盾构隧道穿越既有建筑物施工技术

盾构隧道穿越既有建筑物施工技术摘要：盾构法已成为我国城市地铁施工中一种重要的施工方法，随着我国地下工程建设的不断发展，盾构施工技术在城市轨道交通建设中越来越显示出其优越性。近年来，我国城市轨道交通建设发展迅速，但是面临着越来越复杂的周边环境和施工条件，产生了一系列问题，由施工引起的地面沉降对其周围环境的影响是盾构隧道设计和施工中非常重要的问题。隧道掘进中产生的土体位移对既有建（构）筑物成的影响及破坏不可小视，由于地表沉降量过大导致的建筑基础下沉；建筑倾斜量过大；建筑结构裂缝过大；建筑倒塌等等。在盾构掘进施工过程中近距离通过既有建（构）筑物存在很大的施工风险，因此研究和制定相应的施工技术和应对措施十分必要。关键词：盾构穿越建筑物（ChinaRailway17thBureauGroupCo.,Ltd.ShanghaiRailTrafficEngineering,Shanghai,200135,china）AbstractShieldhasbecomeanimportanturbansubwayconstructionconstructionmethods,asChinacontinuestodevelopundergroundconstruction,shieldconstructiontechnologyintheconstructionofurbanrailtransithasincreasinglyshownitsadvantages.Inrecentyears,therapiddevelopmentofurbanrailtransitconstruction,butfacedwithincreasinglycomplexconditionsofthesurroundingenvironmentandconstruction,resultinginarangeofissues,landsubsidencecausedbytheconstructionofitssurroundingenvironmentisthedesignandconstructionofshieldtunnelveryimportantissue.Tunnelinginthesoilresultingfromthedisplacementofexistingbuilding(structures)intotheimpactanddamagecannotbediscounted,duetosurfacesubsidencecausedbyexcessivebuildingfoundationsinking;buildingtiltexcessive;structuralcrackstoolarge;buildingscollapsedandmore.Intheshieldclosetotheconstructionprocessthroughboththeconstruction(structures)thereisabigconstructionrisk,sotheresearchanddevelopmentofappropriateconstructiontechniquesandresponsemeasuresarenecessary.KeyWordsShieldPassthroughBuilding盾构穿越既有建筑物存在很大的施工风险，是盾构施工中最需要重视的一环，本文以武汉地铁施工中已成功完成的盾构施工成功穿越地面建筑物的几个实例为基础进行分析，并给出风险预防及应对措施。1.盾构穿越张公堤1.1工程实例武汉轨道交通2号线5标区间盾构穿越在汉口河堤公园附近的张公堤，盾构推进主要位于④层淤泥质粘土中，根据《隧道区间勘察报告》及现场实地踏勘了解，张公堤为国家一级干堤，堤外为东西湖蓄洪区，区间隧道穿越张公堤段隧道拱顶覆土厚度为18.5～25.4m,根据国内施工经验，隧道穿越张公堤时不需要加固处理，对控制堤体结构物变形等施工技术要求高。