盾构侧穿建筑物沉降控制施工技术

摘要：该文通过天津地铁6号线一中心医院站～红旗南路站盾构区间侧穿红旗剧院过程中盾构施工采取的措施进行介绍，盾构施工过程中对红旗剧院等周边环境的沉降影响较小，为以后类似工程提供参考依据。

关键词：盾构侧穿 建筑物 沉降控制 施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码： A

1.工程概况

1.1工程简介

天津地铁6号线土建工程一中心医院站～红旗南路站区间北起一中心医院站，沿红旗南路南行，途经红旗剧院、天津市勘察院、堤东里、迎水东里，下穿王顶堤立交桥及红旗路五金商场、快捷酒店等，最终到达红旗南路与迎水道交叉口的红旗南路站。其中盾构侧向穿越红旗剧院为二级风险源，距离红旗剧院最近距离约2.18m。盾构施工设备采用三菱6340土压平衡盾构机。

1.2工程地质条件

红旗剧院处于盾构区间右线27～50环位置处，该区域范围内盾构主要穿越土层为⑥1粉质粘土、⑥4粉质粘土、⑦ 粉质粘土、⑧1 粉质粘土。

图1-1 盾构穿越红旗剧院处地质剖面图

表1-1地基土性状特征表

1.3水文条件

沼泽相沉积层（Q41h）粉质粘土（⑦）及下组陆相冲积层（Q41al）粉质粘土（⑧1）属不透水～微透水层，可视为潜水含水层与其下承压含水层的相对隔水层。下组陆相冲积层粉土（⑧2-1）、粉砂（⑧2-2）及第五组陆相冲积层粉土（⑨2-1）透水性好，为承压含水层。第三组陆相冲积层粉质粘土（?1）透水性较差，可视为承压含水层隔水底板。根据该区间6GC01号孔承压水观测结果，承压水头埋深为2.90m，承压水水头标高0.24m。

表1-2 各层土的渗透系数及渗透性表

2. 穿越建筑物概况

红旗剧院建于1988年，钢筋混凝土结构，为筏板基础。位于区间右线隧道西侧，结构边线与隧道边线最小水平净距为2.18米，右线隧道侧穿。根据图纸穿越里程为右线27环～50环处，隧道覆土厚度约为12m。穿越时区间隧道位于⑥1粉质粘土，⑥4粉质粘土，⑦粉质粘土，⑧1粉质粘土。

表2-1 穿越红旗剧院风险清单

图2-1 区间隧道与红旗剧院平面位置关系

图2-2 区间隧道与红旗剧院剖面位置关系

3.穿越施工技术

3.1穿越前准备工作

3.1.1 技术交底

在穿越红旗剧院前，对所有施工人员进行专项的穿越建筑物技术交底，使每一个参加施工的工作人员清楚了解盾构与建构筑物之间的相对位置以及应当采取的不同技术措施。

3.1.2 施工参数优化

在盾构穿越红旗剧院前施工的20环过程中，及时总结出盾构所穿越土层的地质条件，掌握这种地质条件下土压平衡盾构推进施工的方法，掌握盾构推进施工参数和同步压浆量，并且通过实践不断地对其进行优化，以求达到盾构以最合理的施工参数穿越红旗剧院。

3.1.3 机械设备及检查

对盾构机加强机械设备和压浆管路的检查和维护，对于存在故障和故障隐患的机械一律进行维修，对压浆管路进行一次彻底的清洗，保证穿越建构筑物过程中不发生机械故障和压浆管路堵塞情况。

3.2 穿越阶段采取的措施

3.2.1 建立试推进阶段及穿越后稳定阶段

将切口到达前的18环作为盾构穿越建筑物的试推进阶段，由于红旗剧院位于25环，因此在盾构机始发后就应立即摸索出相应推进参数。在这个在前期的掘进施工中，通过施工实践不断优化盾构推进参数控制地表变形，减少对保护建筑的影响，紧密依靠地表变形监测，及时调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺，将施工后地表变形量控制在最小范围内。

将盾构穿越过后的10环作为盾构穿越保护建筑后的沉降稳定阶段，在此期间仍需要对保护建筑密切监测。如果保护建筑出现较大的沉降应及时对建筑进行注浆保护。

3.2.2 严格控制切口土压力

由于地质条件、地面附加载荷等诸多因素不同的制约，将导致刀盘前方土压力有所差异，为此需及时调整土压力值。同时对沉降报表进行分析，反馈给推进班组。若盾构切口前地面沉降，则需调高平衡压力设定值，反之调低。若盾尾后部地面沉降，则需增加同步注浆量，反之减少。依据盾构的埋深、所在位置的土层状况等理论计算得出在穿越红旗剧院时盾构上区土压建立在120kpa，施工过程中严格依照监测数据进行实时优化调整。

