地铁隧洞下穿玻璃幕墙建筑施工技术浅析

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工程概述

西安市地铁三号线TJSG-11标土建（长乐公园～通化门）站区间隧道工程，在长乐桥西侧南向辅道设置区间盾构接收井（兼区间活塞风道），在盾构接收井与通化门站之间采用暗挖法隧道施工，如图1、图2所示。其中，左线盾构隧道长817.751m、穿越金华饭店7层房屋浅埋暗挖隧道长39.3m；右线盾构隧道长816.951m、紧邻东二环桥桩暗挖隧道长9.68m。左、右线暗挖隧道均采用马蹄形隧道，开挖断面6.38m×6.77m，上下台阶临时仰拱法施工。超前支护为Φ108mm（仅左线）的大管棚加Φ42mm超前小导管。左线暗挖隧道下穿金花大酒店北楼（7层），该楼上部为框架剪力墙结构，外墙立面为玻璃幕墙，下部为条形基础，地基采用满排灰土挤密桩，桩长6m，桩径0.4m@0.5m（东西）×0.86m（南北）。隧道开挖外轮廓距离房屋桩底约1.1m。

施工技术难点

围岩软弱易扰动、稳定性差

结构底板

区间隧道底板穿过的地层为老黄土（水下）4-1-2-1地层（图2），此地层含水量为26.9%～31%；液性指数IL为0.40～0.98。平均值接近软塑临界值0.75，土层状态为可塑，局部软塑；受地下水影响该层受扰动后，极易发生失稳现象。

结构顶板

区间隧道顶板穿过的岩土层为3-1-3饱和软黄土地层、3-2古土壤地层（图2），虽古土壤层地质情况较好，但拱顶的饱和软黄土地层含水量高、液性指数IL为1.0，呈流塑状。自稳能力差，无法形成自然应力拱，隧道开挖时可能会导致坍塌，进而危及房屋基础安全，应注意采用相应的加固措施。

图1 暗挖隧道与金花饭店平面位置关系图

图2 左线暗挖隧道与金花饭店7层建筑剖面位置关系图

环箍注浆止水效果难保证

因隧洞位于金花大酒店建筑物下，拱顶饱和软黄土地层降水固结沉降大，洞外降水条件不具备，设计的止水措施为WSS注浆，仅对开挖断面以外2m范围、暗挖隧道尽头处2m注浆形式止水盘，开挖断面范围内不注浆。

隧道拱顶有1m厚的饱和软黄土，洞身下半部分地层为老黄土（水下）4-1-2-1地层，且位于地下水位以下。如上分析，饱和软黄土、4-1-2-1地层土性差、局部流塑状。施工时采用台阶法开挖，若开挖断面不加固，核心土无法稳固，易坍塌、施工风险大、安全难受控；其次，左线隧洞上方存在的金花饭店的化粪池、污水管等渗漏可能造成洞身开挖范围内的水囊存在，隧洞边2m的环箍注浆很难消除水囊对开挖的影响。

通过楼房采取的施工措施

优化原注浆方案

根据专项方案专家审查意见以及结合现场实际情况，在与设计单位数次沟通后，将原环箍注浆方案调整为全断面WSS注浆方案，如图3所示。

注浆要求及工艺

（1）注浆孔水平/竖向按0.6m，环向间距0.6m均匀布置（开挖后观察掌子面劈裂注浆效果，对注浆布孔适量调整），注浆采用WSS注浆工艺。

（2）注浆沿隧道掘进方向10m一循环，形成2m止水盘。

（3）采用后退式注浆工艺，加固后土体应具有良好的均匀性和自立性，掌子面不得有明显渗水，其渗透系数应小于1×10-6cm/s，其无侧限抗压强度不小于0.8MPa。加固完毕后，应对加固体进行检验，不合格者应进行补钻孔注浆措施。

图3 全断面WSS注浆止水图

（4）注浆管的倾角及长度应根据现场地质及施工条件综合确定，确保加固区域及加固效果。

（5）注浆参数设计:

孔径：42mm；孔深：10m～12m；

注浆压力：P=0.5Mpa～2Mpa（注浆时加强地面及玻璃幕墙建筑物的监控量测，根据监测情况随时调整注浆压力，确保不因注浆压力控制不当，而造成对地面及建筑物的不良影响）；

