盾构穿越重要建筑物的施工技术

彭文俊

【摘要】随着城市轨道交通建设的迅猛发展，施工过程中面临着越来越复杂的周边环境，穿越障碍物或近距离通过既有建（构）筑物的情况也越来越多。工程施工时既需要对既有建（构）筑物进行保护，又要确保工程本身的安全性和进展顺利，因此对不同的情况采用相应的应对技术十分必要。

【关键词】穿越；房屋检测；信息化施工

1工程概况

主恩堂位于东陆路伟业金锦苑东方丽景小区大门口，为地上四层结构，供教会神职人员使用，于2003年建成使用。该建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构，基础形式为钢筋混凝土基础梁条形基础及筏板基础（①～⑥轴条形基础、⑦～⑩轴筏板基础），基础底标高2.00m。本区间隧道工程穿越主恩堂区域范围内区间上行线隧道平面曲线为半径500m的圆曲线段，下行线隧道平面曲线为半径450m的圆曲线段，纵坡均为20‰下坡的竖曲线，隧道中心标高约-12m，地面标高3.7m～4.0m。

上行线：区间里程SK33+640.620～SK33+621.930间下穿主恩堂，投影长度约为19m，第167～192环，最小竖向净距为8.6m；

下行线：区间隧道侧穿主恩堂，最小水平净距2.8m。

2地质情况

教堂东侧⑤～⑩轴部分位于暗浜之上，建造时曾采用砂垫层换填法进行地基处理，砂垫层厚度达2.5m，砂垫层底标高-0.35m，下卧土层为②3层粘质粉土。隧道穿越主恩堂主要经过的土层为第④1层灰色淤泥质粘土层、第⑤1-1层粘土层。在盾构掘进时土体结构极易破坏，同时会有一定的回弹变形，易造成隧道掘进开挖面失稳，因此在盾构隧道掘进过程中应适当控制速率，避免对土体产生过大的扰动，以减少施工后的沉降。

3工程重点与难点

3.1重点

项目部对主恩堂建造背景做了一定调查，为满足本区域基督教民参加宗教活动的需要于2003年在东陆路原河浜位置建造主恩堂，当时建造时已采用砂垫层换填法进行地基处理。但由于本建筑采用条形基础且地质条件差，虽进行过地基处理，效果并不佳，建成使用至今，已大修过数次。

本教堂在每个礼拜日都将聚集大量教民，如因盾构施工对主恩堂结构造成破坏，将造成较恶劣的影响。所以穿越主恩堂是本工程的重要施工控制点。

3.2难点

⑴教堂目前已产生差异沉降，且结构整体倾斜（详见后文检测结论）。由于本区间先进行下行线施工，间隔一个月再上行线施工，下行线在先行侧穿主恩堂基础后，已经对土体造成扰动，上行线于1个月后下穿主恩堂基础，此时土体变化还未稳定，二次扰动将造成主恩堂建筑结构出现沉降，对主恩堂原本不稳定的结构造成不利影响，所以盾构施工时，施工参数控制应更精细化。

⑵区间上、下行线穿越主恩堂区域时，上行线位于500m的转弯半径上，下行线位于450m的转弯半径上，盾构在小转弯半径曲线段施工时，盾构机姿态、隧道轴线较难控制，纠偏角度大，容易对地层造成扰动，引起地面沉降，施工时应注意对纠偏量的控制。

⑶穿越段涉及到的土层有④1层、⑤1-1层。④1层、⑤1-1层软粘性土具有明显的触变、流变特性，在盾构掘进时土体结构极易破坏，同时会有一定的回弹变形，易造成隧道掘进开挖面失稳，引起地面沉降，施工时应控制推进速度，避免较大扰动。

⑷主恩堂保护要求很高，沉降值控制标准为10mm，倾斜控制标准0.002。区间隧道掘进施工时，必须采取有效措施，以解决对主恩堂的不利影响，保证建筑结构安全。

4施工技术措施

4.1房屋检测

第一阶段：施工前房屋的完损状况检测内容：

⑴房屋的建筑结构概况；

⑵房屋平面、立面图纸测绘；

⑶房屋外墙面、室外道路及围墙完损现状检测；

⑷房屋倾斜及相对水平度测量；

⑸根据检测情况提出初步结论。

第二阶段：施工后的复核检测与评定内容：

⑴房屋外墻面、室外道路及围墙完损状况复核检测；

⑵房屋倾斜及相对水平度复测；

对比两次检测结果，并根据监测方提供的沉降监测数据，就12号线巨峰路段地铁盾构施工对委托检测房屋的影响程度作出评估，提出结论和建议，并提交最终检测总结报告。

4.2信息化施工

根据本工程的特点，为确保穿越成功，本次主恩堂监测工作主要划分为以下两个项目：

⑴常规人工监测：垂直位移及倾斜

项目部在主恩堂结构上布置8个沉降监测点（F76～F85）、墙角布置A、B、C、D四个倾斜监测点，并取得初始值；同时对房屋裂缝进行观测。

⑵全站仪自动化监测

结构垂直位移测点布设：延结构纵向每根结构柱布设一个变形测点，由于隧道靠监测对象西北角穿越，因此在横向西侧山墙结构柱处作测点加密。共布设18个监测点，编号F1～F18。