3.2.3 严格控制出土量

根据盾构及管片之间的建筑间隙及各土层特性合理控制出土量，大约为开挖断面的98%～100%，理论计算出土量为47.4m?/环。施工过程中在控制土箱堆土高度均衡的前提下，根据推进行程长度结合监测数据分析控制出土量。

3.2.4 严格控制推进速度

在穿越红旗剧院过程中，盾构推进速度控制在20～30mm/min，保持推进速度稳定，尽量减小土压力的波动幅度，以便减少对周边土体的扰动影响。在确保盾构正面变形控制良好的情况下，使盾构均衡匀速施工，以减少盾构施工对地表建筑物的影响。

3.2.5 加强正面土体改良

在穿越红旗剧院过程中，通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入泡沫，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土渣混合的方法进行渣良，可以更好地建立正面平衡压力，降低透水性，盾构切削下来的渣土也具有更好的流塑性和稠度，减少土压力的波动情况，确保排土顺畅，减少产生突然闷推导致土体严重扰动的可能性，有效控制地表沉降。

3.2.6 严格控制纠偏

在穿越区域，隧道盾构平面或高程纠偏的过程中，将会产生超挖现象，因此在穿越过程中，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构均匀纠偏，并且在曲线变化之前提前开始纠偏，减小盾构的平均纠偏量。推进时不急纠、不猛纠，单次平面纠偏量控制在5mm/环内，单次高程坡度纠偏量不超过1‰，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构施工对地面建筑的影响。

3.2.7 严格控制同步注浆

（1）注浆量

推进工程严格控制同步注浆方量及质量，通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。建筑空隙得计算公式为： 1.5×（6.342-6.22）/4=2.07m3

盾构开挖直径：Φ6340mm；管片外径：Φ6200mm。

为减少施工过程中的土体变形，施工同步注浆量设定为建筑空隙的200%左右，即每环约4.2 m3浆液，并根据地面监测数据及时调整注浆量

（2 ）浆液配比及主要物理力学指标

根据试验室出具的砂浆配合比进行浆液的拌制。在施工中，根据实际地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能满足下列指标：

同步注浆浆液配比（Kg/1m3）

1）胶凝时间：控制在5-6h左右。

2）固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于1MPa。

3）浆液稠度：9～11cm

3.2.8管片拼装控制

管片在安装前进行一次检查，再确认管片种类正确、质量完好无缺和密封垫黏结无脱落，管片的吊装孔预埋位置正确，逆止阀、封堵盖完好无损，以及其它主要预埋件和混凝土的握裹牢固，管片接头使用的螺栓、螺母、垫圈、螺栓防水用密封垫等附件准备齐全后，才允许安装。每环管片安装结束后要及时拧紧各个方向的螺栓，且在该环脱出盾尾后再次拧紧。

3.2.9信息化施工

在盾构过程中，适当增加监测频率，进行24小时不间断的跟踪监测。跟踪监测时，现场监测人员和中央控制室值班人员通过对讲机进行及时联系，中央控制室人员对地面监测数据进行综合分析，得出结论及时通过电话传达给盾构工作面，指导盾构施工参数的设定，然后通过地面变形量的监测进行效果的检验，从而反复循环、验证、完善，保证施工过程中建筑的安全。

3.3 穿越后阶段

二次补压浆

根据以往施工经验，盾构穿越过后，隧道及地面都会产生一定的后期沉降量。此现象将会对建筑物及其基础产生不利影响，甚至造成建筑物基础的不均匀沉降，影响其结构安全。为此在穿越段前后一定范围的隧道内对盾构穿越后土体进行加固，每环注浆量控制在2 m3。注浆加固分二步进行：

第一步：管片脱出盾构机后，根据监测数据和实际要求，通过管片内的注浆孔进行双液注浆，以起到稳定土体的作用，从而控制建筑物的沉降。

第二步：在盾构完全穿越后，根据后期沉降监测数据对该穿越区域土体进行双液注浆加固。以保持建筑物下土体的长期稳定。

二次注浆浆液选定为水泥浆和水玻璃双液浆。浆液配比： 水泥浆水灰比0.8，水泥浆和水玻璃比例1∶1。

4、结论：

盾构侧穿红旗剧院后，建筑物最大沉降为-1.5mm，地表最大沉降为-7.93mm，满足规范要求，施工中采取的措施最大限度减少了对周边环境的影响，保证了建筑物的安全。事实证明，本工程采取的施工技术措施是有行之效的，希望可以对类似工程提供一些参考。