扩散半径：垂直孔R1=350mm，斜孔R2=500mm；

土体平均注入率：35%～40%（每立方米为单位计算）；

凝结时间：30s～60s（根据地质条件、注浆效果可适当调整）。

注浆与开挖

左线隧道施工需5个注浆循环，隧道采用短台阶和临时仰拱法开挖，待上台阶掌子面施工至止水盘时，将核心土一并开挖掉，并在上台阶向掌子面前方拱腰线以上区域实施WSS注浆。然后开挖下台阶至止水盘处，在下台阶对其余区域实施WSS注浆。注浆作业分上、下台阶施工，注浆作业前应及时封闭（临时封闭）初期支护；注浆过程中加强对掌子面处的观察，并预备一定的抢险物资，如工字钢、沙包等；并加强地表及建筑物监测，确保暗挖施工及地表建筑物安全。

分阶段控制沉降

洞内开挖遵循“先注浆、强支护、短进尺、早封闭、勤量测”的原则。根据现场实际情况，将允许沉降总量依次分配到每榀开挖期间、格栅架立期间、喷砼封闭期间。根据监控量测结果，监控每循环进尺在以上三个阶段的沉降情况，通过对比每循环进尺沉降情况，确定最佳的施工参数。

分位置优化支护参数

玻璃幕墙楼房以北地段

（ZDK30773.561～779.561 L=6m）

（1）采用短台阶临时仰拱法开挖，先开挖上台阶并架设临时仰拱，上台阶拉开下台阶3m后，在进行下台阶开挖。

（2）格栅间距0.5m/榀，初期支护厚30cm，临时仰拱采用I20工钢，砼喷射厚度为25cm。

（3）超前支护拱部150°范围，φ108大管棚和φ42小导管间隔布置，环向间距350mm。大管棚全长设置，小导管壁厚3.5mm、长3m、纵向间距1.5m。每榀格栅拱脚各设两根φ42的锁脚锚管。

（4）加强开挖前方掌子面的超前地质探测，有必要时增加正前方掌子面的固结注浆。

（5）掌子面开挖后及时喷射混凝土封闭。

下穿玻璃幕墙楼房地段

（ZDK30749.561～773.561 L=24m）

（1）采用短台阶临时仰拱法开挖，先开挖上台阶并架设临时仰拱，上台阶拉开下台阶3m后，在进行下台阶开挖。开挖时严肃施工纪律、严控开挖进尺、逐榀开挖，最大限度缩短循环进尺时间，快速喷砼封闭。

（2）格栅间距0.5m/榀，初期支护厚30cm, 临时仰拱采用I25工钢，砼喷射厚度为30cm。

（3）超前小导管调整为拱部180°范围内加密打设φ42小导管（大管棚在开挖前一次打设完毕，在拱部150°范围内布置），环向间距调整300mm。小导管壁厚3.5mm、长3m、纵向间距调整为1m。

（4）下穿楼房区段每进尺1m封闭掌子面进行初支背后压入单液浆，将初支与开挖面之间形成的空隙迅速回填密实，控沉降。

（5）加强开挖前方掌子面的超前地质探测，有必要时增加正前方掌子面的固结注浆。

（6）掌子面开挖后及时喷射混凝土封闭。

（7） 做好应急准备，在开挖面附近备齐应急工钢、应急格栅、注浆材料、注浆机、沙袋等应急物资，出现异常立即封闭掌子面，实施二次注浆。

其它辅助措施

（1）施工中洞内、洞外加强通讯联系，做好洞内外的应急预案，发现险情，快速启动预案。

（2）隧道开挖拱顶设置的壁厚6mm、φ108的大管棚在开挖前一次打设完毕，打设长度39m，为确保大管棚的打设质量，采用了有导向功能的专用管棚机进行施工。

（3）本方案实施中，因下台阶地层含水量较大，尽管进行了全断面注浆处理，但注浆盲区的存在再所难免，致使格栅架立过程中仍出现下台阶掌子面局部经积水浸泡而微小塌方现象，现场除采取引、排地下水外，对掌子面封闭进行二次注浆。二次注浆时，根据开挖后掌子面劈裂注浆情况以及充分利用黄土地层水平与垂直渗透系数相差较大的特点，将水平布孔间距调整至0.4m、垂直布孔间距调整至0.8m，使得注浆效果显著提高。

（4）为控制上导洞初支的下沉，施工中采用了增设底纵梁（或大拱脚的）方法，控制拱脚的沉降。同时，每榀拱脚在原设计二根锁脚锚管的基础上增设一根，强化锁脚力度。

（5）监控量测是穿越建筑物地段暗挖方案的一个重要组成部分。在施工过程中，洞内、洞外（地表、建筑物）的监测不间断进行，监测数据及时的反馈，为支护参数的优化、施工工艺的改进提供了可靠依据，确保了施工的安全。

