盾构区间施工中的多风险源控制及经验总结

上海市建设工程监理咨询有限公司 上海 200080

1 工程概况

南昌轨道交通1号线艾溪湖东站—定修盾构区间部分隧道位于艾溪湖东站—太子殿站区间隧道上方，重叠长度达50 m，其中竖向最小净距为4.6 m。艾溪湖东站至定修盾构井区间隧道须穿越多栋建（构）筑物，如雨水箱涵、地铁旁通道以及大型民居等，极具风险。

2 工程地质

艾溪湖东站—定修区间下穿建（构）筑物段场地范围内土体自上而下依次为：①2素填土、③1粉质黏土、③2细砂、③3中砂、③4粗砂、③5砾砂，隧道主要穿越的地层是粗砂、砾砂。

3 工程水文

根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，拟建工程场地地下水按地下水类型可分为孔隙性潜水、孔隙微承压水、红色碎屑岩类裂隙孔隙水3种类型。

经勘察，场地内的地下水主要为赋存于第四系砂砾层中的孔隙性潜水和微承压水。地下潜水、微承压水对混凝土结构具弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水和干湿交替环境下无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性，工程区域内地表水体对混凝土结构无腐蚀性，局部具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水下无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。地下水对混凝土结构具侵蚀性CO2中等腐蚀性。

4 重大风险源控制

4.1 对地下建（构）筑物的监测与监测点位的布置

区间隧道沿线地面沉降、地下构筑物、沿线建筑物是本工程重点监测保护对象。需在盾构推进施工影响范围内的建（构）筑物上布设沉降监测点，以随时了解建（构）筑物的不均匀沉降情况。

针对区间隧道沿线的建（构）筑物及地下构筑物设施分布情况，结合盾构推进施工工艺及其对地面沉降的影响机理，我们开展了地表沉降监测、管线、箱涵沉降监测、隧道收敛、拱顶沉降、建筑物沉降、房屋倾斜、裂缝等监测内容。监测点位布置见图1～图3。

图1 隧道区间施工主断面监测点布置

4.2 下穿污水箱涵段的施工及沉降监测

本区间须下穿创新二路污水箱涵段施工，下穿前对箱涵四周进行袖阀管预注浆加固，下穿施工过程中加强施工参数的控制，其中掘进速度控制在20～30 mm/min，刀盘扭矩控制在4 000 kN·m以内，推力控制在21 000 kN以内，同步注浆量控制在6.5 m3/环，保持在盾尾后8环及时进行二次注浆，同时加强地表监测频率及巡视力度。根据监测数据可知，污水箱涵段累计沉降最大值为-15.11 mm，施工情况良好，安全可控。

图2 隧道重叠段沉降监测点位

图3 下穿创新二路污水箱涵监测点位

我部对污水箱涵累计沉降进行了归纳，同时对累计沉降最大的Gxw00-03点沉降速率进行了归纳分析，如图4和图5所示。

图4 污水箱涵最终累计沉降

图5 Gxw00-03沉降速率分析

从以上累计沉降分析可知，通过在地表对箱涵四周进行预注浆加固及掘进参数的控制，盾构下穿施工完成后，箱涵累计沉降值在可控范围之内；另外，从沉降速率分析可知，盾构在通过该位置1～3 d沉降速率较大，达到-1.47～-1.81 mm/d，通过采取及时进行二次注浆等措施，盾构通过6 d后，沉降基本达到了稳定，确保污水箱涵安全。

4.3 隧道重叠段施工及沉降情况总结

通过对下部隧道采用型钢支撑、施工参数控制以及二次注浆控制等一系列措施，本区间出入段线安全顺利完成重叠段施工。施工期间，掘进速度控制在20～30 mm/min，刀盘扭矩控制在4 000 kN·m以内，推力控制在20 000 kN以内，同步注浆量控制在6.5 m3/环，同时保持在盾尾后6环进行二次注浆，并加强地表及下部隧道管片收敛、拱顶沉降等监测，按时进行地表及隧道内巡视，确保了重叠段施工安全可控。根据监测数据知，重叠段地表累计沉降最大值为-23.05 mm，下部隧道拱顶沉降累计-3.58 mm，管片收敛累计2.82 mm，隧道内未新增管片破损或渗漏水等异常现象，总体情况安全可控。

4.4 学校大门段施工及控制措施

本区间出入段线下穿江西制造职业技术学院大门段前进行袖阀管预注浆加固，下穿施工过程中加强施工参数的控制，其中掘进速度控制在20～30 mm/min，刀盘扭矩控制在4 000 kN·m以内，推力控制在22 000 kN以内，同步注浆量控制在6.5 m3/环，同时保持在盾尾后6环进行二次注浆，并加强地表监测频率及巡视力度，根据监测数据知，学校大门累计沉降最大值为-8.98 mm，施工情况良好，未出现倾斜或房屋结构损坏等异常现象，安全可控。

根据监测信息反馈，盾构下穿施工完成后，学校大门累计沉降满足要求，安全可控；另外，从沉降速率分析可知，盾构在通过该位置1～3 d沉降速率较大，达到-1.11～-1.77 mm/d，盾构通过7 d后，沉降基本稳定，通过及时采取二次注浆等措施，有效控制了土体扰动引起的沉降。