根据盾构推进计划，监测频率为1次/小时，在实际工程施工过程中可按监测数据结果作适当调整，增加或减少监测频率。

4.3盾构施工措施

⑴推进速度

盾构推进过程中应做到：降低推进速度，严格控制盾构方向、姿态变化，减少纠偏，特别是杜绝大量值纠偏，保证盾构机的平稳穿越。在穿越区施工过程中，盾构掘进速度控制在10mm/min以内，尽量保持推进速度稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越，以减少对周边土体的扰动影响，以免对其结构产生不利影响。

⑵出土量

出土量是与土层损失紧密联系在一起的，它与一环长度内盾构的体积直接相关。假定基准出土率时地层损失为0，则实际出土率变化时将引起附加的地层损失。

⑶盾构姿态控制

在穿越区间，上行线盾构均按20‰下坡、平面为半径500m圆曲线段向前推进、下行线盾构按20‰下坡、平面为半径450m圆曲线段向前推进。因盾构进行平面或高程纠偏的过程中，会增加对土体的扰动，因此在穿越过程中，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。以减少盾构施工对主恩堂的影响，争取将结构沉降控制在允许范围内。

⑷设置土压力值

盾构掘进正面土压力设定的一般情况根据土压平衡盾构的原理，土仓中的压力须与开挖面的正面水土压力平衡，以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。

④层淤泥质粘土层静止侧压力系数K0=1-SINθ=0.83

下行线隧道盾构侧穿主恩堂设定土压力经计算得：P=αK0（γ1H1+γ2H2+γ3H3+γ4H4+γ5H5），P=1.1×0.83×﹙18.7×5+17.6×2+18.6×1+17.6×1.4+16.8×5﹚≈0.23～0.24Mpa。

上行线隧道主恩堂穿越段设定土压力经计算得：P=αK0（γ1H1+γ2H2+γ3H3+γ4H4+γ5H5+Q房屋加载），P=1.1×0.83×﹙18.7×5+17.6×2+18.6×1+17.6×1.4+16.8×5+50﹚≈0.25～0.26Mpa。

⑸同步注浆与二次注浆

在盾构掘进中，及时在脱出盾尾的衬砌背面的环形建筑空隙中充填适当数量和合理配比的压浆材料是提高施工质量和防止地表沉降的极重要的技术措施。

目前使用的土压平衡式盾构机采用先进的同步注浆方式，本标段同步注浆材料采用新型单液浆（厚浆）。

盾构注浆采用盾尾同步注浆，随着盾构推进，脱出盾尾的管片与土体间出现“建筑空隙”，即用浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填。压入衬砌背面的浆液会发生收缩，为此实际注浆量要超过理论建筑空隙体积。但过量压注也会引起地表局部隆起和跑浆。因此除控制压浆数量外，还需控制注浆压力。在压注时要根据施工情况、地质情况对压浆数量和压浆压力二者兼顾。压浆速度和掘进保持同步，即在盾构掘进的同时进行注浆，掘进停止后，注浆也相应停止。

①注浆量

与土体性质、注浆压力、浆体材料及配比等有关。每环压入量一般控制在“建筑空隙”的130%～180%，即2.15m3/環～2.97m3/环。而在本次穿越施工时，新旧两隧道的距离较近，注浆量应根据地面沉降情况即时调整，注浆量设定在2.5m3～3.0m3之间。

隧道推进过程中，注浆量应根据不同的地质情况和地表隆陷监测情况进行调整和动态管理。一般情况下以满足控制地表隆陷降为原则，以控制地表稍微向上隆起2mm为宜。

②注浆压力

为保证浆体较好地渗入周围土体中，注浆压力须大于隧道底处的土压力值。而且必须控制在较好的范围之内，保证只是填充而不是劈裂。

根据经验可取为1.1～1.2倍的静止土压力，注浆压力为0.29MPa左右。

注浆压力应略大于各注浆点位置的静止水土压力；由于是从盾尾圆周上的几个点同时注浆，上部每孔的压力应比下部每孔的压力略小0.05～0.10MPa。

③浆液配比

另外再加入适量的促进剂，甲、乙两液配比由现场试验初凝时间为10-20分钟确定。

体积比：甲液：乙液=1：0.4

采用双液水泥浆对管片的建筑空隙进行二次注浆，要求浆液满足泵送要求，泌水率<3‰，浆液一天强度≥0.2Mpa，28天的强度≥3Mpa，并确保在列车振动和7°地震下不液化。

⑹管片拼装

隧道衬砌由六块预制钢筋砼管片拼装而成，宽度1.2m，管片外径?6200mm，管片内径?5500mm，管片采用通缝拼装，为先下后上、先纵后环、左右交叉、封顶径向推入再纵向插入成环工艺。由于管片环面是推进千斤顶的承压面（管片凸头一面对千斤顶），因此拼装中要严格把握好衬砌环面的平整度，环面的超前量以及椭圆度的控制。

管片具体拼装方法采用半环半环拼装的方法，即拼装完拱底块、标准块后，适当顶进千斤顶，再拼装邻接块、封顶块，以避免头部土压力的损失，控制掘进面稳定。

5结论

经过2个月多的施工时间，轨道交通12号线上下行线顺利穿越主恩堂，最大沉降变化量仅5.8mm，倾斜率小于0.001，确保了大量教民正常在此活动。首先，能够高度重视此次盾构穿越主恩堂的风险，多次召集会议、优化和确定施工方案是成功的关键；其次，也离不开穿越过程中各项掘进参数设置合理、控制得当，本次穿越成功也为今后同类施工提供了参考。