大直径盾构下穿建筑物技术处理分析

刘洁

中铁十五局城轨公司深圳国际会展中心配套市政项目部广东深圳518000

摘要：根据广深港客运专线盾构下穿多层建筑物工程实例,结合地质情及刀盘刀具配置情况，简要介绍了施工风险、掘进工艺、参数及应急措施等。

关键词:大直径盾构；下穿建筑物

1．工程概况

监管医院段位于广深港客运专线益田路隧道DK108+070.7～DK108+097.7处（见图1.1监管医院与线路位置关系），该建筑为6层砖混结构，桩基埋深13米。盾构隧道从西侧局部下穿监管医院，隧道埋深26.4米，施工前已对该建筑地基实施袖阀管注浆预加固。

2．地质情况

该段地层自上至下依次为素填土、粉质粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩和弱风化花岗岩，盾构隧道主要穿越弱风化花岗岩地层，属二级围岩，强度较高，弱透水。

(1)人工填土层（Qml）

人工填土层，层序号(1)2褐红色、棕黄、灰黄、灰褐，多呈稍密状，稍湿，由扰动的砾(砂)质粘性土及少量碎石、砾砂组成。表层停车场有20~40cm混凝土。层厚0.60m。开挖等级为Ⅰ级为主，局部为Ⅲ级硬土。

(2)第四系冲洪积层(Qal+pl)

(2-1)粉质粘土

褐黄色、灰白色，可~硬塑，含少量砂质，粘性较强。在区间内成透镜状分布，层厚11.5m。标贯试验35次，击数为7~15击，平均10.5击。

(3)基岩：震旦系混合岩（Z、γ53）

(8-1)全风化花岗岩

褐黄、褐红、灰黄色，岩芯呈坚硬土柱状，原岩结构清晰，钾长石手捏呈粉砂状，遇水易软化、崩解，矿物成分除石英质残留外，其他已基本风化成Ⅲ级土，层厚10m。

(8-2)强风化花岗岩

褐黄、灰黄色，岩芯呈坚硬土状，下部半岩半土状，原岩结构清晰，遇水易软化，岩块手可折断,裂隙发育，可视Ⅳ软石。为该层仅于局部地段揭露，层厚0.3m。

(8-3)微风化花岗岩

肉红色，浅灰白色，中、粗粒结构，块状构造，岩石裂隙发育一般，中等渗透性，渗透系数K=5m/d。岩芯多呈短圆柱状，岩面新鲜，质地致密坚硬，揭露厚度为3.98m，洞顶标高2.53m，单周极限抗压强度为131.5~147Mpa。

3．主要风险

根据监管医院的结构形式结合线路地质情况，经深入研究分析，确定盾构穿越该建筑物的安全风险如下：

（1）盾构隧道施工过程中造成沿线邻近建筑物沉降变形超出控制指标；

（2）盾构隧道施工过程中造成地表沉降超出控制标准；

（3）盾构隧道施工过程中造成深层土体位移超出控制标准。

4．盾构施工技术措施

针对监管医院的结构形式结合地质及盾构实施前对该建筑物的加固情况，经深入研究分析，拟定盾构穿越该建筑物主要技术措施如下：

4.1掘进技术措施

⑴盾构机采用泥水加压平衡模式匀速推进。

⑵从地质柱状图看，该段地下水位线在地表一下6m，地下水深度（至刀盘中心）27.1m。

⑶掘进参数控制：

泥水压力设定按下式计算：

刀盘中心水压P水=γ水×H=2.7bar

平衡刀盘中心水压的泥水压力P泥=γ水×(H+2)=2.9bar

顶部泥水压力P顶=P泥-γ水×13.23/2=2.24bar

底部泥水压力P顶=P泥+γ水×13.23/2=3.56bar

泥水压力设定为：2.24bar~3.56bar

刀盘扭矩2.0-3.5MN．M

刀盘转速2.5rpm

进浆密度：1.06g/cm3，排浆密度：1.26g/cm3

推进速度15mm/min。

⑷掘进中加强盾尾密封油脂的注入，确保盾尾密封油脂压力不小于5bar，保证其密封效果，防止泥浆涌入。

⑸盾构机穿越监管医院时根据开挖面的水土压力，及时调整油缸推力及推进速度，泥水压力平衡、稳定，避免因刀盘推力波动过大对地层造成严重扰动。

⑹同步注浆

同步注浆的方式与目的：同步注浆与盾构掘进同时进行，在盾构向前推进刀盘与管片间隙形成同时进行，在形成间隙的瞬间及时填充，使周围岩体及时得到支撑，并在管片外侧形成一道防水屏障，可有效防止管片接缝渗漏水以及有效控制管片上浮、下沉、和地表沉降，意义重大。

