盾构下穿既有建筑物的控制技术

闫瑞华

摘要：在城市轨道盾构法施工中，盾构不可避免地需要下穿既有建筑物，需要做好既有建筑物的保护工作。文章以实际工程为例，对工程控制重难点和建筑物沉降变形控制总体方案进行了介绍，对掘进中的主要控制措施进行了详细的探讨，可供参考。

【关键词】盾构施工；下穿既有建筑；袖阀管

1.工程概况

石家庄地铁3号线水上公园站-柏林庄站区间位于联盟西路，呈东西走向，后右转弯至中华北大街路下，呈南北走向，采用盾构法施工。线路纵断面呈v字形坡，最大坡度25‰。起始里程为DK1+852.613，终点里程为DK3+253.316，区间右线全长1400.703m，左线全长1426.367m（含长链25.664m）。区间隧道在左DK2+274.323（右DK2+300.000）处设1号联络通道，在左DK2+777.743（右DK2+800.955）设2号联络通道，与排水泵房合建。

区间埋深10～18m，隧道底部高程47.211～60.576m。本工程选用铁建重工生产的直径6250mm土压平衡盾构机根据本标段密实砂层地质、掘进长度1.4km、小半径曲线等特性，针对性地设计并选用了铁建重工ZT6250土压平衡盾构机。

2.工程控制重难点

盾构小半径曲线段穿越8栋老旧房屋，施工难度大。重点是控制地面沉降。本区间隧道曲线半径350m，在小半径曲线上施工，盾构掘进方向控制难，管片衬砌拼装精度控制难度大。且在曲线段穿越建筑物密集区，特别是联強小区，高柱小区为老旧建筑物，砖混结构，条形基础，给盾构掘进施工和建筑物的安全保护造成了相当大的难度，需要从掘进控制，设备完好保障，注浆，监控量测等方面进行严格管控。

3.建筑物沉降变形控制总体方案

穿越前划定穿越建筑物的影响范围。一般穿越建筑物影响范围为2H（H-隧道埋深），隧道在建筑物位置埋深为16～18m，即34m（28环）。为了确保盾构机下穿建筑物安全。界定盾构机下穿建筑物的影响范围为：盾构机到达建筑物前20环+盾构机通过建筑物长度+管片脱出盾尾后40环。

在穿越前做好“人-机-料-法-环”的准备工作和组织措施，应急预案演练。穿越中严格执行试验段确定的掘进措施，保证连续、匀速通过建筑物，并根据监测反馈调整相关掘进参数。穿越后为了防止后期沉降，采取小导管加固土体，避免后期固结沉降。

4.掘进中的主要控制措施

4.1地表加固方式

在进行地表加固时，采用袖阀管注浆加固建筑物基础范围内地层，注浆导管采用Φ48×4mm的塑料袖阀管。距离建筑物边墙2m

位置布置第一排，共3排，间距1.414×1m，梅花形布置。袖阀管以45°角深入基础下部进行注浆。袖阀管打设位置可根据现场障碍物情况稍作调整，同时施工前应详细调查建筑物基础情况，避免对建筑基础造成破坏。袖阀管注浆浆液采用普通水泥浆液，注浆压力为0.4～0.8MPa，每段注浆长度66～70cm，注浆扩散半径按经验取值为0.5m。地层孔隙率0.46，浆液填充系数取0.8，浆液损耗系数1.15，注浆水灰比参照端头加固经验取1：1。盾构到达前1个月加固完成，加固后要对加固效果进行检查。如注浆效果未能达到设计要求，需要重新进行补充注浆。

4.2盾构通过小半径曲线时过建筑物的掘进控制

区间350m小半径曲线转弯半径段长度为有509.565m，对350m曲线半径，△=1.2×6/350=20.57mm，本区间管片楔形量48mm，设n环管片配m环转弯环可拟合350m半径，则：48m=20.57n，m：n=0.42854。即100环管片配43环转弯环。所以根据管片设计，350m小半径段直线环管片和转弯环管片配置比例约为3：2，满足本段转弯半径要求。对于盾构机小半径曲线掘进控制的难点，主要在掘进轴线的控制及管片拼装质量控制两个方面，采取如下措施：

