可拆解盾构小半径侧穿既有建筑物施工技术及影响分析

2022-05-20潘建明廖韶军董毓庆

现代城市轨道交通 2022年5期

潘建明，廖韶军，董毓庆，丁智

（1. 中铁隧道股份有限公司，河南郑州 450040；2. 杭州岩通科技有限责任公司，浙江杭州 310005；3. 浙大城市学院，浙江杭州 310015）

1 引言

地铁建设过程中，既有建筑物常与新建地铁线路之间相互影响，出于保护已有建筑物的目的，常采用盾构小半径侧穿的方式解决这类工程问题。相比于直线盾构掘进，小半径曲线盾构施工[1]具有地层扰动加剧、线路两侧地层损失不均匀、地表变形规律复杂等特征[2]。

针对盾构小半径侧穿建筑物影响效应问题，部分学者已开展相关研究。一般盾构小半径近距离侧穿施工时，可采用有限元、ANSYS或FLAC3D程序进行建模模拟，应尽可能使用较大的曲线半径，减轻曲线掘进对隧道成型的影响[3-9]。盾构自身及地层条件会影响盾构姿态，盾构曲线段掘进时有水平分力，容易向曲线外侧发生偏移。当盾构在软土地区进行掘进施工时，土层会产生更大的位移，随着施工的进行隧道会出现一定的超挖现象，盾构曲线施工引起地表内侧沉降范围较大，同时影响隧道周围土体的水平移动趋势[10-15]。

路林海[16]等针对黏性土地层，对曲线盾构施工产生的地表沉降进行研究，发现盾构曲线掘进时，隧道两侧的地层由于受力不平衡出现差异扰动、地表变形非对称性等现象。万绍涛[17]提出盾构小半径穿越建筑物施工过程中的技术控制措施及穿越后的地表沉降控制措施，减小盾构小半径穿越建筑物对周围环境的影响。对于可拆解盾构这种新型拼装式掘进机械设备，在目前工程实际中运用较少。姚燕明[18]等针对狭窄空间内盾构过站方式首次提出可拆解式盾构施工方法。李发勇[19]进一步对可拆解盾构下穿既有桥桩磨桩施工影响进行研究。徐震[20]为解决盾构刀盘在狭窄空间内拆解困难及刀盘破坏性拆解无法再利用的问题，提出刀盘的几种分解形式。已有的研究成果主要关于可拆解盾构的拆解形式和通过狭窄空间的施工影响，而关于可拆解盾构小半径侧穿施工对建筑物影响的研究未有述及。可拆解盾构特殊的拼装式结构，使其能较好地解决小半径近距离侧穿建筑物问题。

本文以宁波市轨道交通4号线柳西站—宁波火车站区间可拆解盾构小半径侧穿柳汀花苑为工程背景，对可拆解盾构侧穿过程中的施工控制技术展开研究，并结合实测结果验证可拆解盾构小半径侧穿既有建筑物施工的可行性，为类似工程提供参考。

2 工程概况

柳西站—宁波火车站区间盾构侧穿柳汀花苑的区域对应左线330～435环，右线345～450环，其中房屋外边线与左线隧道外轮廓线最小水平距离约1.9 m。侧穿段线路设计概况如表1所示。

表1 侧穿段线路设计概况

3 侧穿既有建筑物施工技术

盾构掘进中速度尽量保持在某个确定的值，减少盾构速度变化对周围土体的扰动。出土量根据土压的变化情况及地面沉降分析情况，及时进行微调。后期分析沉降监测数据，若达不到可控要求，可再次进行注浆。

为确保盾构均衡匀速施工，线路不发生偏移，应避免盾构与管片间夹角过大造成土体损失，推进时应不急纠、不猛纠。盾构掘进参数如下：盾构推进速度大小为30 ～50 mm/min；出土量为37.10～37.86 m3/环；同步注浆量充盈系数取1.3～1.8；同步注浆压力不超过0.20～0.35 MPa；二次注浆方量1.05～1.5 m3；二次注浆压力0.1～0.3 MPa；隧道轴线和盾构轴线折角变化不能超过0.4%。

盾构水平姿态刀盘控制在-10～+20 mm，盾尾控制在-10～+20 mm，盾构高程姿态刀盘控制在-25～-35 mm，盾尾控制在-40～-45 mm。隧道上方的淤泥质粉质黏土层同步注浆砂浆配合比为（kg/m³）砂 : 粉煤灰 : 石灰 : 膨润土 : 水泥 : 水= 1 130 : 350 :40 : 50 : 20 : 3.5。同步注浆浆液性能指标：浆液比重不小于1.9 g /cm3，泌水率不大于12%，塌落度12～14 cm。

4 侧穿施工对既有建筑物影响分析

4.1 监测点布置

布设路面沉降监测点，在侧穿建筑物拐角处布置建筑物监测点。沉降槽整个监测时长为14天，监测频率为1天3次，取3次监测结果的平均值作为监测值。柳汀花苑2#、5#、6#楼的沉降的监测时长为10天，监测频率为1天2次，取平均值作为监测值，详细监测点如图1所示。地面沉降累计值控制值在-20～+10 mm，单日变量不大于2 mm；建筑沉降累计值控制在不大于1 mm。

4.2 地表沉降分析

测线1包括监测点XD370-2～XD370-8；测线2包括监测点XD395-1～XD395-7；2条测线的地面沉降槽随时间的动态变化如图2、图3所示。由图可知，整体而言，2条测线的分布状态与变化规律较一致，表现为沉降-稍微隆起-沉降的趋势，距离隧道较远处沉降值相对较小，沉降量为-1～0 mm，均处于可控范围内。测线1靠近隧道一侧的监测点的沉降最大值约为8.0 mm，测线2靠近隧道一侧的监测点的沉降最大值约为5.5 mm，距离隧道侧适中位置的监测点的沉降变化较为突出。掘进效应随着时间推移在不断变小，土体在应力的作用下，沉降量不断减小，且逐步趋于稳定，表明利用可拆解盾构机施工对土体的影响处于可控范围内。

监测点的沉降日变量变化及累计沉降量变化如图4、图5所示。由图可以看出，各监测点的累计沉降量随着时间的推移变化规律为平稳-波动-平稳趋势，其与隧道掘进侧穿过程息息相关，各测线由近及远，其突变存在一定的滞后性，就施工沉降值而言，整个侧穿过程对周边环境的影响较小。

4.3 周边建筑物沉降分析

侧穿柳汀花苑时，2#、5#、6#楼与隧道相对位置较近，因此对此3栋建筑的沉降特征着重分析。2#、5#、6#楼沉降变化如图6～图8所示，由图可以看出，2#楼距离隧道较近的监测点（JC18-4）的沉降值较大，且波动较强，波动值达到3 mm，最大沉降值为-5.5 mm。5#楼距离隧道较近的监测点（JC21-5）的沉降值较大，且波动较强，波动值达到2 mm，最大沉降值为-6 mm。6#楼距离隧道较近的监测点（JC23-3）的沉降值较大，且波动较强，波动值达到2.5 mm，最大沉降值为-4 mm。整体来看，距离隧道相对较远的监测点的整体变化趋势较为稳定，有突变值，但随着隧道掘进逐渐趋于稳定。3栋建筑整体沉降值均在设计值内，表明盾构侧穿过程中对附近建筑物的影响处于可控范围内。