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盾构过建筑物的沉降控制技术及研究（李懂懂）摘要广州电缆隧道盾构区间厚德变电站至客村盾构区间隧道穿广州大道后滘大桥、广州大道上涌中桥以及多栋建构筑物，下穿广州大道新窖南路隧道和广州大道墩和路口人行地道。拟建场地位于广州沉降区，基岩为白垩系白鹤洞组泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。岩层走向NW，倾角约10~20°，中微风化岩体较完整，裂隙不发育，场地未发现断裂构造踪迹。但地基岩上部覆盖厚度不大的第四系软土层。对盾构下穿多栋建构筑物隧道及桥墩施工技术总结，对广州三角洲冲积平原地貌地层的盾构施工提供借鉴。关键词盾构全断面淤泥全风化岩带掘进控制同步注浆引言为了掌握盾构隧道在施工过程中的力学动态，确保施工过程中盾构隧道的稳定和地面建（构）筑物的安全，应进行现场监控量测。通过对观察及量测数据的分析和判断，对盾构隧道结构体系的稳定状态和建筑物的安全度进行预测，并据此确定相应的工程措施，以保证施工安全。特殊地段的沉降控制一直是盾构施工中的难点、风险点，本文介绍了广州电缆隧道厚德变电站至客村盾构区间，盾构隧道穿广州大道后滘大桥、广州大道上涌中桥以及多栋建构筑物，下穿广州大道新窖南路隧道和广州大道墩和路口人行地道，本地段时所采取的技术措施，以期对类似地层有借鉴和指导作用。本段电缆隧道南起220kV厚德变电站(位于广州大道南后窖村内，待建)，沿后窖村内规划道路由东向西与广州大道南相交，此后沿广州大道南由南向北，途经广州大道后滘大桥、广州大道车行隧道以及上涌中桥，最终在客村与广州大道南交汇处。线路总长度为3090.90m，其中明挖隧道部分长557.48m，最小曲线半径为10m，最小纵坡5‰，隧道埋深约2.5~7m；盾构隧道部分长2533.42m，最小曲线半径为350m，最小纵坡5‰，隧道埋深约13~17m。220千伏厚德电力隧道将布置本期及规划共设（最大回路数）4回220千伏电缆线路、本期及规划（最大回路数）12回110千伏电缆线路。为满足电力隧道后期电缆敷设、隧道通风、逃生等要求，厚德电力隧道中设置七处明挖竖井（以下称为“过井”）。（1）盾构隧道旁穿广州大道后滘大桥、广州大道上涌中桥以及多栋建构筑物，下穿广州大道新窖南路隧道和广州大道墩和路口人行地道，在施工时需密切对其进行监测。为了掌握盾构隧道在施工过程中的力学动态，确保施工过程中盾构隧道的稳定和地面建（构）筑物的安全，应进行现场监控量测。通过对观察及量测数据的分析和判断，对盾构隧道结构体系的稳定状态和建筑物的安全度进行预测，并据此确定相应的工程措施，以保证施工安全。监控量测项目主要包括地质、地物及支护状况观察、地表沉隆、隧道隆陷、土体内部位移、衬砌环内力和变形、土层压应力、地下管线、建（构）筑物倾斜、建（构）筑物裂缝观察等。洞内各测点应在管片中进行预埋，同时为准确获得土层和结构环的动态数据，各监测点应在盾构掘进前读取其稳定的初始读数，监测数据要绘制成时态曲线，用回归分析法进行处理，及时反馈指导施工；地表下沉点按普通水准基点埋设，并在破裂面以外3～4倍洞跨处设若干水准基点，作为各测点高程量测的基准；地表下沉量测应在开挖面前方（2～3）倍B（B为隧道宽度）处开始进行，直到开挖面后方（3～5）B且地表下沉基本稳定为止；量测数据的整理与反馈参照《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）进行。各监测项目的控制值必须得到保证。同时应加强监控量测工作的管理，确保信息反馈的准确、及时。控制地面沉降的措施有：（1）保持盾构开挖面的稳定盾构开挖面的稳定可以通过优化掘进参数来控制。掘进参数主要有：刀盘和土舱压力、排土量和推进速度、螺旋机转速、千斤顶总推力、注浆压力与时间、注浆量方式、浆体性能、盾构坡度、盾构姿态和管片拼装偏差等。为施工参数优化，必须熟练掌握盾构机的操作，根据地面变形曲线进行实测反馈，以验证选择施工的合理性或据以再调整优化施工参数。通过设定推进速度、调整排土量或设定排土量调整推进速度，以求得舱压力与地层压力的平衡。