浅谈盾构穿越民房建筑群施工工艺

摘要：由于居民房屋的地基基础强度较小，房屋群较为密集，而盾构施工中土压的扩散对地面的沉降影响较为敏感，因此对于盾构施工中地面的沉降控制极为重要。文中以上海地铁13号线下行线穿越沙河村房屋群为例，分析了盾构隧道穿越房屋群的主要风险和施工关键控制技术。

关键词：房屋群；土压平衡；二次注浆；深孔注浆；沉降控制

中图分类号： TV142 文献标识码： A

1．前言

随着地铁行业在城市建设中加速发展和盾构法在地铁行业的广泛应用，人们关注其引起的沉降问题日益增强，如何对盾构施工引起的沉降进行预测并提出相应的技术措施成为盾构行业的重要课题。在盾构对到施工中，对建筑物基础的影响主要有三个方面：1）盾构掘进引起的底层损失造成的沉降,具体表现为地应力的损失；2)盾构施工中出土量超方引起隧道拱部坍塌引起的地面沉降：3）盾构施工中会存在地质资料、建筑物基础收集资料与事实不符而造成的施工措施选择不当引起的地面沉降。

2.工程概况

本区间工程华江路站～金沙江西路站区间从华江路站东端头井始发至金沙江西路站西端头井，起止里程上行右线为YK0+471.1～YK1+596.5，全长约1125.4m，设计衬砌环数937环，下行左线起止里程为ZK0+471.1～ZK1+597.619，全长约1126.519m，设计衬砌环数938环。本区间最小平面曲线半径为350m。区间纵坡为“V”字形，最大坡度为26‰，最小坡度为2‰，最小竖曲线半径3000m，隧道顶部埋深为9.2m～17m。在里程ZK0+952.708处设联络通道、泵站一座，类矿山法施工。工程总造价4869.1638万元（含旁通道）。施工情况及开竣工时间见图1。

图1施工情况进度图

沙河村居民房屋大多数为1-2层的砖混结构，条形浅埋基础，基础宽约为1m，埋深在1.5m左右，基础建筑结构简单，部分楼房局部存在裂缝。

穿越段隧道覆土约16.1米，影响范围为下行线530环～730环，盾构主要在第④层淤泥质粘土、第⑤1-1层粘土及第⑤1-2层粉质粘土之中。第④层、第⑤1层土具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软粘性土，具有较高的灵敏度和触变特性，在动力作用下极易破坏土体结构，使土体强度骤然降低，变形量增加的特性。

3.盾构穿越房屋时的关键技术：

保持土压平衡正面平衡压力值的设定是土压平衡式盾构机施工的关键，掘进过程中应严格控制土仓压力，尽量保持土压平衡。土仓压力理论计算应根据地下水情况、土层重度、埋深等常规参数，计算盾构机正面平衡压力为1.3Mpa实地穿越过程中，结合以往的施工经验，水文地质和监测报表数据，将土仓压力动态范围设定在1.2±0.1bar，静态时1.4±0.1bar；

3.1控制掘进速度和出土量

盾构掘进的速度主要受盾构设备进出土速度的限制，若进出土速度不协调，极易出现正面土体失稳和地表沉降等不良现象；出土量的多少、快慢与设定的土压力值密切相关。根据以往盾构掘进经验和试验段收集的施工参数，设定盾构穿越建筑物期间的正常速度控制在30～40mm/min之间，考虑曲线段对出土量的影响，出土量控制在37.5m3/环，最大值控制在38.0m3/环以内。在盾构穿越建筑物过程中，严格控制出土量，做到进尺量与出土量平衡，在此速度下保证盾构机均衡、匀速、连续推进，严禁盾构机无故停滞；如出现推进速度突慢突快等异常变化时要加强出土量观察，发现异常及时解决。

3.2控制盾构纠偏幅度

在盾构穿越沙河村房屋群地段，盾构轴线正好位于R=350m的曲线段，因此必须预先控制好盾构姿态，严格控制单次纠偏幅度，做到“勤测勤纠”，每次纠偏量应尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲率半径的径向竖直面内，使纠偏均匀、稳定，最终将姿态控制在±50mm以内。

3.3严格控制同步注浆量和浆液质量

保持土压平衡和严格控制同步注浆质量是确保地面、建筑物沉降的重要措施。考虑盾构同步注浆后浆液失水固结、盾构推进开挖断面大于管片外径、部分浆液需劈裂到周围地层的影响，采用理论计算值的150%～200%进行同步注浆，同步注浆应在确保浆液质量的前提下，严格控制注浆压力和注浆量双平衡，即注浆压力与水土压力平衡，注浆量与掘进进尺平衡。考虑以上因素，在穿越房屋期间，同步注浆量控制在3．5～4．5m3/环，注浆压力根据监测数据动态调整在2.5～3bar。