该工程盾构机于2009年8月22日～2008年8月29日和2010年5月28日~2008年5月31日分别在上行线和下行线顺利穿越,沉降监测结果显示掘进效果良好,没有采用应急预案。1.2主要风险该段覆土主要为淤泥质粉质粘土夹粉砂土层，施工中螺旋机出土比较困难容易堵仓，影响推进进度，如耽搁时间过久，会发生不稳定沉降，对张公堤堤体结构产生影响;另一方面,由于该段覆土较厚,再加上地体自身重量较重，盾构通过的地层上软下硬,施工中易引起盾构机抬头，需要及时调整土压，及时纠偏。1.3应对措施1.3.1地表沉降点布设沿隧道轴线每5米布设1个监测点，每30米布设一个监测横断面。在张公堤前后20环范围内，视周边环境需要加密布设监测点，并在现场场地条件许可的情况下，尽量多布设深层沉降监测点，钻透硬地面，埋设至原状土内。对于张公堤堤身范围布设的深层沉降监测点，宜采取一定的防护措施，防止由于盾构推进施工之外的因素造成测点变形或外界因素破坏测点。一般根据现场实际情况采取加设套管或设立浅埋防护等措施保护测点。1.3.2地面沉降监测成果分析与应用通过对50～150环试验段推进施工过程中的地面监测报表数据进行汇总分析，在此段区间土体沉降变化中寻找其中规律，主要从盾构轴线横断面方向横向沉降槽、沿盾构推进轴线方向纵向沉降槽的沉降变化规律以及盾构推进造成地层损失等方面进行分析；在盾构穿越测点过程中，从盾构切口到达测点到盾尾离开测点，以及测点后期沉降各个不同区域的沉降变化规律分析，并根据分析得出结论。1.3.3施工参数设定1.3.3.1土压力设定根据试验段的土压力设定估算实验段内土体静止倒向系数ko并参照地面沉降监测报表，利用公式P=Koγh推算穿越张公堤时的设定土压力初值。但要充分考虑盾构穿越张公堤时覆土厚度每环都有变化，所处的隧道上方堤体本身的厚度也不同即堤体的重量不同，在设定土压力时应充分考虑这些因素。1.3.3.2推进速度从理论上来讲，盾构机的推进速度越慢对周边土体产生的扰动越小，有利于土体沉降的控制，推进速度的设定主要根据试验段推进速度经验值来控制，在穿越张公堤期间推进速度应以低速匀速推进为宜。1.3.3.3同步注浆与多次补注浆同步注浆量的设定和调整也是以地面监测报表为依据，根据其沉降隆起变化情况，适当增减注浆量。同步注浆压力控制在0.3Mpa左右，每环的注浆量控制在3.4～4.0m3。在穿越期间，当衬砌脱出盾尾时结合双液浆进行二次补注浆，每隔3～5环在隧道周围形成一道“环箍”，使隧道纵向形成间断的止水隔离带。再在各“环箍”分隔所形成的每一段进行补注浆，之后结合监测的具体沉降情况，每隔5～7环再进行三次注浆或多次注浆。注浆的浆液要有一定的粘度，凝固要快，收缩要小，对土体的加固作用明显；双液浆采取的配合比为：水：水泥：水玻璃=05:1:0.03。1.3.3.4姿态控制在穿越区域，隧道平面方向为直线，竖曲线方向为4‰的坡度。对盾构轴线控制的难度比较大。因此要控制盾构姿态，减少纠偏量，以减少对周围土体的扰动而引起的沉降。1.3.3.5信息化施工实行跟踪监测可以及时了解马家浜驳岸的沉降变化情况，对盾构施工进行实时监控，一旦出现较大变化可以及时反馈信息；以中央控制室为中心，通过对讲机、内线电话等工具联系监测与盾构推进操作面，可以及时有效的了解施工参数与马家浜驳岸沉降数据的变化，接收监测数据并迅速进行分析，调整施工参数，来完成对管线沉降的控制，通过勤测勤纠，确保顺利穿越马家浜驳岸预制桩。2盾构穿越既有管线2.1工程实例武汉轨道交通2号线5标区间盾构下穿距离常青花园站南端头井约35m处的一钢筋混凝土结构的雨水箱涵，盾构机顶部距箱涵底部仅0.45m，推进中极易造成箱涵底部破裂，造成大的工程事故区间盾构下、上行线分别于2009年11月和2010年3月顺利穿越此雨水箱涵，根据监测数据结果显示雨水箱涵保护效果较好，无任何异常。