盾構掘進穿越建構筑物的沉降控制技術及研究

1、盾構過建筑物的沉降控制技術及研究（李懂懂）摘要 廣州電纜隧道盾構區(qū)間厚德變電站至客村盾構區(qū)間隧道穿廣州大道后滘大橋、廣州大道上涌中橋以及多棟建構筑物，下穿廣州大道新窖南路隧道和廣州大道墩和路口人行地道。擬建場地位于廣州沉降區(qū)，基巖為白堊系白鶴洞組泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。巖層走向NW，傾角約1020°，中微風化巖體較完整，裂隙不發(fā)育，場地未發(fā)現(xiàn)斷裂構造蹤跡。但地基巖上部覆蓋厚度不大的第四系軟土層。對盾構下穿多棟建構筑物隧道及橋墩施工技術總結，對廣州三角洲沖積平原地貌地層的盾構施工提供借鑒。關鍵詞 盾構 全斷面淤泥 全風化巖帶 掘進控制 同步注漿引言為了掌握盾構隧道在施工過程中的力學動態(tài)

2、，確保施工過程中盾構隧道的穩(wěn)定和地面建（構）筑物的安全，應進行現(xiàn)場監(jiān)控量測。通過對觀察及量測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對盾構隧道結構體系的穩(wěn)定狀態(tài)和建筑物的安全度進行預測，并據(jù)此確定相應的工程措施，以保證施工安全。特殊地段的沉降控制一直是盾構施工中的難點、風險點，本文介紹了廣州電纜隧道厚德變電站至客村盾構區(qū)間，盾構隧道穿廣州大道后滘大橋、廣州大道上涌中橋以及多棟建構筑物，下穿廣州大道新窖南路隧道和廣州大道墩和路口人行地道，本地段時所采取的技術措施，以期對類似地層有借鑒和指導作用。 本段電纜隧道南起220kV厚德變電站(位于廣州大道南后窖村內(nèi)，待建)，沿后窖村內(nèi)規(guī)劃道路由東向西與廣州大道南相交，此后沿廣

3、州大道南由南向北，途經(jīng)廣州大道后滘大橋、廣州大道車行隧道以及上涌中橋，最終在客村與廣州大道南交匯處。線路總長度為3090.90 m，其中明挖隧道部分長557.48m，最小曲線半徑為10m，最小縱坡5，隧道埋深約2.57m；盾構隧道部分長2533.42m，最小曲線半徑為350m，最小縱坡5，隧道埋深約1317m。220千伏厚德電力隧道將布置本期及規(guī)劃共設（最大回路數(shù)）4回220千伏電纜線路、本期及規(guī)劃（最大回路數(shù)）12回110千伏電纜線路。為滿足電力隧道后期電纜敷設、隧道通風、逃生等要求，厚德電力隧道中設置七處明挖豎井（以下稱為“過井”）。（1）盾構隧道旁穿廣州大道后滘大橋、廣州大道上涌中橋以及

4、多棟建構筑物，下穿廣州大道新窖南路隧道和廣州大道墩和路口人行地道，在施工時需密切對其進行監(jiān)測。為了掌握盾構隧道在施工過程中的力學動態(tài)，確保施工過程中盾構隧道的穩(wěn)定和地面建（構）筑物的安全，應進行現(xiàn)場監(jiān)控量測。通過對觀察及量測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對盾構隧道結構體系的穩(wěn)定狀態(tài)和建筑物的安全度進行預測，并據(jù)此確定相應的工程措施，以保證施工安全。監(jiān)控量測項目主要包括地質(zhì)、地物及支護狀況觀察、地表沉隆、隧道隆陷、土體內(nèi)部位移、襯砌環(huán)內(nèi)力和變形、土層壓應力、地下管線、建（構）筑物傾斜、建（構）筑物裂縫觀察等。洞內(nèi)各測點應在管片中進行預埋，同時為準確獲得土層和結構環(huán)的動態(tài)數(shù)據(jù)，各監(jiān)測點應在盾構掘進前讀取其穩(wěn)定

