盾构在上软下硬地层中穿越建筑物施工控制

李 长 山

(中铁七局集团有限公司，河南 郑州 450016)

盾构在上软下硬地层中穿越建筑物施工控制

李 长 山

(中铁七局集团有限公司，河南 郑州 450016)

通过对深圳地铁5号线盾构下穿碧海花园小区施工控制情况进行总结分析，重点论述了辅助措施的重要性与局限性，分析了在上软下硬地层条件下，盾构掘进所不可避免的风险，并探讨了盾构穿越该段的主要施工技术措施，为同类工程施工积累了经验。

上软下硬地质，盾构，建筑物，风险

0 引言

目前盾构法隧道更多的面临着在各种复杂条件下，穿越建筑物的风险，盾构工法虽然在安全、快速、环保等方面是最优的隧道施工工法，但在上软下硬地层中，难免对上层土体造成扰动，而造成较大地层位移，引起建筑物不均匀沉降及上部结构的附加变形，甚至导致建筑物开裂破坏。深圳地铁5号线翻灵区间右线局部在DK4+481.882～DK4+581.634段下穿碧海花园小区，长约100 m，历时55 d。通过地面补勘、注浆加固、注浆填仓、换刀等措施，虽然安全通过，但也出现很多险情，并造成房屋局部出现开裂。以下通过对施工过程的全面分析，找出施工存在的问题和需要改进方面。

1 工程概况

1.1 碧海花园小区概况及与隧道相对位置

翻身站～灵芝站区间盾构隧道右线在DK4+481.882～DK4+581.634下穿碧海花园。碧海花园是一个生活小区，共有7栋楼。

原楼房设计无地质资料，采用柱下独立基础，承台下桩基采用φ480沉管灌注桩，单桩设计承载力60 t/根，贯入度控制ε≤3.5 mm，有效桩长17 m。按17 m有效桩长计算，该建筑物桩基与隧道拱顶最近距离为1.14 m。

区间隧道与碧海花园的1号、2号、3号楼斜穿过，盾构掘进在DK4+481.882处进入碧海花园小区范围，在DK4+581.634后离开小区范围。该段长度为99.75 m。穿越部分的楼房为2层和8层的混凝土框架楼房，见图1，图2。

1.2 该段地质概况

该段隧道拱顶埋深为19.5 m～22.5 m。隧道拱顶以上地层

主要为：从下至上是10 m厚的砾质粘性土，5 m厚的砂层和3 m～4 m回填土。隧道断面范围地层为砾质粘性土、全风化花岗岩和强风化花岗岩，下部有微风化硬岩凸起，强度80 MPa～120 MPa，见图2。

2 工程风险分析

2.1 建筑物存在的风险

建筑物为砖混结构、采用柱下独立基础，承台下桩基采用φ480沉管灌注桩，单桩设计承载力60 t/根，桩基与隧道拱顶最近距离为1.14 m，当地层扰动过大时，将破坏桩基承载力，造成建筑物基础及其结构发生破坏,并导致建筑物沉降开裂。

对策：盾构机通过前，预埋注浆管,随盾构机通过时根据沉降变化情况实施跟踪注浆,控制沉降。

2.2 地质风险

隧道拱顶为约10 m厚的砾质粘性土，5 m厚的砂层,隧道断面范围地层为砾质粘性土、全风化花岗岩和强风化花岗岩，下部有硬岩凸起。硬岩强度在80 MPa～120 MPa之间，刀盘破挖下部硬岩时，会对隧道顶部砂层产生扰动并塌落,造成隧道过度超挖,进而导致地面发生较大沉降,甚至坍塌事故。

对策：超前注浆加固软弱地层。

2.3 设备风险

掘进过程中刀具突遇下部凸起硬岩后，造成滚刀刀圈崩断脱落，使刀具报废。

对策：提前检修设备，更换重型刀具，加强换刀频次。

3 盾构穿越该段采取的主要施工技术措施

1)在到达该区段前,先对盾构设备进行全面维修保养，将盾构机除中心4把滚刀外，其余35 把边缘的滚刀全部更换为重型滚刀,对盾尾的最后一排尾刷也进行了更换。通过此次维修,提高盾构破岩能力，杜绝盾构机漏浆问题;

2)初步计划在通过3号楼和2号楼时，分别进行一次刀具检查更换，里程在DK4+508，DK4+581附近，考虑在建筑物下带压换刀风险大，而地面又不具备加固条件，因此计划采用先带压进仓检查，根据情况再注浆填仓，常压开仓换刀的方法进行;

