盾构施工下穿超高地标建筑物九龙鼎加固技术探究

丁延昌 黎政欣 陈炜 毕志华

在新建城市地铁过程中，不可避免要穿越盾构上方既有建（构）筑物，如何避免既有建筑物出现不均匀受力及变形，保证既有建筑物安全是施工中的首要任务。以洛阳市轨道交通1号线丽景门站—青年宫站盾构下穿既有地标建筑物九龙鼎为工程依托，提出采取基础注浆加固+鼎身螺旋缠绕的变形控制措施，同时保证了盾构机的顺利掘进和超高地标建筑物九龙鼎的完整性，可为同类工程提供参考。

盾构隧道； 下穿施工； 地标建筑物； 加固技术

U455.43 A

［定稿日期］2022-02-24

［作者简介］丁延昌（1987—），男，本科，工程师，主要从事轨道交通工程相关工作。

随着地下工程的发展，盾构法施工越来越多的应用到城市轨道交通中 ［1］。但由于城市交通网愈来愈完善，城市用地面积愈来愈紧张，在盾构施工过程中不可避免要出现穿越盾构上方既有建（构）筑物的情况［1-2］，而施工过程中产生的施工扰动必然会对既有建（构）筑物产生差异沉降、倾斜或开裂等不利影响，甚至造成其发生破坏。已有学者对盾构施工穿越隧道上方既有建（构）筑物的影响及控制措施展开了相关研究，并取得了一定成果。康佐等［4］依托于西安轨道交通1号线盾构下穿城墙及朝阳门，通过有限元分析了盾构掘进对古城墙受力的影响；王文斌等［5］结合西安地铁２号线钟楼段，采用有限元模型分析了不同加固措施情况下地面沉降的规律以及施工对钟楼的影响程度；刘健鹏等［6］结合无锡地铁某区间盾构下穿敏感商场，提出了管棚+水平冻结的控制措施，保证了既有商场在施工过程中的安全和稳定；牛俊涛［7］ 结合天津地铁区间 6 号线提出了RJP 大直径旋喷桩 + 钢套筒的控制措施，保证了施工过程中的管线安全；袁大军等［8］以西安轨道交通 2号线盾构下穿古城墙为工程背景，提出来采用钻孔灌注桩+化学注浆的复合加固措施，有效的控制了古城墙的变形；黄昌洋等［9］结合长沙地铁2号线区间隧道在溁湾镇站—橘子洲站下穿湘江堤坝，分析了施工过程中产生风险的原因及造成的危害，结合工程特性提出采用注浆加固的变形控制措施；胡相钰［10］依托南昌轨道交通 1 号线丁公路北站—师大南路站区间盾构下穿京九铁路箱涵桥工程，利用有限元软件对既有建筑物变形进行了研究。但现有的研究主要集中在对地基的加固方面，对地表既有超高建筑物采取加固措施的研究成果尚不多见。

本文以洛阳市轨道交通1号线在丽景门站—青年宫站区间盾构隧道下穿地表既有超高建筑物九龙鼎为工程背景，结合工程特性，分析了盾构下穿地表超高建筑物九龙鼎的施工风险，提出了采取基础注浆加固+鼎身螺旋缠绕的控制措施，以期为同类工程提供经验借鉴。

1 工程概况

洛阳市轨道交通1号线丽景门—青年宫区间隧道（DK16+782.840～DK17+855.778）西起西关路，沿中州东路向东敷设，止于青年宫，左右区间长2 150.202 m，右线在CK16+800～940 m下穿地表建筑物九龙鼎柱，在CK17+625～835 m段下穿青年宫人防，区间位置及周边环境见图1。

九龙鼎位于洛阳市老城区中州东路与金业路交叉口（图2），建成于1994年4月，其上的9条龙形浮雕代表着历史上9个朝代在洛阳建都。因此，九龙鼎柱是洛阳市的一座标志性构筑物，具有非常重要的历史意义。在洛阳市轨道交通1号线建设的过程中丽景门站—青年宫站区间右线近距离下穿九龙鼎柱（图3），且隧道顶上覆土约13.2 m，隧道顶部距离九龙鼎柱下部的三七灰桩的最近距离约为2.7～4 m，与下面筏板基础的净距约为8.2 m。这种近接施工必然会对九龙鼎的安全性及稳定性造成影响，因此引起了相关部门的高度重视。