5、的初始讀數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)要繪制成時態(tài)曲線，用回歸分析法進行處理，及時反饋指導施工；地表下沉點按普通水準基點埋設，并在破裂面以外34倍洞跨處設若干水準基點，作為各測點高程量測的基準；地表下沉量測應在開挖面前方（23）倍B（B為隧道寬度）處開始進行，直到開挖面后方（35）B且地表下沉基本穩(wěn)定為止；量測數(shù)據(jù)的整理與反饋參照地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范（GB50299-1999）進行。各監(jiān)測項目的控制值必須得到保證。同時應加強監(jiān)控量測工作的管理，確保信息反饋的準確、及時。控制地面沉降的措施有：（1）保持盾構開挖面的穩(wěn)定盾構開挖面的穩(wěn)定可以通過優(yōu)化掘進參數(shù)來控制。掘進參數(shù)主要有：刀盤和土艙壓力、排土量和推進速

6、度、螺旋機轉速、千斤頂總推力、注漿壓力與時間、注漿量方式、漿體性能、盾構坡度、盾構姿態(tài)和管片拼裝偏差等。為施工參數(shù)優(yōu)化，必須熟練掌握盾構機的操作，根據(jù)地面變形曲線進行實測反饋，以驗證選擇施工的合理性或據(jù)以再調(diào)整優(yōu)化施工參數(shù)。通過設定推進速度、調(diào)整排土量或設定排土量調(diào)整推進速度，以求得艙壓力與地層壓力的平衡。（2）同步注漿與二次注漿準備支頂加固材料、注漿加固材料、搶險機具設備、車輛、警戒標識物等以備用。為了減小和防止地面沉降，在盾構掘進中，要盡快在脫出盾構后的襯砌背面環(huán)形建筑空隙中充填足量的漿液材料。根據(jù)地質(zhì)條件，確定漿液配比，注漿壓力、注漿量及注漿起訖時間對同步注漿能否達到預期效果起關鍵作用。

7、（3）二次（或多次）壓漿是彌補同步注漿不足，減少地表沉降的有效輔助手段，可使盾構在穿越建筑物、地下管線時，大大降低地面沉降。(4)注意盾構在曲線上推進及盾構糾偏（5）盾構在曲線上推進時，土體對盾構和隧道的約束力差，盾構軸線較難控制，因此推進速度要放緩、糾偏幅度不要過大、加大注漿量、加強糾偏測量工作等，以減小地層損失，降低地面沉降量。(6)對建筑物基礎進行注漿加固（7）根據(jù)建筑物的結構類型及對沉降的敏感程度、沉降的允許值，制定建筑物及地面變形警界值。建立完善的監(jiān)測網(wǎng)，及時反饋信息，及時進行跟蹤注漿或補充注漿。（8）在建筑物及立交橋兩側設置系統(tǒng)的觀測網(wǎng)，進行變形監(jiān)測并及時反饋信息，作到信息化施工。

8、對中軸線兩邊各30m內(nèi)發(fā)生較大傾斜和結構老舊房屋進行鑒定，為危房的拆除或臨遷。 （9）對隧道上方建筑物進行詳細的入室調(diào)查。對樁基侵入隧道或接近隧頂?shù)慕ㄖ锊扇⊥袚Q加固措施，結構面發(fā)現(xiàn)裂縫的則作詳細記錄。 （10）在到達特殊段前選擇一開挖面自穩(wěn)性較好的地段對盾構機進行全面檢修，減少在特殊地段停機檢修的風險：對破損較大的盾尾刷進行更換；全面檢測刀具，對磨損超標的刀具進行更換；對堵塞的注漿管進行疏通處理；對分別通往開挖面、土倉、螺旋輸送器的主從泡沫管進行疏通，并在刀盤面中心附近增設1根泡沫管。 （11）通過時時的掘進控制 掘進模式、盾構機配置及掘進參數(shù)針對特殊段的情況，選用的掘進模式，盾構機械配 （

