盾构区间长距离小曲线半径下穿建构筑物施工控制措施

2022-01-12李昊

建材与装饰 2022年2期

李昊

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏南京 210000）

1 工程概况

南昌地铁4 号线4 标土建工程盾构施工包含火炬站—北沥站区间、北沥站—科技城站区间、科技站—鱼尾洲站区间和高新停车场出入场线区间。

其中，高新停车场出入场线区间起始于北沥站，止于高新停车场盾构井。本区间出北沥站后沿火炬五路向东上穿正线北沥站—科技城站区间，依次下穿百利精密刀具事故池、江西星海特科机械有限公司1#、2#砖混结构厂房后与盾构井相接，隧道覆土埋深7.6～20.6m，隧道直径6m，管片采用通用环管片，环宽1.2m，外径6m，内径5.4m，双面楔形量36mm。左右线间距9.22～12m，区间平面设最小曲线R=300m（L=417.006m），竖向最大上坡10.129‰。

高新停车场出入场线穿越区域以中砂、粗砂和粉质黏土为主，局部区域穿越细砂和砾砂，孔隙率大。因整个区间距赣江南支河道较近，所以地下水丰富且分布较广。

2 高新停车场出入场线区间与建构筑物位置关系

高新停车场出入场线区间隧道下穿百利精密刀具事故池最小竖向净距约为4.3m，集水坑深4m，长约12m。百利精密刀具事故池为C30 钢筋混凝土结构底板厚0.3m，侧墙厚度为0.25m。

本区间下穿星海特科机械有限公司1#厂房，主体1 层为钢架结构（管理用房为2 层框架结构），无地下室，独立基础，房屋安全鉴定为B 级，区间与房屋基础最小竖向净距为4.7m。其截面关系图如图1 所示。

图1 盾构下穿星海特科1#厂房截面关系

星海特科机械有限公司2#厂房主体1 层为钢架结构（管理用房为2 层框架结构），无地下室，PHC 管桩基础，桩长约12m，房屋安全鉴定为B 级；隧道下穿该房屋，共有22 根PHC 管桩侵入隧道约5.5～6.4m。其位置关系如图2、图3 所示。

图2 盾构下穿星海特科2#厂房横断面位置

图3 盾构下穿星海特科2#纵断面位置

3 施工难点

3.1 区间盾构隧道轴线控制难度高

盾构机机身是由前盾、中盾和尾盾包裹而成的直线刚体，在小曲线半径隧道掘进时，盾构机轴线无法与隧道设计的轴线完美拟合，因此要想使盾构机能够实现隧道曲线的转弯纠偏，就只能依靠盾构机本身的推进油缸差和铰接伸缩量来调整（被动铰接），以此使盾构机的推进路线能够更加贴合隧道的设计轴线。隧道设计曲线半径越小，盾构机左右两侧的推进油缸的行程差越大，进而导致盾构机纠偏灵敏度降低，姿态难控制，加大了其盾构机轴线与隧道轴线拟合难度。

3.2 盾尾间隙控制难度大

在小曲线半径隧道掘进过程中，管片的转弯趋势与盾尾姿态的拟合至关重要。在曲线掘进控制的理想化状态下，管片的趋势与盾尾姿态是同方向且轴线是高度拟合的。如果管片趋势比盾尾姿态提前，则出现管片超前，反之，管片滞后。在实际掘进过程中，尤其盾构机穿越长距离的小曲线半径隧道时，管片超前和滞后是时常发生的。出现这种情况就会导致盾尾间隙不匀称，管片受到盾尾向内侧的挤压力，脱出盾尾后，释放挤压力，出现管片错台；严重时，管片脱出盾尾后会直接发生管片破损，碎裂和漏水[2]。

3.3 盾构机下穿建构筑物地面沉降控制难度大

高新停车场出入场线区间曲线半径达到R=300m，L≈418m，半径小且距离长，并且在小曲线半径掘进区域下穿百利精密刀具事故池，星海特科机械有限公司1#、2#厂房，这无疑给盾构推进带来更大的困难。建构筑物地基底部原土体的密实度，板体脱壳，小曲线半径推进出现的土方超挖，加之在盾构推进时对掌子面的扰动，会随时导致建构筑物的沉降、裂缝，以及严重的厂房的倒塌事故。

4 长距离小曲线半径下穿建构筑物的施工控制措施

4.1 小曲线半径盾构掘进参数及铰接油缸行程的设置

在盾构机进入小曲线半径前，根据设计路线的走向和实际推进趋势进行对比，然后根据得出的结论对盾构机进行姿态调整，依据曲线半径数值大小，来确定盾构机的纠偏预留量，保证在正式进入曲线半径时姿态可控，本曲线段根据推进经验设置纠偏预留量为 20～30mm（切口水平-20～-30mm）。

在正式进入小曲线半径时，盾构测量系统每5～10 环进行一次换站复测。掘进参数，要根据盾构推进的实时数据对盾构机的刀盘转速和油缸推力进行微调，极大限度的使盾构实际轴线与隧道设计轴线吻合。在姿态纠偏时要遵守勤纠偏，缓纠偏原则，即频繁纠偏，但每次纠偏量很小[1]。防止快纠偏带来的管片破损，错台以及漏浆漏水问题。本施工段正常掘进参数表如表1 所示。