A2、A5为3.7bar；A4、A3为4.5bar；

同步注浆以压力和注浆量双重控制，根据目前经验最小注浆量不少于35m3/环。

注浆配比选用：

水泥：粉煤灰：砂子：膨润土：水：减水剂：硅灰：聚丙烯酰胺

170:280:900:50:440:4.5：13.5：2.25(kg/m3)

稠度12.1cm，凝结时间10.5小时，3天水陆强度比0.81。

⑺双液浆封闭。

在硬岩段掘进，且处于25%的下坡，防止浆液流失，每五环利用二次注浆孔用水泥水玻璃双液浆进行封闭环注浆（图5.2双液浆封闭环示意图）。浆液凝固时间45秒至60秒，注浆压力5~8bar，防止同步注浆未凝固浆液随泥浆循环被带走。

4.2监控量测与过程控制

⑴加强对地表沉降、建筑的变形和深层土体位移监测。

根据《益田路隧道盾构段施工监测设计图》的设计要求，盾构施工对地面建（构）筑物的影响的控制指标分为三级，分别为预警值、报警值、控制值。预警值取控制值的50﹪，报警值取控制值的75﹪。

监测频率控制如下：

①盾构到达监测断面（点）前50米：埋设好测点，读好初始读数；

②盾构到达监测断面（点）前50米到前30米：1次/天；

③盾构到达监测断面（点）前30米到前1倍盾构直径：2次/天；

④盾构到达监测断面（点）前1倍盾构直径到盾尾通过后3天：3次/天；

⑤盾尾通过监测断面（点）后3天到盾尾离监测断面（点）30米内：2次/天；

⑥盾尾通过监测断面（点）后30米到50米：1次/天；

⑦盾尾离监测断面（点）50米后：1-2次/周；

⑧盾尾通过监测断面（点）30天后，1次/月（长期监测）。

⑵进入监管医院掘进以前全面检查盾构机掘进姿态，及时进行纠偏调整。在盾构机通过监管医院掘进时加强盾构掘进姿态监测及管片选型工作与姿态控制。

⑶进入监管医院掘进前对盾构机进行一次全面的维修保养，尤其是重点检查盾尾密封、刀具磨损检查与更换工作，确保盾构机的工作状态良好平稳快速通过。

5.应急处理措施

在施工监测的过程中，建筑物、周边地表沉降及深层土体位移一旦接近报警值，立即会同业主、监理、设计等有关方面人员根据监测情况制定有效措施，保证盾构施工及邻近建筑物的安全。

5.1沉降达到报警值时采取的应急措施

（1）立即停止盾构掘进，并保持开挖仓内泥水压力平衡，有效控制建筑物继续沉降，在沉降还没控制、沉降原因没分析清楚、沉降控制措施没有到位的情况下，严禁继续掘进。

（2）地面采取袖阀管注浆等方式对沉降区域进行土体加固，同时加强沉降监测，直至沉降量稳定。

5.2造成建筑物墙体开裂时采取的应急措施

（1）立即启动应急预案，根据事故的情况，指挥各应急救援组加强对事故现场救援和控制。

（2）立即向有关部门通报，对危险区域的人员迅速疏散，并对危险区域进行封闭、隔离；必要时请求外部救援力量支援。

（3）加强地表监测，准备砂土、混凝土以防地表坍塌时马上进行回填工作。

（4）聘请专业封堵队伍对裂缝处立即进行封堵处理。

6结束语

按照本方案广深港客运专线盾构下穿多层建筑物安全顺利穿越,建筑物沉降等均在控制范围，为今后类似工程提供一个很好的案例。

参考文献：

[1]于宝疆,吴江滨,陈雪晶等.盾构掘进地层变形分析与控制[J].市政技术,2006,24(6):394-397.

[2]党世伟.盾构掘进地层变形原因分析与施工控制[J].建筑技术,2007,38(7):549-550.

[3]张伟才.盾构掘进地层变形分析与施工控制[C].//2007年全国施工机械化新技术交流会论文集.2007:243-246.