9、12）刀具配置 本段洞身地層主要為7、8、9泥質(zhì)砂巖、粉砂巖，易結泥餅，根據(jù)以往類似地層施工經(jīng)驗，采用全軟土刀具將會出現(xiàn)盾構機推力增大、扭矩增大、掘進困難的現(xiàn)象，嚴重時由于盾構機長時間在一小范圍擾動，隧道頂部的砂土層會塌落，進而導致地面塌陷的事故；若采用全硬巖刀具，則刀盤面開口率減少，結泥餅的機會就會增加。故過本段時采用了混合式刀具配置：64把刮刀，16把鏟刀，5把邊緣雙刃滾刀，8把正面雙刃滾刀，6把中心雙頭齒刀。正面滾刀都高出刀盤盤面175mm，為開挖面破除下來的砟土留出了足夠的出砟空間，刮刀超出刀盤盤面140mm，受到滾刀的保護，刀盤開口率約為29%。 2、掘進過程的施工技術要求盾構在通過

10、該特殊段時有序、平衡、平穩(wěn)。 有序 （1）施工組織有序人、機、料的配置合理，工序的安排、銜接有序。 （2）機械保養(yǎng)有序機械保養(yǎng)定人、定期、專業(yè)、規(guī)范，做到無遺漏、標準化。 （3）信息管理有序技術交底、作業(yè)交底按部就班，自經(jīng)理部至作業(yè)面指令暢通、反饋迅速。 3、平衡 （1）土倉壓力與開挖面水土壓力平衡嚴格控制土倉壓力，盡量保持土壓平衡，不要出現(xiàn)過大的波動；考慮本段地下水水壓較高，土倉壓力設置為上部1.3bar左右，下部1.8bar左右。 （2）出土量與掘進進尺平衡嚴格控制出土量，做到進尺量與出土量均衡。本隧道開挖直徑6.28m，考慮盾構姿態(tài)變化或其他原因引起的巖土損失和巖土的松散系數(shù)，每環(huán)出土量

11、約6669m3，即4.5節(jié)砟車。除量的控制外，還要堅持對每環(huán)砟樣進行地質(zhì)水文分析，發(fā)現(xiàn)與開挖斷面地質(zhì)情況不符（尤其是出現(xiàn)32砂層）時，則馬上采取措施。 （3）注漿壓力與水土壓力平衡除考慮注漿處的水土壓力，還要考慮后方來水、開挖面來水的水壓，故注漿壓力是在注漿處水土壓力基礎上提高12kg/cm2，且應使?jié){液不進入土倉和壓壞管片和不因注漿壓力過大造成地表隆起。特殊段注漿壓力設置：1、4注漿孔控制在1.5bar左右，2、3注漿孔控制在2.0bar左右。 （4）注漿量與進尺平衡考慮漿液失水固結、盾構推進時殼體帶土使開挖斷面大于盾構外徑、部分漿液劈裂到周圍地層，采用理論值的150200進行注漿，即為68

12、m3.要保證漿液配置與地質(zhì)水文條件、掘進速度相適應，過本段時漿液配比設置為：水泥粉煤灰砂膨潤土水=18037178035400（kg），漿液稠度控制在110115mm，凝膠時間控制在5h以內(nèi)。 4、平穩(wěn) （1）盾構姿態(tài)平穩(wěn)推進過程應保持盾構機有良好的姿態(tài)，避免蛇行，每環(huán)姿態(tài)變化控制在±5mm內(nèi)。千斤頂A區(qū)、C區(qū)油缸油壓值差宜保持統(tǒng)一、恒定性，不宜出現(xiàn)過大的波動。 （2）管片姿態(tài)平穩(wěn)做好管片選型，現(xiàn)場對盾尾間隙實測實量，控制下部盾尾間隙在70mm以內(nèi)，注意管片拼裝的橢圓度，防止尾刷與管片碰撞導致盾尾密封、鉸接密封損壞及管片變形。 （3）推進速度平穩(wěn)掘進過程中向土倉內(nèi)及刀盤面注入泡沫等添

