地铁盾构穿越建筑物沉降控制措施

2016-09-06朱鑫磊南宁轨道交通集团有限责任公司

广东建材 2016年2期

朱鑫磊（南宁轨道交通集团有限责任公司）

地铁盾构穿越建筑物沉降控制措施

朱鑫磊
（南宁轨道交通集团有限责任公司）

为了有效解决某地铁盾构长距离穿越建筑物群沉降控制的问题，通过相关工程经验判断沉降的规律，并采用Peck法公式对沉降进行理论计算，在此基础上制定沉降控制措施和安全管理措施以对地表建筑群的沉降进行控制，从而确保地铁盾构穿越施工的顺利和建筑物的安全。

地铁；盾构；长距离穿越；沉降控制

1　引言

目前在我国城市轨道建筑工程中，盾构的应用较为广泛。地铁盾构的施工往往需要穿越民法建筑物等。但是在盾构掘进施工过程中经常会引起建筑物出现较大的沉降而导致开裂的问题。因此当地铁盾构穿越建筑物时，如何有效的对盾构掘进施工所引起的建筑物沉降进行控制，是一个非常重要的研究问题。在我国很多地铁工程中，已有很多盾构成功穿越民房建筑物的案例，比如说文献［1-3］阐述了地铁盾构穿越软土层时所采取的对民房建筑物沉降的控制措施；文献［4-5］研究了地铁盾构穿越民房建筑物时的风险影响因素，并提出了相应的控制沉降的措施；文献［6］研究了地铁盾构穿越条形基础框架结构时对结构的影响。以上的文献研究均阐述了地铁盾构穿越建筑物时所采取的施工措施和监测手段。本文将以某一地铁盾构施工实例为背景，阐述地铁盾构穿越浅埋基础建筑时需要采取的沉降控制措施。

2　工程介绍

2.1工程概况

本工程为某市一地铁2号线施工建设项目。该工程某一区间线路的总长度为3.93km。该区间隧道的埋深为13.9～24.4m之间，隧道的外径为6m。根据工程具体情况采用盾构法进行该区间隧道的施工。盾构型号为小松TM625PMM。刀盘采用半弧拱型复合式刀盘，开口率为41%。在该区间盾构施工中，需要穿越大量的民房建筑物，民房建筑物的段落占到了总长度的75%以上。这些民房建筑物主要是以砌体结构为主。这些民房群的分布较为密集，基础大部分采用条形基础，这给该区间地铁盾构的施工带来了很大的风险和难度。

2.2工程难点分析

⑴该区间分布较为密集的民房，多为砖混结构，民房使用年限较长，大部分已经老化严重，对基础的沉降非常敏感，因此在地铁盾构掘进施工中，对地表沉降的控制要求非常高。因此需要对该区间内民房的影响范围进行区分，针对不同的影响程度制定相应的沉降控制措施和安全管理措施。

⑵该区间拱顶土层主要为圆砾-卵石层。这种土层在地铁盾构的影响下容易出现失稳坍塌的问题。因此这是本工程地表沉降控制的最不利地层之一。因此在地铁盾构掘进施工中，应选择科学合理的施工参数和施工工艺，确保满足施工的要求。

⑶该区间地铁穿越的土层有填土层、粘性土层、粉土层、砂土层、砾卵石层，其中主要穿越砾卵石层，这种土层对盾构刀盘磨损较为严重，但是考虑到区间上方民房分布较为密集，盾构掘进施工中应避免停机换刀以防止引起较大的地表沉降。

3　沉降值与强烈影响区的预测

⑴工程类比：

在该区间内，大部分隧道段落是穿越民房建筑的，因此需要对地铁盾构掘进施工的影响区进行准确的划定，其中需要合理确定影响区范围的大小。如果影响区范围划定得过大，则会增加监控人员的工作量；如果影响区范围划定的过小，则一部分民房可能无法监控到，这可能导致事故的发生，并且在民房区域范围进行监测点的布置存在较大的难度，因此，应确定合理的盾构掘进施工的影响范围，不仅有效地确保监控工作合理的进行，同时还可以最大程度地减小监控工作量。

