盾構(gòu)在上軟下硬地層中穿越建筑物施工控制

李 長(zhǎng) 山

(中鐵七局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016)

盾構(gòu)在上軟下硬地層中穿越建筑物施工控制

李 長(zhǎng) 山

(中鐵七局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016)

通過(guò)對(duì)深圳地鐵5號(hào)線盾構(gòu)下穿碧?；▓@小區(qū)施工控制情況進(jìn)行總結(jié)分析，重點(diǎn)論述了輔助措施的重要性與局限性，分析了在上軟下硬地層條件下，盾構(gòu)掘進(jìn)所不可避免的風(fēng)險(xiǎn)，并探討了盾構(gòu)穿越該段的主要施工技術(shù)措施，為同類(lèi)工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

上軟下硬地質(zhì)，盾構(gòu)，建筑物，風(fēng)險(xiǎn)

0 引言

目前盾構(gòu)法隧道更多的面臨著在各種復(fù)雜條件下，穿越建筑物的風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)工法雖然在安全、快速、環(huán)保等方面是最優(yōu)的隧道施工工法，但在上軟下硬地層中，難免對(duì)上層土體造成擾動(dòng)，而造成較大地層位移，引起建筑物不均勻沉降及上部結(jié)構(gòu)的附加變形，甚至導(dǎo)致建筑物開(kāi)裂破壞。深圳地鐵5號(hào)線翻靈區(qū)間右線局部在DK4+481.882～DK4+581.634段下穿碧海花園小區(qū)，長(zhǎng)約100 m，歷時(shí)55 d。通過(guò)地面補(bǔ)勘、注漿加固、注漿填倉(cāng)、換刀等措施，雖然安全通過(guò)，但也出現(xiàn)很多險(xiǎn)情，并造成房屋局部出現(xiàn)開(kāi)裂。以下通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的全面分析，找出施工存在的問(wèn)題和需要改進(jìn)方面。

1 工程概況

1.1 碧?；▓@小區(qū)概況及與隧道相對(duì)位置

翻身站～靈芝站區(qū)間盾構(gòu)隧道右線在DK4+481.882～DK4+581.634下穿碧?；▓@。碧海花園是一個(gè)生活小區(qū)，共有7棟樓。

原樓房設(shè)計(jì)無(wú)地質(zhì)資料，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，承臺(tái)下樁基采用φ480沉管灌注樁，單樁設(shè)計(jì)承載力60 t/根，貫入度控制ε≤3.5 mm，有效樁長(zhǎng)17 m。按17 m有效樁長(zhǎng)計(jì)算，該建筑物樁基與隧道拱頂最近距離為1.14 m。

區(qū)間隧道與碧?；▓@的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)樓斜穿過(guò)，盾構(gòu)掘進(jìn)在DK4+481.882處進(jìn)入碧海花園小區(qū)范圍，在DK4+581.634后離開(kāi)小區(qū)范圍。該段長(zhǎng)度為99.75 m。穿越部分的樓房為2層和8層的混凝土框架樓房，見(jiàn)圖1，圖2。

1.2 該段地質(zhì)概況

該段隧道拱頂埋深為19.5 m～22.5 m。隧道拱頂以上地層

主要為：從下至上是10 m厚的礫質(zhì)粘性土，5 m厚的砂層和3 m～4 m回填土。隧道斷面范圍地層為礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，下部有微風(fēng)化硬巖凸起，強(qiáng)度80 MPa～120 MPa，見(jiàn)圖2。

2 工程風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 建筑物存在的風(fēng)險(xiǎn)

建筑物為磚混結(jié)構(gòu)、采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，承臺(tái)下樁基采用φ480沉管灌注樁，單樁設(shè)計(jì)承載力60 t/根，樁基與隧道拱頂最近距離為1.14 m，當(dāng)?shù)貙訑_動(dòng)過(guò)大時(shí)，將破壞樁基承載力，造成建筑物基礎(chǔ)及其結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,并導(dǎo)致建筑物沉降開(kāi)裂。

對(duì)策：盾構(gòu)機(jī)通過(guò)前，預(yù)埋注漿管,隨盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)根據(jù)沉降變化情況實(shí)施跟蹤注漿,控制沉降。