2.2风险分析根据轨道交通设计院提供的图纸显示：隧道顶部距箱涵底部距离为0.45米；根据地质报告显示：原水管涵主要位于④淤泥质粘土中，盾构推进主要位于⑤1灰色粘土层、⑤2灰色砂质粉土两层土中。⑤2层是盾构推进较为不利的土层，其较高的强度会对盾构推进产生一定的阻力，如果土体隆起，会导致箱涵破裂，大量雨水灌入盾构机前方土体造成施工事故，给施工带来一定难度。2.3应对措施2.3.1试验段掘进为确保盾构顺利穿越雨水箱涵，我项目部做了大量前期准备工作，尤其是将50环～150环作为穿越箱涵的试掘进区间，通过在此区间内的试推进，来摸索盾构推进参数和地面沉降变形规律，以保证盾构穿越原水管涵期间，采取最合理的施工参数，将原水管涵的沉降控制在允许的变化范围内。2.3.2地面沉降监测点布设常规监测点布设为沿隧道轴线每5环布置一组沉降监测点，每30环距离设一排深层横断面点（共9个点，除了隧道轴线处3个点外，分别沿隧道横断面方向左右各增加3个点），但由于此段区间的特殊性，为了更好的摸索最佳的施工参数和土体沉降变化规律，因此在50环～150环之间平均约每10环布设一排横断面监测点深层横断面点，并适当增加了监测频率，以保证地表沉降变化信息及时准确的反馈。2.3.3地面沉降监测成果分析通过对50～150试验段推进施工过程中的地面监测报表数据进行汇总分析后发现，此段区间土体沉降变化寻找其中规律，主要从盾构轴线横断面方向横向沉降槽、沿盾构推进轴线方向纵向沉降槽的沉降变化规律以及盾构推进造成地层损失等方面进行分析。对于穿越雨水箱涵来讲，控制好隧道上方土体沉降最为重要，但也应兼顾隧道两侧的土体沉降。2.3.4施工参数设定2.3.4.1土压力设定整个试验段的土压力设定和同步注浆量的设定主要还是参照地面沉降监测报表，因此考虑根据试验段内土压力设定和覆土深度利用公式P=K0z来估算出试验段内土体静止侧向系数K0，并据此推算穿越原水管涵时的设定土压力初值。但要充分考虑到以下几个条件：1）雨水箱涵上部回填土较松散，而理论土压力值推算是按照原状土来计算，两种土质的物理力学指标差别较大，因此土压力计算上产生较大误差；2）推算穿越雨水箱涵土压力时，管内考虑为满水状态，而实际管内是否满水，直接影响到穿越期间的土压力设定值，如果为未满水状态，则实际土压力设定势必要比理论计算值偏小；3）雨水箱涵与土体属于两种不同介质，又是通过经验公式的估算，因此土压力的理论计算值与实际值存在一定的差异。2.3.4.2推进速度从理论上来讲，盾构机的推进速度越慢对周边土体产生的扰动越小，有利于土体沉降的控制，但是有时推进速度过缓会导致盾构机长时间扰动土体，造成不均匀沉降。为了摸索盾构掘进快慢对土体沉降的影响，我们作了深入研究和观察，在50～80环，盾构基本按2～2.5cm/min速度推进；在81～150环盾构按1～1.5cm/min速度推进。因此在穿越箱涵期间，推进速度还是以低速推进，控制在1～1.5cm/min为宜。2.3.4.3同步注浆与二次补注浆同步注浆量的设定和调整也是以地面监测报表为依据，根据其沉降隆起变化情况，适当增减注浆量。在穿越期间，具体设定还要根据实际情况加以调整。若在管涵产生后期沉降时，有足够的注浆孔位供二次注浆使用。2.3.4.4姿态控制在试验段区域，隧道平面方向R=1000的平曲线上，竖曲线方向为+8‰的坡度。对盾构轴线控制的难度不大。因此要控制盾构姿态，减少纠偏量，以减少对周围土体的扰动而引起的沉降。2.3.4.5信息化施工：实行跟踪监测可以及时了解箱涵的沉降变化情况，对盾构施工进行实时监控，一旦出现较大变化可以及时反馈信息；以中央控制室为中心，通过对讲机、内线电话、陀螺仪等工具联系监测与盾构推进操作面，可以及时有效的了解施工参数与箱涵沉降数据的变化，接收监测数据并迅速进行分析，调整施工参数，来完成对箱涵沉降的控制，通过勤测勤纠，确保了箱涵的顺利穿越，2.3.4.6雨水箱涵预先保护措施管节接缝处加固：首先对雨水箱涵保护区范围进行旋喷桩围护加固后进行开挖，开挖完成之后，若在盾构穿越区域内存