表1 盾构掘进参数

在本区间小曲线半径段，依据实际操作数据得出盾构机每环推进的左右两侧的油缸行程差一般保持在25～30mm。铰接油缸为被动铰接，其油缸行程为150mm，左右两侧行程差一般保持在35～45mm。

4.2 盾尾间隙的控制

高新停车场出入场线小曲线半径为300m，管片外径6m，厚度为0.3m，宽度1.2m，每环管片的纠偏量为ΔL=（l1-l2），计算式为（l1-l2）/（6-0.3）=1.2/300，ΔL=0.0228m=22.8mm[3]。

在每环管片推进前后，要各量一次盾尾间隙，盾尾间隙的变化与管片的选点和推进参数有着直接关系。通用环管片拼装为错缝拼装，所以每环的纠偏量不能达到设计纠偏量，即22.8mm。结合管片超前量表2 和管片楔形量36mm，提前预判整环管片盾尾间隙的大小，再结合每次选择的拼装点位和盾构机油缸的行程差来调整盾尾间隙的大小，从而保证管片与盾构机盾尾关系达到理想状态。

表2 管片超前量

4.3 盾构机下穿建构筑的施工控制措施

盾构隧道下穿建构筑物前，对基础底地层采用袖阀管进行地面预注浆加固[4]，加固范围为隧道两侧3m、隧道底1m。袖阀管地面预注浆加固管径ϕ50mm，1.2m×1.2m 梅花形布置，袖阀管注浆完成后需拔除，避免形成盾构掘进障碍。地层加固采用前进式双液注浆加固，双液浆配比：水泥浆：水玻璃溶液为1∶1，水泥浆水灰比1∶1，采用P.O 42.5 号普通硅酸盐水泥，具体注浆参数应通过现场加固试验确定，且不得对房屋基础造成破坏，注浆加固时应采用多孔间隔注浆和缩短浆液凝固时间等措施，减少既有建筑基础因注浆而产生的附加隆沉；注浆加固监测点数量宜为施工孔数的1%，且不宜少于3 点。检测方法采用动力触探与静力触探相结合方式，必要时也可采用取芯验证的方式，动力触探指标：加固体应满足动力触探实验N63.5，修正后的击数平均值不小于25 击；静力触探指标：28d 静力触探检测：素填土Ps 值＞6MPa，中、细砂 Ps 值＞5MPa，圆砾 Ps 值＞10MPa。加固体强度指标：28d 的无侧限抗压强度≥0.5MPa[5]。

下穿房屋范围加强管片配筋，并增设注浆孔，盾构机穿越时，根据监测情况，必要时进行跟踪注浆加固，如图4 所示。

同步注浆为在盾构掘进中，尽快在脱出盾构后的衬砌背面环形建筑空隙中充填足够的浆液材料，同步注浆采用单液浆，浆液密度≥1.9g/cm3，泌水率≤5%，坍落度为 12～14cm，20h 的屈服强度≥800Pa，7d 的抗压强度 R7 ≥20.15MPa，28d 的抗压强度R28≥1.0MPa，并确保在列车震动下不液化，浆液需通过实验确定浆液配比。二次注浆是弥补同步注浆不足，减少地表沉降的有效辅助手段[6]。注浆应满足以下4 个要求：①盾尾脱出后及时同步注浆。②应考虑浆液产生收缩和失水及盾尾带泥等原因导致实际压浆量大于理论值，保证注浆量充足[7]。③严格控制注浆压力，注浆压力以出口压力为准，注浆应尽量填充而不是劈裂。同步注浆压力略大于该点的静水压力和土压力之和，一般不超过0.4MPa[8]。④浆液选择、配比、拌制和储运必须合理，如图5 所示。

图5 隧道二次注浆

盾构掘进时应严格控制掘进参数，掘进参数设定：推力800～1200t，推进速度为 30～35mm/min，刀盘扭矩为 1500～2700kN·m，上部土仓压力为0.6～0.8bar，出土量为39～44m3，注浆量为6.48～8.1m3。控制盾构施工期间地表最大沉降不超过10mm，隆起不超过10mm，相邻柱跨沉降差异不超过5mm。盾构掘进施工时应疏散人员，清空房屋，盾构通过后应立即二次注浆及注浆孔注浆加固，上部建筑须经二次鉴定无风险后方可继续投入使用。

对于星海特科机械有限公司2#厂房桩基与隧道平面关系，共有22 根桩基侵入区间隧道，盾构掘进前需拔除，可采用钻进成孔套取，盾构掘进前应进一步调查房屋资料及厂房桩基与隧道实际平面关系，确保盾构影响范围内桩基都能被拔除处理。拔除既有桩基前，应将桩基上方的既有承台开挖后凿除。既有桩基拔除施工时，防止桩基拔断，避免遗留残桩对盾构掘进的不利影响。桩拔除后及时封孔回填，隧道范围内采用黏土或砂回填密实，隧顶以上范围采用M20 水泥砂浆灌注回填。

5 地面沉降监测

建立地表沉降监测网，在盾构区间正上方每隔4 环设置一组监测点，每组由8 个监测点构成，监测频率2～3 次/d。在建构筑物区域内，监测点要加密布置，并且实时分析反馈沉降数据。保证盾构机在下穿建构筑物时能够及时根据反馈的数据调整推进速度、土压力、每环的出土量以及同步注浆参数等。图6 为下穿建构筑物的地表沉降变化曲线。