2.2 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

隧道拱頂為約10 m厚的礫質(zhì)粘性土，5 m厚的砂層,隧道斷面范圍地層為礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，下部有硬巖凸起。硬巖強(qiáng)度在80 MPa～120 MPa之間，刀盤(pán)破挖下部硬巖時(shí)，會(huì)對(duì)隧道頂部砂層產(chǎn)生擾動(dòng)并塌落,造成隧道過(guò)度超挖,進(jìn)而導(dǎo)致地面發(fā)生較大沉降,甚至坍塌事故。

對(duì)策：超前注漿加固軟弱地層。

2.3 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

掘進(jìn)過(guò)程中刀具突遇下部凸起硬巖后，造成滾刀刀圈崩斷脫落，使刀具報(bào)廢。

對(duì)策：提前檢修設(shè)備，更換重型刀具，加強(qiáng)換刀頻次。

3 盾構(gòu)穿越該段采取的主要施工技術(shù)措施

1)在到達(dá)該區(qū)段前,先對(duì)盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行全面維修保養(yǎng)，將盾構(gòu)機(jī)除中心4把滾刀外，其余35 把邊緣的滾刀全部更換為重型滾刀,對(duì)盾尾的最后一排尾刷也進(jìn)行了更換。通過(guò)此次維修,提高盾構(gòu)破巖能力，杜絕盾構(gòu)機(jī)漏漿問(wèn)題;

2)初步計(jì)劃在通過(guò)3號(hào)樓和2號(hào)樓時(shí)，分別進(jìn)行一次刀具檢查更換，里程在DK4+508，DK4+581附近，考慮在建筑物下帶壓換刀風(fēng)險(xiǎn)大，而地面又不具備加固條件，因此計(jì)劃采用先帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查，根據(jù)情況再注漿填倉(cāng)，常壓開(kāi)倉(cāng)換刀的方法進(jìn)行;

3)對(duì)通過(guò)范圍進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘，以進(jìn)一步了解小區(qū)段隧道范圍地質(zhì)情況，同時(shí)在受影響的房子外側(cè)布置好監(jiān)測(cè)點(diǎn)，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)房子沉降變形情況及地表沉降情況；

4)對(duì)于1號(hào)樓范圍上軟下硬段，提前從2號(hào)豎井小里程掌子面進(jìn)行上半斷面及拱頂外側(cè)2 m范圍土體注漿加固；

5)全部采用土壓平衡模式進(jìn)行掘進(jìn),保證土倉(cāng)壓力在1.9 bar左右,在推進(jìn)和停機(jī)過(guò)程中保持土壓基本穩(wěn)定,不要出現(xiàn)過(guò)大的波動(dòng)；

6)在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)，加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制等參數(shù)控制，加強(qiáng)同步注漿和二次注漿，減少地面隆起或沉陷，確保盾構(gòu)機(jī)快速、平穩(wěn)通過(guò)該地段；

7)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)反饋，對(duì)各項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)根據(jù)盾構(gòu)出土量等參數(shù)變化情況，及時(shí)采取地面補(bǔ)強(qiáng)注漿，以減小地面及建筑物的沉降變形。

4 施工控制情況

1)進(jìn)入3號(hào)樓之前，參數(shù)相對(duì)正常：掘進(jìn)速度為37 mm/min，扭矩0.6、推力1 300 t；進(jìn)入3號(hào)樓后，參數(shù)為掘進(jìn)速度為23 mm/min、扭矩1.8、推力1 378 t。進(jìn)入2號(hào)，1號(hào)樓后，隨著巖石硬度增高和巖面高度增高的變化，掘進(jìn)速度逐漸變低，扭矩逐漸增大，土溫逐漸升高，刀盤(pán)震動(dòng)及響聲逐漸加大。穿越1號(hào)樓時(shí)，速度降到5 mm/min以下、推力達(dá)到1 600 t、扭矩達(dá)2.7，隨后幾環(huán)速度幾乎為零。此時(shí)下部硬巖強(qiáng)度超過(guò)80 MPa，硬巖高度超過(guò)刀盤(pán)中心。