选取本工程所在地区地质和工程情况较为相近的已施工1号线地铁隧道工程，对其施工沉降监测数据进行分析和研究。根据分析结果可以知道，沉降曲线的反弯点基本是在距离中心线两侧10m的地方，沉降值一般是在6～8mm之间。在地铁盾构施工中，盾构通过时和通过后地板的沉降略有不同，前者较小，在总沉降中占到了30%～40%之间，后者较大，占到了60%～70%之间。当地铁盾构通过距离达到10～20m之间时，地表的沉降速率最大，而随着通过距离的增大，沉降速度逐渐减小。当盾构的通过距离达到60～70m时，地表的沉降基本已达到稳定的状态。

如图1所示为1号线地铁隧道某几个区间内地表沉降横断面示意图。

⑵Peck法公式理论计算

如图2所示为Peck法的计算简图。采用Peck法可以对不同埋深地铁盾构掘进施工所引起的地表沉降和影响范围进行分段统计。Peck法的主要计算公式为：

式中，Smax代表地表的最大沉降；V代表地层的损失，该值在计算时需要考虑充填系数；i代表沉降槽曲线反弯点；Z为隧道中心处的埋深；Φ代表土层的内摩擦角。

图1　1号线地铁隧道某几个区间内地表沉降横断面示意图

图2　Peck法的计算简图

采用Peck法公式即可对各区间的沉降值和影响区范围进行计算。如表1所示，列举了三个区间的最大沉降值和强烈影响区范围。

根据Peck法公式的计算结果可以知道，一般情况下，地铁盾构掘进施工所引起的地表沉降的主要影响因素为地质条件和施工控制，沉降值主要分布在7～10mm之间。地铁盾构掘进施工所引起的地表沉降的最大值与隧道埋深有着非常密切的关系：当隧道的埋深在6～30m之间时，随着隧道埋深的增加，地表沉降的最大值会随之减小；随着隧道埋深的增加，沉降差会随之不断减小，在同一横断面上，沉降的起伏变化逐渐减小。

表1　三个区间的最大沉降值和强烈影响区范围

4　盾构穿越民房的沉降控制措施

4.1加强监测工作

⑴在地表沉降强烈影响区范围内，对于C级民房，在盾构掘进施工之前，在其他地方安置居民，并在施工之后对C级民房进行修复；对于B级民房，应加强施工测量监控。

⑵在地表沉降强烈影响区范围之外，需要对A、B、C级民房进行分段测量监控。一般情况下，段落的长度可以控制在30m。

4.2制定管理制度，做好技术交底

在地铁盾构掘进施工穿越民房之前，本工程的项目经理部根据工程的具体情况制定完善的施工管理制度，同时做好了充分的施工准备，并对相关的施工人员进行详细的技术交底。对于施工现场的工作人员严格要求他们密切注意施工的安全，从而确保地铁盾构顺利、安全的穿越民房。

4.3确保盾构施工的连续性

为了最大限度地减小盾构对地表沉降的影响，应确保盾构施工的连续性，在通过民房区域时避免出现停机的问题，因此需要做好施工材料和施工机械设备的保障。盾构施工中主要采用的施工材料包括管片、水泥、粉煤灰、膨润土等。这种材料应根据工程的具体情况准备齐全，并在进入施工现场之前进行质量的检验，确保满足要求。主要采用的施工机械设备包括龙门吊、电瓶车以及充电机等，这些机械设备应进行严格的检查，确保处于良好的使用状态。通过施工财力施工机械设备的准备以确保盾构连续穿越民房。

4.4严格控制进土压力和出土量

当地铁盾构穿越民房区段时，隧道的覆土深度在13.9～24.4m之间，在这一埋深情况下，盾构掘进施工通常应将土压力控制在100～140kPa之间。土压力如果升高，则会引起地表隆起，降低则会引起地表沉降，因此在盾构掘进施工中应严格保持土压力的稳定。