2 盾构下穿危险源分析及评估

丽景门—青年宫区间隧道下穿地表建筑物九龙鼎柱的施工过程中，容易引起一些风险：

（1）不均匀沉降引起的九龙鼎柱倾斜和倒塌风险。丽景门—青年宫区间隧道右線盾构侧穿九龙鼎柱时，如果施工参数控制不当，易引起地表既有超高建筑物九龙鼎柱产生不均匀沉降进而产生倾斜，严重时甚至会使地表既有超高建筑物九龙鼎柱有开裂和倒塌的风险。

（2）地表隆陷引起的道路塌陷或隆起风险。丽景门—青年宫区间工程隧道位于中州中路正下方，其间上软下硬的地段众多，在盾构施工过程中，很容易引起道路沉降、塌陷和隆起等问题，从而可能造成九龙鼎柱发生倾斜和倒塌。

（3）盾构机对地层扰动引起的九龙鼎柱浮雕脱落风险。九龙鼎柱建成于1994年4月，建成时间较为久远，盾构下穿九龙鼎施工时，可能造成九龙鼎柱浮雕脱落现象。

为了保证盾构施工过程中九龙鼎的安全，需要保证九龙鼎柱变形小于其变形控制标准，即倾斜率小于0.001。

3 盾构穿越九龙鼎柱加固方案

根据下穿地表既有超高建筑物九龙鼎柱施工设计要求及盾构法施工特点，在施工过程中主要采取事前控制的措施来减小既有建筑物的变形，且采用的措施共分为2个部分：一是对九龙鼎自身进行加固，即对柱身及铜鼎分别采用固定加固；二是对九龙鼎柱基础进行注浆加固。通过这2种加固措施来保证盾构施工过程中九龙鼎的安全。

3.1 九龙鼎自身加固

3.1.1 九龙鼎铜鼎加固

利用镀锌钢板箍见图4（a），对铜鼎的4个鼎腿进行固定，以防鼎身发生倾斜后从柱上脱落，待钢板箍加紧后，在钢板箍与鼎腿接触的上、下边缘处进行有效焊接，焊接后对钢板箍及鼎腿涂刷环氧沥青漆二度进行防锈处理，加固后的示意如图4（b）所示。

3.1.2 九龙鼎柱身防护

原设计加固方案采用钢绞线对九龙鼎的柱身浮雕进行螺旋缠绕法加固保护，但在加固过程中，考虑到浮雕材质为花岗岩，其在钢绞线的缠绕下容易出现裂纹和断裂现象，因此在加固材质上，将原设计钢绞线用麻绳进行替换，其一麻绳的柔韧性相对钢绞线而言更好，其二麻绳在受力时具有伸缩空间，不易对鼎身浮雕造成损坏致其发生脱落，因此，选择采用麻绳进行螺旋缠绕法施工。

加固过程中，在九龙鼎柱身竖向方向，每隔600 mm，即采用20 mm的麻绳对柱身进行捆绑加固，加固过程采用2台30 t汽车吊篮配合施工，绳结打结方式采用8字结绑扎，具体操作过程：

（1）将麻绳从九龙鼎柱的后方绕到前方，使绳头A被压于绳头B的下方，如图5（a）所示。

（2）将B绳头继续从九龙鼎柱的后方绕向前方，使B绳绕过来的一端压在A绳头的下方，如图5（b）所示。

（3）将绳头B从绳圈E中穿出，并拉紧绳圈，如图5（c）所示即形成8字结。

对九龙鼎柱的一段柱身采用麻绳加固如图6所示。

3.2 九龙鼎柱基础加固方案

在下穿九龙鼎柱前需对九龙鼎柱身及铜鼎采用固定加固，在完成九龙鼎自身固定加固的基础上，进行九龙鼎柱基础注浆加固，即在九龙鼎基础两侧各预埋2根袖阀管，根据监测情况，对九龙鼎柱基础进行注浆，确保九龙鼎柱的安全。

3.2.1 袖阀管注浆施工工序

3.2.1.1 工艺流程

袖阀管注浆施工工艺流程如图7所示。

3.2.1.2 钻孔施工

由于地质钻机具有结构简单、机械转动，能很好控制下钻速度，以及便于维修等优点，因此施工过程中选用地质钻机进行钻孔施工，有利于准确地探测本依托工程中存在的不利地层；其中钻孔孔径为110 mm，注浆孔孔径为90 mm，为了保护施工钻孔质量和确保施工进度，钻孔过程中采用优质泥浆进行泥浆护壁，为后续工序做好准备。