2)刀具損壞情況：由于巖石硬度高，巖面不平整，刀盤(pán)震動(dòng)很大。通過(guò)2號(hào)樓時(shí)發(fā)生中心雙刃滾刀刀圈崩斷脫落，后檢查發(fā)現(xiàn)中心刀承密封破壞。通過(guò)1號(hào)樓時(shí)，發(fā)生9號(hào)刀圈崩斷，刀體掉入土倉(cāng)的情況。期間共進(jìn)行三次注漿填倉(cāng)，常壓換刀。

3)3號(hào)樓到1號(hào)樓之間未采取預(yù)加固措施，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)下穿3號(hào)樓時(shí)，沉降點(diǎn)變化速率較大，最大時(shí)達(dá)-6 mm/d，后將土倉(cāng)壓力上調(diào)0.02 MPa，之后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。通過(guò)2號(hào)樓東側(cè)時(shí)，因刀盤(pán)震動(dòng)加大，掘進(jìn)速度降低，對(duì)土體擾動(dòng)的影響也隨之加大，該處沉降量達(dá)到-28 mm。后進(jìn)行二次注漿，和地面跟蹤注漿加固。盾構(gòu)通過(guò)3個(gè)月后沉降維持在-38.2 mm不變。但2號(hào)樓東側(cè)墻體出現(xiàn)裂縫。

4)通過(guò)1號(hào)樓時(shí)，由于停機(jī)次數(shù)多時(shí)間長(zhǎng)，再加上巖石強(qiáng)度高，推進(jìn)速度慢等因素，對(duì)上部砂層的擾動(dòng)量和頻次大幅增強(qiáng)，因此對(duì)1號(hào)樓下上半斷面注漿加固防沉降效果不明顯，1號(hào)樓沉降也達(dá)到-40 mm，一層住戶(hù)地面開(kāi)裂，樓房墻體出現(xiàn)裂縫。

5)盾構(gòu)下穿前后房屋傾斜率變化，均控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，第三方測(cè)得最大傾斜率2.8‰，小于最大允許值3‰。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然盾構(gòu)在上軟下硬地層中成功穿越建筑物，基本控制了較大沉降的發(fā)生,沒(méi)有造成地面坍塌和建筑物破壞。但通過(guò)總結(jié)，認(rèn)為有以下兩點(diǎn)值得思考和借鑒:

1)在半斷面硬巖連續(xù)分布地層中掘進(jìn)存在的問(wèn)題：a.刀具消耗量大，需頻繁停機(jī)換刀及再啟動(dòng)脫困等，而產(chǎn)生擾動(dòng)；b.刀盤(pán)震動(dòng)大，易造成土體坍塌；c.盾構(gòu)機(jī)存在被困甚至癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。因此，當(dāng)沉降控制要求高，且無(wú)條件進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)選擇繞行或采用其他工法施工。

2)掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)觀察掘進(jìn)參數(shù)、碴土成分、刀盤(pán)響聲和震動(dòng)情況，分析開(kāi)挖面地層，判斷刀具和刀盤(pán)情況。根據(jù)情況及時(shí)果斷安排刀具檢查或更換，避免刀具、刀盤(pán)出現(xiàn)非正常損壞，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)癱瘓。

[1] 王 暉,譚 文,黃威然.廣州地鐵三號(hào)線北延段盾構(gòu)隧道工程施工技術(shù)研究[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 竺維彬,鞠世健.復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

Construction control of shield crossing architecture with hardness-downward and softness-upward geology

Li Changshan

(ChinaRailway7thBureauGroupCo.,Ltd,Zhengzhou450016,China)

Through analyzing construction control conditions of shield crossing Bihai huayuan community of Shenzhen subway No.5 line, the thesis mainly discusses the importance and limits of assisting measures, discusses shield crossing risks under hardness-downward and softness-upward geology, and explores its major shield crossing construction technology measures, which has accumulated experience for similar engineering construction.

hardness-downward and softness-upward geology, shield, architecture, risk

2014-12-18

李長(zhǎng)山(1963- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)06-0152-02

U455.43

A