既有隧道的结构形式、建造时期、使用情况、重要性、功能、隧道尺寸和运营荷载均不相同，承受荷载能力和抗变形的能力也不同，须根据既有建筑实际情况来确定相应的变形控制指标。依据类似工程经验和现场监测数据，综合运营安全要求及变形预测结果，确定既有地铁盾构区间隧道结构变形的控制指标值，确定将控制值的80%作为报警值，70%作为预警值。
（二）碴土改良
在盾构掘进过程中很容易因碴土改良不好而造成结泥饼现象，影响掘进效率，为此在推进过程中采用向土仓内灌注膨润土泥浆的方法，以达到填补坍腔、调和碴土和易性、形成护壁泥浆的效果；同时通过加注高分子聚合物控制螺旋机喷涌，减缓地下水损失，保证改良后的碴土和易性好，出土顺利[1]。
（三）划分区段
穿越工程施工前，根据盾构机与地铁的平面相对距离，将在建区段隧道划分为试验段和穿越段，分别采取针对性施工措施。区域及其上下行线前后15m，试验段为盾构机始发至穿越段之间的掘进段。
（四）洞内监测
地铁洞内监测采用自动化监测设备，对其进行实时监控，每小时出一次监测报告，及时了解既有建筑结构变化情况，随时调整掘进参数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆地铁洞内辅以人工监测，每天晚上地铁停运后对当天盾构通过区域前后10m范围进行复测。左右线下穿完成后，地铁累计最大沉降为-13.8mm，控制在允许范围以内，保证了地铁的安全。此外，土仓压力控制根据下穿地铁区段地质详勘资料，可计算得出理论土仓压力值为1.5bar，施工过程中控制土仓压力在1.5～1.8bar，停机时控制在1.8～2.2bar之间，并根据出土情况与监测结果进行适当优化，起伏不宜大于±0.2bar[2]。
（五）穿越段设置聚氨酯隔离环
海瑞克盾构机使用惰性浆液，凝结时间5~7h，浆液注入管片壁后的一定时间内仍具有较好的流动性，为使浆液快速凝结，在左、右线穿越段前端及末端各5环全断面注入瞬凝型聚氨酯材料，同时在左、右线穿越段每间隔4环注入全断面1环聚氨酯材料，形成聚氨酯隔离环，以保证同步浆液在相应位置快速凝结并填满空隙，支撑土体。
（六）成立现场专家组
为保证地铁安全顺利下穿，专门成立了现场专家组，包括施工单位、建设单位、科研单位等在内的专家，对盾构下穿过程中出现的问题及时进行分析研究，提出意见，指导施工。并在盾构正式下穿前地铁公司组织了两次盾构下穿施工方案专家论证会议，邀请了专家反复进行了论证，提出了宝贵的意见，同时借鉴类似工程经验。
（七）及时封堵洞门
由盾构掘进引起的地层损失须及时弥补，故须保证同步注浆浆液不从洞门处流失。盾尾进入土体中并距洞门一定距离后注入水玻璃-水泥双液浆封堵洞门。若封堵效果不好，则先注入瞬凝型聚氨酯材料止水，再继续注入双液浆封堵洞门[3]。
（八）刀盘扭矩控制
根据保护刀具、降低刀具磨损的要求，必须将刀盘扭矩控制在一定范围内，当开挖面为全断面硬岩时，减小刀具的贯入度能显著降低刀盘扭矩，但刀盘高转速不适用于有孤石的围岩。盾构下穿施工过程扭矩控制在1600～3500kN•m。
（九）土体介质的监测
土体介质的监测内容包括地表沉降、土体沉降、孔隙水压力等项目。根据专家意见增加了地质雷达探测，对下穿范围地铁下方进行雷达探测，掌握盾构下穿前后地铁下方土体变化情况。
（十）同步注浆控制
盾构下穿同步注浆量加大至7～9m3/环，注浆压力控制在2.5～3.0bar，注浆量与注浆压力可根据监测结果作适当调整。下穿段同步注浆配合比作了适当调整，提高水泥掺加量至160kg/m3，加入了适量早强剂，使浆液凝胶时间缩短到3～5h，使同步注浆尽快发挥填充、止水的作用。
（十一）隧道结构监测
隧道结构监测主要包括对隧道结构拱顶沉降和收敛变形的监测，左右线下穿完成后，隧道结构拱顶沉降和收敛变形的监测数据均满足设计要求[4]。
（十二）利用改进型管片加固周边土体
管片脱出盾尾后，利用改进型管片上预设的注浆孔和管片吊装孔进行径向注浆，对隧道周边土体进行加固，使其彻底固结，以控制1隧道的沉降并稳定隧道，减少后续施工及列车运行对交叉隧道的相互影响[5]。
总结
盾构下穿施工完后，地铁沉降和地表沉降均控制在允许范围内，保证了地铁的安全。这充分表明在施工过程中采取的组织措施、技术措施及盾构掘进参数是行之有效的，这可为今后类似工程借鉴。
参考文献
[1]谭杰升.地铁盾构下穿既有结构运营线保护技术探讨[J].建材与装饰,2019(26):253-254.
[2]何明华.地铁盾构隧道近距离下穿既有铁路隧道安全性分析[J].低温建筑技术,2019(08):111-114.
[3]杜能胜.粉土粉砂质地层地铁盾构下穿既有铁路施工技术研究[J].路基工程,2019(04):195-201.
[4]彭荣华.地铁盾构隧道侧穿既有基坑的加固措施分析[J].低温建筑技术,2019,41(07):101-106.
[5]赵广辉.地铁盾构隧道下穿停机坪施工地表沉降控制措施[J].中国高新科技,2019(04):94-96.
论文作者:杨威
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/11
标签：盾构论文; 隧道论文; 地铁论文; 结构论文; 管片论文; 浆液论文; 区段论文; 《基层建设》2019年第23期论文;