（2）同步注浆与二次注浆准备支顶加固材料、注浆加固材料、抢险机具设备、车辆、警戒标识物等以备用。为了减小和防止地面沉降，在盾构掘进中，要尽快在脱出盾构后的衬砌背面环形建筑空隙中充填足量的浆液材料。根据地质条件，确定浆液配比，注浆压力、注浆量及注浆起讫时间对同步注浆能否达到预期效果起关键作用。（3）二次（或多次）压浆是弥补同步注浆不足，减少地表沉降的有效辅助手段，可使盾构在穿越建筑物、地下管线时，大大降低地面沉降。(4)注意盾构在曲线上推进及盾构纠偏（5）盾构在曲线上推进时，土体对盾构和隧道的约束力差，盾构轴线较难控制，因此推进速度要放缓、纠偏幅度不要过大、加大注浆量、加强纠偏测量工作等，以减小地层损失，降低地面沉降量。(6)对建筑物基础进行注浆加固（7）根据建筑物的结构类型及对沉降的敏感程度、沉降的允许值，制定建筑物及地面变形警界值。建立完善的监测网，及时反馈信息，及时进行跟踪注浆或补充注浆。（8）在建筑物及立交桥两侧设置系统的观测网，进行变形监测并及时反馈信息，作到信息化施工。对中轴线两边各30m内发生较大倾斜和结构老旧房屋进行鉴定，为危房的拆除或临迁。（9）对隧道上方建筑物进行详细的入室调查。对桩基侵入隧道或接近隧顶的建筑物采取托换加固措施，结构面发现裂缝的则作详细记录。（10）在到达特殊段前选择一开挖面自稳性较好的地段对盾构机进行全面检修，减少在特殊地段停机检修的风险：①对破损较大的盾尾刷进行更换；②全面检测刀具，对磨损超标的刀具进行更换；③对堵塞的注浆管进行疏通处理；④对分别通往开挖面、土仓、螺旋输送器的主从泡沫管进行疏通，并在刀盘面中心附近增设1根泡沫管。（11）通过时时的掘进控制掘进模式、盾构机配置及掘进参数针对特殊段的情况，选用的掘进模式，盾构机械配（12）刀具配置本段洞身地层主要为7、8、9泥质砂岩、粉砂岩，易结泥饼，根据以往类似地层施工经验，采用全软土刀具将会出现盾构机推力增大、扭矩增大、掘进困难的现象，严重时由于盾构机长时间在一小范围扰动，隧道顶部的砂土层会塌落，进而导致地面塌陷的事故；若采用全硬岩刀具，则刀盘面开口率减少，结泥饼的机会就会增加。故过本段时采用了混合式刀具配置：64把刮刀，16把铲刀，5把边缘双刃滚刀，8把正面双刃滚刀，6把中心双头齿刀。正面滚刀都高出刀盘盘面175mm，为开挖面破除下来的砟土留出了足够的出砟空间，刮刀超出刀盘盘面140mm，受到滚刀的保护，刀盘开口率约为29%。2、掘进过程的施工技术要求盾构在通过该特殊段时有序、平衡、平稳。有序（1）施工组织有序人、机、料的配置合理，工序的安排、衔接有序。（2）机械保养有序机械保养定人、定期、专业、规范，做到无遗漏、标准化。（3）信息管理有序技术交底、作业交底按部就班，自经理部至作业面指令畅通、反馈迅速。3、平衡（1）土仓压力与开挖面水土压力平衡严格控制土仓压力，尽量保持土压平衡，不要出现过大的波动；考虑本段地下水水压较高，土仓压力设置为上部1.3bar左右，下部1.8bar左右。（2）出土量与掘进进尺平衡严格控制出土量，做到进尺量与出土量均衡。本隧道开挖直径6.28m，考虑盾构姿态变化或其他原因引起的岩土损失和岩土的松散系数，每环出土量约66～69m3，即4.5节砟车。除量的控制外，还要坚持对每环砟样进行地质水文分析，发现与开挖断面地质情况不符（尤其是出现32砂层）时，则马上采取措施。（3）注浆压力与水土压力平衡除考虑注浆处的水土压力，还要考虑后方来水、开挖面来水的水压，故注浆压力是在注浆处水土压力基础上提高1～2kg/cm2，且应使浆液不进入土仓和压坏管片和不因注浆压力过大造成地表隆起。特殊段注浆压力设置：1＃、4＃注浆孔控制在1.5bar左右，2＃、3＃注浆孔控制在2.0bar左右。（4）注浆量与进尺平衡考虑浆液失水固结、盾构推进时壳体带土使开挖断面大于盾构外径、部分浆液劈裂到周围地层，采用理论值的150％～200％进行注浆，即为6～8m3.要保证浆液配置与地质水文条件、掘进速度相适应，过本段时浆液配比设置为：水泥∶粉煤灰∶砂∶膨润土∶水=180∶371∶780∶35∶400（kg），浆液稠度控制在110～115mm，凝胶时间控制在5h以内。