3)对通过范围进行地质补勘，以进一步了解小区段隧道范围地质情况，同时在受影响的房子外侧布置好监测点，严密监测房子沉降变形情况及地表沉降情况；

4)对于1号楼范围上软下硬段，提前从2号竖井小里程掌子面进行上半断面及拱顶外侧2 m范围土体注浆加固；

5)全部采用土压平衡模式进行掘进,保证土仓压力在1.9 bar左右,在推进和停机过程中保持土压基本稳定,不要出现过大的波动；

6)在盾构机通过时，加强盾构机掘进速度、土仓压力和盾构机姿态控制等参数控制，加强同步注浆和二次注浆，减少地面隆起或沉陷，确保盾构机快速、平稳通过该地段；

7)加强监测，通过监测信息及时反馈，对各项施工参数进行调整。同时根据盾构出土量等参数变化情况，及时采取地面补强注浆，以减小地面及建筑物的沉降变形。

4 施工控制情况

1)进入3号楼之前，参数相对正常：掘进速度为37 mm/min，扭矩0.6、推力1 300 t；进入3号楼后，参数为掘进速度为23 mm/min、扭矩1.8、推力1 378 t。进入2号，1号楼后，随着岩石硬度增高和岩面高度增高的变化，掘进速度逐渐变低，扭矩逐渐增大，土温逐渐升高，刀盘震动及响声逐渐加大。穿越1号楼时，速度降到5 mm/min以下、推力达到1 600 t、扭矩达2.7，随后几环速度几乎为零。此时下部硬岩强度超过80 MPa，硬岩高度超过刀盘中心。

2)刀具损坏情况：由于岩石硬度高，岩面不平整，刀盘震动很大。通过2号楼时发生中心双刃滚刀刀圈崩断脱落，后检查发现中心刀承密封破坏。通过1号楼时，发生9号刀圈崩断，刀体掉入土仓的情况。期间共进行三次注浆填仓，常压换刀。

3)3号楼到1号楼之间未采取预加固措施，盾构机刀盘下穿3号楼时，沉降点变化速率较大，最大时达-6 mm/d，后将土仓压力上调0.02 MPa，之后监测数据恢复正常。通过2号楼东侧时，因刀盘震动加大，掘进速度降低，对土体扰动的影响也随之加大，该处沉降量达到-28 mm。后进行二次注浆，和地面跟踪注浆加固。盾构通过3个月后沉降维持在-38.2 mm不变。但2号楼东侧墙体出现裂缝。

4)通过1号楼时，由于停机次数多时间长，再加上岩石强度高，推进速度慢等因素，对上部砂层的扰动量和频次大幅增强，因此对1号楼下上半断面注浆加固防沉降效果不明显，1号楼沉降也达到-40 mm，一层住户地面开裂，楼房墙体出现裂缝。

5)盾构下穿前后房屋倾斜率变化，均控制在规范允许范围之内，第三方测得最大倾斜率2.8‰，小于最大允许值3‰。

5 结语

虽然盾构在上软下硬地层中成功穿越建筑物，基本控制了较大沉降的发生,没有造成地面坍塌和建筑物破坏。但通过总结，认为有以下两点值得思考和借鉴:

1)在半断面硬岩连续分布地层中掘进存在的问题：a.刀具消耗量大，需频繁停机换刀及再启动脱困等，而产生扰动；b.刀盘震动大，易造成土体坍塌；c.盾构机存在被困甚至瘫痪的风险。因此，当沉降控制要求高，且无条件进行加固时，应选择绕行或采用其他工法施工。

2)掘进过程中，通过观察掘进参数、碴土成分、刀盘响声和震动情况，分析开挖面地层，判断刀具和刀盘情况。根据情况及时果断安排刀具检查或更换，避免刀具、刀盘出现非正常损坏，导致盾构机瘫痪。

[1] 王 晖,谭 文,黄威然.广州地铁三号线北延段盾构隧道工程施工技术研究[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 竺维彬,鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社，2011.

Construction control of shield crossing architecture with hardness-downward and softness-upward geology

Li Changshan

(ChinaRailway7thBureauGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450016,China)

Through analyzing construction control conditions of shield crossing Bihai huayuan community of Shenzhen subway No.5 line, the thesis mainly discusses the importance and limits of assisting measures, discusses shield crossing risks under hardness-downward and softness-upward geology, and explores its major shield crossing construction technology measures, which has accumulated experience for similar engineering construction.

hardness-downward and softness-upward geology, shield, architecture, risk

2014-12-18

李长山(1963- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)06-0152-02

U455.43

A