4.5 商铺段下施工及沉降情况总结

本区间出段线需下穿忠义路商铺，下穿前沿房屋基础四周施工了2排袖阀管进行预注浆加固，袖阀管间距为1 m，并对加固体进行了取芯检测，同时对盾构影响范围内的商铺内人员采取临时疏散措施；在下穿施工过程中加强了施工参数的控制，其中掘进速度控制在15～25 mm/min，刀盘扭矩控制在4 000 kN·m以内，推力控制在21 000 kN以内，同步注浆量控制在6.5 m3/环，保持在盾尾后6环进行二次注浆；同时增加房屋段地表及建筑物的监测频率，每天不定时进行地表、房屋巡视，确保建筑物段施工安全可控。

盾构下穿完成后，根据监测数据得知，该位置地表及建筑物沉降稳定，建筑物累计最大沉降为-4.18 mm，商铺未出现倾斜或房屋结构损坏等异常现象。我部对商铺段建筑物累计沉降进行了整理，并选取了累计沉降最大JZ04-06点进行了沉降速率归纳，如图6和图7所示。

图6 商铺各测点最大累计沉降

图7 JZ04-06沉降速率变化示意

从图6累计沉降分析可知，通过在地表对相关建（构）筑物进行预注浆加固及掘进参数的控制，盾构下穿施工完成后，累计沉降满足施工要求，有效保证了相关建（构）筑物安全；另外，从图7沉降速率分析可知，盾构在通过该位置1～3 d沉降速率较大，达到-0.35～-0.88 mm/d，盾构通过7 d后，沉降基本达到了稳定，通过及时采取二次注浆等措施，有效控制了土体扰动引起的地表沉降。

4.6 浅覆土段的土体控制及盾构接收

4.6.1 浅覆土阶段的土体控制

覆土较浅处盾构施工时，须严格控制盾构的掘进速度，减少对土体的扰动，同时加大同步注浆量，及时进行二次注浆，确保盾尾脱出管片后的间隙能得到及时的补充，以减小地表沉降量[4-6]。

与此同时，提前对覆土较浅处地表的建筑物基础进行加固，通过预埋斜向袖阀管对建筑物基地进行加固，确保盾构通过时地表建筑物的稳定。

考虑到覆土较浅，盾构及管片由于浅覆土可能发生“上飘”现象，为抵消“上飘”的影响，盾构掘进时，盾构中心与隧道设计高程的偏差控制在-10 mm。平面偏差控制在±10 mm之内，还应加强地表监测及巡视，出现异常及时反馈。经监测分析，本次穿越浅覆土阶段累计沉降最大为-19.3 mm，在可控范围之内。

4.6.2 浅覆土阶段盾构接收

1）对端头地层进行加固。针对端头地层性质，盾构端头井加固采用φ600 mm旋喷桩，咬合150 mm以上。加固长度为8 m，深度为结构下方3 m，宽度为结构侧边3 m的范围。加固后的土体应具有良好的均匀性、自立性、止水性，且无侧限抗压强度（28 d）qu≥0.8 MPa，渗透系数≤1.0×10-7cm/s。

2）端头地层加固施工完毕后，对加固区域进行垂直取芯并在洞门处均匀布置数个水平探孔，用以检测加固效果。遇问题及时进行补充加固，确保盾构进、出洞的安全。

3）做好洞口防水密封。盾构进出洞时，预先安装洞门圈预埋钢环，帘布橡胶板以及折叶式压板等洞门密封装置，并确保其能有效使用。

4）盾构接收时，在刀盘推出隧道后立即将洞门密封的折叶式压板用钢丝绳牢固地捆绑在盾壳上，在刀盘推出洞门前一环开始采用快硬性水泥+水玻璃双液浆对盾尾空隙进行回填。

5）对到达洞口的20环管片采用14b#槽钢通过管片吊装孔进行拉紧，确保在盾构反推力较小的情况下，管片环间的缝隙不至于加大，避免管片间因密封失效而发生渗漏。

6）加强盾构在始发和到达段的掘进控制。控制好盾构姿态，在保证出渣量正常、同步注浆回填密实的前提下，尽量快速完成盾构的出洞与进洞。同时，考虑到由于已对端头地层进行了加固处理，地层物理力学性质发生了改变，掘进时防止盾构姿态突然变化。

5 结语

通过对南昌轨道交通1号线艾溪湖东站—瑶湖定修区间盾构施工过程中穿越污水箱涵、艾溪湖东站—太子殿站区间隧道及联络通道，以及小半径隧道下穿越江西制造学院大门、侧穿实验楼、实习车间、忠义路浅基础多层商铺、浅覆土段等多风险源的控制及分析总结，确定了盾构机掘进的各项参数和盾构掘进过程监测频率的控制，并在盾构机掘进过程中及时对盾构掘进各项参数及监测分析数据进行反馈，制定了相应的应对措施。最后，在盾构掘进过程中，按设定的技术、监控方案实施监控和管理，使盾构安全穿越多风险源区段，顺利到达瑶湖定修井段。