4、平稳（1）盾构姿态平稳推进过程应保持盾构机有良好的姿态，避免蛇行，每环姿态变化控制在±5mm内。千斤顶A区、C区油缸油压值差宜保持统一、恒定性，不宜出现过大的波动。（2）管片姿态平稳做好管片选型，现场对盾尾间隙实测实量，控制下部盾尾间隙在70mm以内，注意管片拼装的椭圆度，防止尾刷与管片碰撞导致盾尾密封、铰接密封损坏及管片变形。（3）推进速度平稳掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善砟土性能，提高砟土的流动性和止水性，防止涌水流砂、结泥饼和喷涌现象，有利于保持速度的稳定。推进速度保持在25～40mm/min，日均进尺7～9m。5、施工监测（1）监测点的布设区段范围布设监测主断面2个，次断面36个，分别设置11个和7个监测项目进行全面监测。（2）监测在施工中的应用1）监测-施工流程图为使监测结果能顺畅、快速到达作业面，作业面情况能迅速反馈到监测组和技术部，承包商制定了监测-施工流程图，以最大限度实现信息化施工的目标。2）沉降排列图通过对右线盾构经过特殊地段的监测报表数据统计归纳，采用排列图对盾构施工各阶段的沉降进行分析。由图2可见盾构到达、盾构通过、盾尾通过三个阶段的沉降和占最终沉降量的81.82%，是沉降变化的高峰期，必须采取有效和针对性的措施，如盾构机平稳、快速通过；确保同步注浆压力、注浆量、尤其是注浆质量，坚持二次补注浆，及时填补衬背间隙和减少地下水流失。监测报表还显示，盾构机切割桩基时建筑物沉降最大，最大一次达12mm/d，要降低风险，搞好房屋桩基托换是前提，切割时则应贯彻小推力，慢速度，立足于磨的原则。3）不均衡沉降通过对监测报表数据统计发现，距线路中心越近，沉降越大，反之则越小，这对上方建筑物会产生不均衡沉降。实际施工时，当监测结果显示同一建筑物横向沉降差超过2mm/d时，应严加关注和采取措施，严格控制沉降速率：严防盾构机姿态出现大的波动，土仓压力要适当加大和稳压，注浆切忌不够量；快速通过，减少沉降高峰期时间，如有必要应根据实际情况对建筑物本身及地基进行加固。6、施工注意事项（1）盾构衬砌制作应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）及《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）的有关规定。管片生产前，应对钢模误差进行检测，若不合标准需进行校正。在管片生产过程中，也应按相关规定对模具进行中检和维修保养。（2）所有配筋图中的钢筋长度按实放样，并保证构造要求，预埋件是否预埋完毕。（3）新老混凝土连接面上的养护剂须清除干净，不允许在无覆盖的情况下直接在混凝土表面浇水养护。防水混凝土养护时间不得少于14d。（4）盾构管片钢筋骨架需焊接成型，焊接强度与较小直径钢筋等强。钢筋焊接应符合《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-2003）中的有关规定。管片钢筋须精确加工、准确定位。钢筋与钢筋之间净距离不得小于25mm。在钢筋笼搬运或混凝土浇筑过程中，应采取有效措施确保钢筋骨架不变位。钢筋表中的钢筋尺寸为理论计算结果，在钢筋批量加工前应进行实际放样。并在管片批量生产前，应试拼装一次，确保无误后，方可批量生产。（5）隧道施工之前，承包商应仔细对平、纵断面进行核对，尤其是各接口（明暗挖接口）的坐标、标高等。（6）由于前期详堪地质钻孔布置与线路敷设有较大差异，施工之前，承包商应适当沿着线路做地质复核工作，若现场地质情况与地质纵剖面图有较大差异，应通知有关单位到现场及时解决。(7)袖阀管注浆过程中要随时观察注浆量及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止注浆中产生堵管、窜浆和漏浆。(8)施工前应做好各项工作记录表，施工中必须认真填写；表的内容须包括每个注浆孔的注浆和压水情况（每一分钟记录一次压力和流量），注浆孔的注浆工作情况及注浆工序作业时间；注浆过程中要随时观察注浆量及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止注