3.2.1.3 套壳料灌注

由于套壳料强度对后期施工过程中的开环影响较大，其具体表现为：当套壳料强度过高时不易开环；当套壳料强度过低时又容易在保证开环的同时浆液发生上串涌出现象。因此，在设计套壳料配比时，既需要保证开环顺利，同时又需要防止串浆情况的发生。

根据工程特性，将套壳料配比（重量比）设计为水泥∶黏土∶水=100∶20∶110，并根据此设计配比来制作套壳料试饼，观察套壳料试饼前3天內的状态，若在前一天满足开环条件，第二天便可进行套壳料灌注。

3.2.1.4 下袖阀管

施工过程中，下袖阀管采用塑料袖阀管，其中单根袖阀管的长度为33 cm，外径48 mm，内径32 mm，可组合任意长度。下袖阀管管口超出地面10～20 cm，管底距离加固区域10 cm左右，且处于封闭状态，在入孔前保证橡皮套和粘结胶布处于工作状态，避免入孔过程中橡皮套上下错位；同时也需要采取隔离措施对管口加以保护。

3.2.1.5 开环

在套壳料有一定强度又易碎时方可进行开环，将注浆塞下入至九龙鼎柱基础下端，用注浆泵进行泥浆的泵送，随着注入浆液和泵压的增加，套壳料产生破碎，使浆液进入需注浆的地段，进而对该地段进行加固。

3.2.1.6 灌浆

灌浆采用跳灌法，在袖阀管内插入注浆管，自下而上分段进行灌浆，且注浆孔距离一致，均为400 mm。为了保证灌浆质量，注浆体采用42.5R普硅水泥配制的纯水泥浆，水灰比0.80～0.90，同时为了保证浆液渗透较远且较为均匀，灌浆浆液浓度应分为多个级别，采用由稀至浓的顺序进行灌注，且分3次进行注浆：在上次水泥浆初凝后再进行下次灌注，初次水泥浆灌入量大于100 L/m时停止注浆；第二次灌注量大于50 L/m时停止注浆；第三次灌注量大于50 L/m停止灌注。

3.2.2 九龙鼎柱基础袖阀管加固方案

预埋袖阀管采用48×5 mm的塑料袖阀管，由地表斜向下打设，如图8所示。注浆扩散半径按经验取值为500 mm，桩长为地面至地下九龙鼎柱三七灰土桩下1.5 m，打孔长度为14 m。共布设4根袖阀管（图8（a））。根据监测情况确定是否注浆，注浆长度为管底以上1 m范围。

4 盾构实际穿越九龙鼎加固效果检验

在洛阳市轨道交通1号线丽景门站—青年宫站盾构下穿既有地标建筑物九龙鼎施工时，为保证九龙鼎安全性及稳定性，对九龙鼎柱采取了自身加固及基础注浆加固的固定措施。在左、右线施工过程中，分别对其实际水平位移进行了监测。

对左线施工时，监测位移结果如图9、图10所示。左线施工过程中，九龙鼎柱水平位移监测点在-0.5～1.1 mm之间变化。

对右线施工时，位移结果如图11、图12所示。右线施工过程中，九龙鼎柱水平位移监测点在-0.6～0.7 mm之间变化。

通过监测数据分析，丽景门站—青年宫站盾构下穿既有地标建筑物九龙鼎左、右线施工时，九龙鼎柱建筑物水平位移累计位移值及变形速率均不超九龙鼎柱变形控制标准，即倾斜率小于0.001。监测结果表明，基础注浆加固+鼎身螺旋缠绕的控制措施解决了不均匀沉降引起九龙鼎柱倾斜和倒塌风险，保证了盾构施工过程中九龙鼎的安全。

5 结束语

本文以洛阳市轨道交通1号线丽景门站—青年宫站盾构下穿既有地标建筑物九龙鼎为工程依托，提出了采取基础注浆加固+鼎身螺旋缠绕的控制措施，顺利完成了本工程任务，解决了盾构下穿超高建筑物的施工难题，确保了既有建筑九龙鼎柱的安全，可对将来类似工程施工提供一定的参考、借鉴。

参考文献

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