沉降结果分析

监测点布置

因所穿越的房屋外墙为玻璃幕墙，在玻璃幕墙上布置了监测点标记并与第三方一同取得初值。建筑物玻璃幕墙上共布点27个（BL-1～27），隧道地表布设监测点7个（JH4-11、JH5-12、JH5-62、JH6-12、JH6-62、JH7-12、JH7-62），监测点与线路及建筑物相互关系如图4所示。

沉降变形分析

图5是暗挖隧道穿越建筑物（金花饭店北楼砼7）前、中、后的沉降变化曲线。对沉降曲线分析可得出如下结论：

（1）隧道穿越建筑物前只有距离掌子面最近的BL-9、BL-10、BL-11、BL-12点出现3mm～5mm变化，其他距离掌子面较远的点位基本无变化，说明地层经注浆加固，上下台阶处的掌子面土体自稳能力强，土体抵抗扰动能力强，沉降小。

图4 金花饭店监控量测点布置图

图5 玻璃幕墙测点在不同阶段沉降曲线图

（2）7月30日掌子面位于建筑物正下方偏南位置，即BL-13测点附近，通过监测数据看以看出建筑物北侧一排测点（BL-1～BL-10）随着隧道慢慢通过测点（尤其是BL-10号点）受开挖影响沉降量逐渐增大。BL11～BL15均在隧道上方，掌子面已通过BL11、BL12、BL13三点沉降相对较大，BL14、BL15在掌子面前方变化相对较小，建筑物南侧一排测点（BL16～BL23）因远离开挖面而沉降量较小，且明显小于同期北侧一排测点。

（3）隧道穿越整个建筑物后，可以看出隧道上方的BL11～BL15沉降变化在17mm～20mm之间，北侧一排测点与南侧一排测点沉降变化相当，因此曲线图基本对称。

（4）比较穿越建筑物过程中与穿越后两条曲线图可以看出：距离隧道较远的BL-1～BL-6期间的变化量最小，隧道上方且7月30日前已经通过的BL-7～BL-13各点在此期间沉降变化也不明显，而由于距离隧道较近，成环时间较晚的BL-15～BL-23各测点在7月30日之后仍有变化。

（5）9月14日暗挖隧道完全穿越建筑物后，鉴于部分点沉降过大，采取了停止开挖，封闭掌子面，对隧道位于建筑物下方的拱顶、拱脚、仰拱部分迅速实施了初支背后回填注浆的施工措施，在回填压入单液浆的同时加密监控量测，在回填注浆初期，相对于开挖时仍有沉降，但沉降速率小。在回填注浆完成的2d内注浆沉降得以控制，最大沉降BL-16号点沉降量为-20mm。说明初支背后的及时回填注浆对于控制沉降效果十分明显。

结语

通过左线隧道近距离安全穿越金花饭店7层玻璃幕墙房屋分析：

（1）在区间隧道开挖中采用短台阶和临时仰拱工法并辅以其它辅助工法能够较好地控制地表的沉降。玻璃幕墙最大累计沉降量为-20mm，满足设计要求，且建筑物玻璃幕墙呈良好、完整、无损状态；采用临时仰拱法使上台阶初期支护及时成环、增加锁脚数量能强化拱脚抵抗沉降力度、采取底纵梁（大拱脚）等方法对沉降控制也起到了相应的作用，减小了对建筑物桩基的影响，确保了建筑物的安全。

（2）在特殊、复杂环境下应根据现场实际情况，根据监控量测的数据以及结合隧道与建筑物相处的具体位置对支护的参数进行优化调整，不但对控制沉降有利，而且体现了动态设计、动态施工的理念。

（3）初支背后回填注浆对于迅速充填初期支护背后形成的建筑空隙进而控制沉降效果明显，在本次穿越金花饭店玻璃幕墙房屋过程中，迅速启动的初支背后回填注浆对于控制沉降、缓解沉降速率起到了十分重要的作用。

（4）在洞外降水条件不具备的情况下，采取全断面注浆帷幕止水对于确保隧道的无水作业十分重要。尤其是根据注浆后掌子面的劈裂情况，针对黄土地层水平、垂直渗透系数相差较大的特点，及时调整注浆布孔，使得注浆的效果明显提高，确保了开挖的安全。

综上所述，在该区间隧道开挖过程中，采用短台阶和临时仰拱工法以及分段优化支护参数等开挖方案能够较好地控制地表的沉降，有效地保障施工与建筑物的安全，工程实施过程中取得的经验对类似工程具有借鉴意义。

[1] 西安地铁三号线11标《长-通区间暗挖工程开挖、支护安全专项施工方案》2015年3月.

[2] 长～通区间岩土工程勘察报告,机械工业勘察设计研究院 2011年1月.

[3] 长～通锚喷构筑法暗挖隧道施工图设计,中铁隧道勘测设计院有限公司2014年3月.