4.2.1掘进轴线控制

（1）开始掘进轴线向圆弧内预偏10～20mm，测10环左右管片姿态，确定最终预偏量；

（2）推进时速度应控制在20～30mm/min，连续不间断推进。避免因推力过大而引起的侧向压力的增大，又减小盾构推进过程中对周围土体的扰动；

（3）每环纠偏量≤10mm/环，油缸压差≤50bar，行程差≤80mm。掘进参数见表1。

表1 小曲线段过建筑物掘进参数表

4.2.2管片拼装质量控制与注浆控制

（1）合理地综合油缸行程差和盾尾间隙对管片选型、拼装选点。

（2）管片3次复紧。

（3）同步注浆：增加弧线外侧注浆量和注浆压力

（4）同步补注浆：盾尾后第3～6环同步补注浆时加强外侧压浆量，如果管片向外偏移难以控制，采用二次注浆压注圆弧外侧。

（5）派专人负责，防止注浆压力过大，造成管片错台。

4.2.3渣土改良

在穿越建筑物期间，除少量地段夹小部粉质黏土外，其余均为中粗砂层，下穿建筑物地层基本均一。碴土改良采取以泡沫为主，膨润土为辅的的土体改良的方式。前方沉降较难控制时，采用充分膨化的膨润土对掌子面护壁开挖。如刀盘扭矩>2500kN·m，采用注入膨润土加泡沫的方式降低刀盘扭矩。同时采购一批康达特、巴斯夫等优质泡沫和油脂，保证下穿房屋顺利通过。

4.2.4土压控制

由于下穿建筑物地段拱顶地层多为干砂层，地层敏感性强，自立性差，根据地层最大高度产生的静止土压力值加地面建筑物附加载荷值制定土舱掘进压力值，土仓上部土压暂定1.5bar。如果需要短时间紧急停机，启动盾构机的PID自动保压系统。

4.2.5出土量控制

Φ6280mm开挖直径，1.2m管片，开挖的实土方量为37.1方/环，根据本标段地质及实际掘进记录，松散系数为1.1，每环出土量控制值为41m3。渣土车容量为18m3，控制每车进尺500mm。如发现出土量超标，记录当前里程，盾构通过后立即组织二次补浆。如果必要的情况下采取地面补注浆。

4.2.6同步注浆量及注浆压力控制

采取注浆量和注浆压力双控指标控制，在全断面砂层掘进时，每环压浆量达到6.2m3或注入压力达到4bar，注浆结束。优先选择注浆量控制，若出现注浆量<6.2m3而注入压力达到4bar，需排查管路情况，防止注浆管路孔径缩小导致的注入压力升高，而误判注浆达到结束标准。若注浆量<5m3而注入压力达到4bar，可判定拱顶沉降或应力释放导致注入困難，此时应及时跟进二次注浆，填补拱顶沉降或应力释放产生的空隙。

同步注浆浆液性能控制：同步注浆浆液的初凝时间在5h以内，1d固结体强度≥0.2MPa，28d抗压强度≥2.5MPa，稠度8～12cm，固结收缩率<5%，倾析率<5%。同步注浆配合比见表2。

表2 同步注浆配合比

采用同步注浆浆液进行同步补注浆，注浆位置在盾尾后3～6环。采用盾构机自带的同步注浆管路改造后进行注浆，极大增加注浆的便利性和降低成本。

4.3盾体减阻及盾体位置沉降控制

刀盘开挖直径Φ6280mm，前盾直径Φ6250mm，中盾直径Φ6240mm，盾尾直径Φ6230mm。单边最大间隙有25mm，该段间隙一无土压支撑，二无浆液回填。盾体上部是拱顶沉降控制的难点。针对该问题，通过盾体周边预留的注入孔注入膨润土，减少盾体上方沉降，降低盾体在砂层中的摩擦力，进而降低推力，减少地层扰动。

4.4后期沉降控制措施

为了防止由于地层松弛扰动后远期的固结沉降，对建筑物造成危害，利用每环管片上预留的注浆孔进行隧道径向小导管深孔注浆，浆液采用水泥浆液，注浆压力为0.4～1.2MPa，注浆扩散半径按经验取值为0.5m。注浆时机为管片二次注浆浆液凝固后即可进行。小导管加固深度3m，成桩直径1m。小导管采用Φ42mm、壁厚3.5mm的无缝钢管，钢管长度L=3.0m。注浆孔间距为15cm，直径6～8mm，梅花形布置，钢管尾部留1.0m的预留止浆段。

5.结束语

综上所述，由于城市建筑物过度集中，在使用盾构法进行地铁施工时，难免会下穿建筑物，从而容易对建筑物造成不利的影响。文章以实际工程为例，对盾构下穿既有建筑物的控制措施进行了探讨，顺利完成了盾构施工，取得了良好的施工效果，值得类似工程借鉴和参考。

【参考文献】

[1]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].陕西：陕西科学技术出版社，2006.

[2]张庆贺.地铁与轻轨[M].第二版.北京：人民交通出版社，2006.