地铁工程下穿高层建筑物的监测数据分析与风险管控

徐亚军

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 工程概况

常州机电学院图文中心位于科教城南站—科教城北站区间（SK9+956.260至SK11+353.911m，上行线贯通里程）范围内，常州机电学院图文中心主楼13层、裙楼3层、地下室1层，主楼长度72.27m、全楼总长度135.29m。盾构为上、下行线平行下穿，下行线为XK10+231.73至XK10+268.07mm（主楼宽度段），上行线为SK10+231.73至SK10+268.07m（主楼宽度段），线间距为16m；属于正交下穿，线路下穿段落为直线。常州机电学院图文中心基础采用350×350mm预制钢筋混凝土静压桩，区间穿越图文中心段隧道结构埋深约22.59～23.54m，结构顶距桩基底最小垂直净距约3.52m、最大垂直净距约3.93m。常州机电学院图文中心地下室底板所处土层为③1粘土层，桩基穿越土层为④1粉质粘土夹粘质粉土、⑤1砂质粉土、⑥2粉质粘土和⑥3粘土层；区间穿越土层为⑥3粘土、⑥4粉质粘土和⑦1粉质粘土层；区间下卧土层主要为⑦1粉质粘土层和⑧2砂质粉土。对本下穿段工程有影响的主要为第Ⅰ承压水层。隧道施工下行线采用铁建重工土压平衡盾构机，盾体外直径φ6.44m，主机长8.39m，整机长度约为84m，最大推力4011.7T；上行线采用小松土压平衡盾构机，盾体外直径φ6.34m，主机长8.68m，整机长度为58.24m，最大推力3773T。衬砌管片采用内径为5.5m，厚度0.35m，宽度1.2m。盾构施工由科教城北站始发，科教城南站接收，下行线先行施工。

2 下穿风险

下穿工程结构顶距桩基底最小垂直净距约3.52m，属于接近。处于盾构掘进施工扰动的强烈影响区，影响桩基承载力，若施工不当，容易造成基础沉降，结构物开裂风险。盾构隧道施工主要有风险：①下穿段落受第Ⅰ承压水层的影响，容易发生涌砂、涌水等现象，由于水的流失，周边土体产生扰动，容易造成上部建筑物沉降、结构破坏及隧道本体结构变形等，工程风险较大。②下穿段落为高层建筑，荷载较大，易导致建筑物及隧道下沉。

3 施工管控

针对工程风险制定专项设计、施工、监测及风险管控方案，盾构下穿图文中心加固段（SK10+217.260～SK10+271.260、XK10+217.060～XK271.060）专项设计，采用增加注浆孔的钢纤维复合管片，在二次注浆加固时，增设了环向注浆孔，向周围土体进行加固，向外加固长度3m，减少建筑物变形。

盾构穿越前全面检修盾构机，穿越时控制掘进速度，确保连续匀速穿越；加强监控量测、穿越前在相近地段进行实验模拟，采用合适的盾构掘进参数，严禁超挖；盾构穿越过程中，加大开挖面泡沫注入量，改善开挖面土体和易性，防止泥饼现象出现，减少对前方土体的挤压作用；穿越期间加强监测及巡视，根据监测结果调整施工参数。在穿越过程中通过监控平台时刻监控土仓压力、同步注浆量等控制值；对二次注浆压力、注浆量的严格控制，确保下穿工程安全可控。

制定应急预案，预备钢梁、钢柱等应急物资，当图文中心出现较大沉降等险情时及时采取支顶等措施，防止险情扩展；盾构穿越图文中心时地下室车库位于隧道上方，施工时禁止停车。

4 监测分析

4.1监测点布设

常州机电学院图文中心共布置56个建筑物监测点，地下室为20个监测点，其中JC7，JC11，JC13，JC14，JC41-JC56为地下室监测点，其余为楼外侧结构监测点；该处建筑物控制值为：累计值4～-10mm。监测点布置图如图1所示。

图1 常州机电学院图文中心与线路位置关系及监测布点图

4.2监测数分析

盾构下行线下穿段落为906环值937环，于2016年9月1日自903环开始掘进，进入下穿段落，至9月3日，完成下穿，掘进至940环。下穿过程中监测数据统计分析，并且下行线下穿轴线及附近点进行重点分析。通过监测数据及施工管控综合分析，在下穿前，调整了盾构掘进参数，适当增加土仓压力等，下穿过程中略有隆起，并且在可控范围内，注浆后，由于土体效应，之后回落。在后监测中，该建筑物沉降量最大的点位JC54，累计沉降量为-4.67mm（监测结束日期为2017年6月10日，并且已稳定），该工程安全可控。

5 结论

本文就盾构下穿高层建筑物在监测、盾构施工等方面进行阐述，结合施工过程中的施工风险管控和监测数据对盾构施工进行指导，总结如下：

（1）对于此重大风险源，制定专项设计、施工方案、监测方案。本次盾构下穿的常州机电学院图文中心，楼高13层，结构顶距桩基底最小垂直净距约3.52m；隧道结构采用增加注浆孔的钢纤维复合管片，增设了环向注浆孔，向周围土体进行加固，确保建筑及工程本体安全可控。

（2）在下穿高层建筑施工中建议：在下穿施工前，在临近下穿建筑物前几环（一般5到10环）通过监测数据修正掘进参数，保持土压平衡；在下穿通过时根据上部荷载确定土仓压力，根据监测控制值，适当增加土仓压力，在施工中稍有隆起，注浆后，由于土体效应，之后回落；在下穿高层建筑施工时，若土仓压力不足等，致使建筑下沉，虽然通过二次注浆，即使增大了注浆压力，由于高层建筑荷载较大，也同样很难恢复到正常位置。