13、加材料，改善砟土性能，提高砟土的流動性和止水性，防止涌水流砂、結泥餅和噴涌現(xiàn)象，有利于保持速度的穩(wěn)定。推進速度保持在2540mm/min，日均進尺79m。 5、施工監(jiān)測 （1）監(jiān)測點的布設 區(qū)段范圍布設監(jiān)測主斷面2個，次斷面36個，分別設置11個和7個監(jiān)測項目進行全面監(jiān)測。 （2）監(jiān)測在施工中的應用 1）監(jiān)測-施工流程圖為使監(jiān)測結果能順暢、快速到達作業(yè)面，作業(yè)面情況能迅速反饋到監(jiān)測組和技術部，承包商制定了監(jiān)測-施工流程圖，以最大限度實現(xiàn)信息化施工的目標。 2）沉降排列圖通過對右線盾構經(jīng)過特殊地段的監(jiān)測報表數(shù)據(jù)統(tǒng)計歸納，采用排列圖對盾構施工各階段的沉降進行分析。由圖2可見盾構到達、盾構通過、盾尾

14、通過三個階段的沉降和占最終沉降量的81.82%，是沉降變化的高峰期，必須采取有效和針對性的措施，如盾構機平穩(wěn)、快速通過；確保同步注漿壓力、注漿量、尤其是注漿質(zhì)量，堅持二次補注漿，及時填補襯背間隙和減少地下水流失。監(jiān)測報表還顯示，盾構機切割樁基時建筑物沉降最大，最大一次達12mm/d，要降低風險，搞好房屋樁基托換是前提，切割時則應貫徹小推力，慢速度，立足于磨的原則。 3）不均衡沉降通過對監(jiān)測報表數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，距線路中心越近，沉降越大，反之則越小，這對上方建筑物會產(chǎn)生不均衡沉降。實際施工時，當監(jiān)測結果顯示同一建筑物橫向沉降差超過2mm/d時，應嚴加關注和采取措施，嚴格控制沉降速率：嚴防盾構機姿態(tài)出

15、現(xiàn)大的波動，土倉壓力要適當加大和穩(wěn)壓，注漿切忌不夠量；快速通過，減少沉降高峰期時間，如有必要應根據(jù)實際情況對建筑物本身及地基進行加固。 6、施工注意事項（1）盾構襯砌制作應符合混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB 50204-2002）及盾構法隧道施工與驗收規(guī)范（GB50446-2008）的有關規(guī)定。管片生產(chǎn)前，應對鋼模誤差進行檢測，若不合標準需進行校正。在管片生產(chǎn)過程中，也應按相關規(guī)定對模具進行中檢和維修保養(yǎng)。（2）所有配筋圖中的鋼筋長度按實放樣，并保證構造要求，預埋件是否預埋完畢。（3）新老混凝土連接面上的養(yǎng)護劑須清除干凈，不允許在無覆蓋的情況下直接在混凝土表面澆水養(yǎng)護。防水混凝土養(yǎng)護時間

16、不得少于14d。（4）盾構管片鋼筋骨架需焊接成型，焊接強度與較小直徑鋼筋等強。鋼筋焊接應符合鋼筋焊接及驗收規(guī)程（JGJ18-2003）中的有關規(guī)定。管片鋼筋須精確加工、準確定位。鋼筋與鋼筋之間凈距離不得小于25mm。在鋼筋籠搬運或混凝土澆筑過程中，應采取有效措施確保鋼筋骨架不變位。鋼筋表中的鋼筋尺寸為理論計算結果，在鋼筋批量加工前應進行實際放樣。并在管片批量生產(chǎn)前，應試拼裝一次，確保無誤后，方可批量生產(chǎn)。（5）隧道施工之前，承包商應仔細對平、縱斷面進行核對，尤其是各接口（明暗挖接口）的坐標、標高等。（6）由于前期詳堪地質(zhì)鉆孔布置與線路敷設有較大差異，施工之前，承包商應適當沿著線路做地質(zhì)復核工作，若現(xiàn)場地質(zhì)情況與地質(zhì)縱剖面圖有較大差異，應通知有關單位到現(xiàn)場及時解決。(7)袖閥管注漿過程中要隨時觀察注漿量及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止注漿中產(chǎn)生堵管、竄漿和漏漿。(8)施工前應做好各項工作記錄表，施工中必須認真填寫；表的內(nèi)容須包括每個注漿孔