根据设计图纸的要求，本工程盾构每环掘进的长度为1.2m，因此计算所得的每环施工所能开挖出来的土方量理论值为35m3左右，根据相关的工程经验可以知道，实际的土方量需要按照1.25的系数进行计算，因此，可以确定实际每环所开挖的土方量为43.75m3。在具体掘进施工中，应严格控制好每环土方的开挖量，不得出现多出土的问题。

4.5加强注浆施工

⑴严格控制盾尾同步注浆

在本工程中进行地铁盾构的施工，所采用的同步注浆材料为AB液双液注浆。如表2所示为本工程的同步注浆浆液配比。注浆管采用钢花管。水泥浆液的水灰比控制在0.8：1，与水玻璃1：1注入。浆液的扩散半径为0.7m。

表2　同步注浆浆液配比

为了有效地减少浆液凝固所引起的沉降，浆液的凝固时间应控制在15～25s之间。当地铁盾构穿越民房时，对于注浆施工采用双控的方式，其中主要是以注浆压力控制为主，以注浆量控制为辅。在注浆施工过程中，应将注浆压力控制在0.3～0.5MPa之间，并将注浆量控制在1400～1800L之间。对于盾尾处所采用的密封油脂应适当的增加2倍的用量，这样可以有效地确保盾尾处的密封性，避免出现漏水和漏浆的问题。

⑵严格控制二次补注浆

为了有效地降低地表的沉降，当地铁盾构穿越民房时，应对民房范围进行补浆加强处理。对已经完成的结构外侧进行二次补注浆，通过这种方式可以有效地降低盾构穿越后的地表沉降。

在本工程中二次注浆的时间安排在盾构通过后的第2天、第3天、第7天、第10天以及第15天。二次注浆采用单液浆，其水灰比控制在0.4～0.6之间，单次注浆量控制在0.2～0.5m3之间，注浆压力控制在0.3～0.4MPa之间。

4.6严格控制盾构掘进轴线

当地铁盾构穿越民房时，应严格控制好盾构的掘进轴线。主要可以从以下几个方面做好轴线的控制。

⑴严格控制好掘进的技术参数，比如说土压和注浆压力。掘进土压如果过低，则容易导致盾构出现下沉，从而影响轴线。注浆压力如果过大，则会造成盾构出现反向移动的问题，从而影响轴线。

⑵严格控制盾构千斤顶的分区油压。根据轴线位置的要求进行盾构千斤顶分区油压的控制，从而确保盾构的掘进轨迹符合设计要求。

⑶合理使用盾构的铰接装置。当盾构的实际轴线偏离设计轴线时，可以通过铰接装置的合理使用以对轴线进行调整。

4.7严格控制管片的安装质量

管片的安装质量直接关系到地铁盾构施工的质量，因此在本年工程管片的安装施工过程中，拼装手基本是选自拼装手中的佼佼者。同时在管片的运输和保存过程中，本工程特地划分了一块区域进行管片的存放，这样有效地确保了管片的完整性。

4.8做好人员准备

当地铁盾构穿越民房时，本工程选用了技术水平较好的操作手进行盾构的操作。同时对于盾构班组的成员，要求具有3km以上盾构区间的施工经验。

5　实施效果

如图3所示为本区段地铁盾构掘进施工中地表沉降的监测情况。从图中我们可以清楚地看到地表沉降的整体趋势，这与前文所分析的相符。地表沉降基本在控制范围之内，大部分测点的沉降值分布在6～10mm之间，但是局部测点仍出现了较大的沉降，这主要是由于环境以及施工操作等多方面的影响，但是仍可以确保地面民房的安全，盾构掘进过程中没有出现任何房屋倒塌的问题。在施工完成之后，对盾构所穿越过的民房进行评估，大部分房屋均没有受到较大的影响，不需要进行修复，仅部分民房需要进行简单的修复。