3.4二次注浆

后方管片的持续反力作用，盾构管片与周围土体的应力场将重新微调，力求达到新的稳定状态。因此局部土体与管片相互间将产生间隙，二次注浆的作用就是对该部分间隙进行填充，注浆时应根据地面、建筑物监测的沉降、隆起变形情况，确定注浆的数量和压力大小，二次注浆采用双液浆并按量少次多的原则进行注射，持续至监测显示建筑物稳定为止，浆液配合比与以上同步注浆双液浆配合比相同。

由于穿越房屋群处于较大的下坡段（-27.5‰），在下坡段同步注浆很难达到预定的注浆效果，隧道上部浆液会根据持续的下坡顺势往盾体前部流串，因此隧道顶部浆液将不够饱满，隧道同土体之间会形成一定的空隙，空隙的存在就会导致土体的沉降，从而影响房屋的沉降。

1、做好二次补注浆，二次注浆点位为每环管片的上半部分两个点位（吊装孔兼做注浆孔），封顶块除外。

2、施做止浆环，止浆环采用双液浆（水玻璃+水泥浆），在盾尾通过后5环处施做，注浆压力控制在0.3Mpa以内，不得过大。待注浆压力超过0.3Mpa后立即停止，后及时清洗注浆管。

3、止浆环施做完成后对5环以外管片每间隔2环进行补注浆（单液水泥浆），注浆压力控制在1Mpa，在压力超过1Mpa后停止注浆。

4、浆液配比

3.5三次注浆

在对成型隧道的后期监测中，发现部分地段后期沉降仍有继续，为更好的控制地面沉降，对累计沉降超过30mm的点位采取三次补注浆措施，浆液类型为双液浆。浆液配比技术参数同二次注浆双液浆配比。

3.6深孔注浆

为确保地表房屋群安全、稳定，需对沉降点较大的房屋部位进行深孔注浆加固，将成型隧道周边的土体空隙填充密实；点位沉降超过3.3mm的为JCJ-55、56、57、58、66、67、90、194、195，房屋为2层，对应管片环数为：630~634环，687~698环；此次补充注浆范围为下行线630~634环、687~698环，具体注浆控制要求如下：

1、深孔注浆从630、632、634环、687、689、690、692、694、696、698环，采用单液浆，浆液比例为1:1。注浆点位为每环管片的拱部，每环一个点位（封顶块除外）。

2、注浆管采用Φ32普通焊管钢管，壁厚6.0mm，单节管长1.2m，头部呈尖嘴圆锥型（10cm），前80cm四周加工成梅花型注浆孔，孔间距100mm，孔径5mm。

3、注浆压力控制在1.5Mpa，在压力超过1.5Mpa后停止注浆。

4、注浆孔最后必须用双液浆封堵，以防后期漏水，并用封孔盖封孔。按1:2稀释的水玻璃：水泥浆=1:1进行封孔

3.7沉降监测

设置监测点和报警值以下行线盾构500环至760，隧道轴线外侧3m范围内的地面建筑物为沉降监测对象。在居民楼外墙基础上30cm位置敏感部位或每隔5～8m布设一个沉降监测点。考虑建筑物建造年代久远、基础构造埋深浅、结构类型简单和局部存在裂缝等现状，为防止不均匀沉降产生不良后果，将轴线监测点累计变形报警值设定为±30mm，建筑物监测点单次变形报警值设定为±3mm。监测范围、频率在盾构掘进施工至距建筑物前方5Om时，开始实施建筑物监测，盾尾穿越建筑物超过30m且沉降数据变化正常后，可减少对建筑物的监测频率，进入正常监测。穿越期间监测频率2h/次，正常监测频率8h/次。

4.结论

1、由于采取了上述技术措施，隧道上方地面累计沉降控制在了1.5cm以内，做到了沿线房屋基础无沉降、墙体无裂纹。

2、通过理论知识和工程类比法，指出了在穿越房屋过程中，如何选择好的施工参数和控制沉降的方法。

3、所提供的方法简单、直观，实践性强，可盾构施工中有效控制房屋沉降，对类似的工程施工具有指导意义。

参考文献：

【1】周文波盾构法隧道施工技术及其应用.北京：中国建筑工业出版社2004

【2】黄昭明软土地基与地下工程.中国建筑工业出版社2005.7（第二版）

【3】张庭华土压平衡土仓压力控制技术研究.铁路标准设计，2005（8）：86-88

（作者：王江华，男，汉族，1980年1月生，工程师，兰州交通大学桥梁与隧道工程硕士研究生毕业，中铁十九局集团轨道交通工程有限公司工程部部长，国家一级注册建造师，