盾構(gòu)近距離下穿房屋接收技術(shù)

【摘要】針對(duì)距離盾構(gòu)接收井9m有兩棟70年代建設(shè)的4層淺基框架磚混結(jié)構(gòu)房屋，盾構(gòu)覆土最小6m，采用端頭井注漿加固、房屋周邊袖閥管注漿加固、超長(zhǎng)大管棚支護(hù)等預(yù)加固方式，盾構(gòu)施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整掘進(jìn)速度、土壓力、同步注漿量、注漿壓力、推進(jìn)壓力等盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、改良土體、及時(shí)進(jìn)行二次注漿，順利穿越淺基房屋并安全接收。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)；預(yù)加固；下穿；接收；淺基房屋

1、前言

成都地鐵3號(hào)線出入段線盾構(gòu)接收端距離接收井9m處有兩棟4層淺基框架磚混結(jié)構(gòu)房屋，接收端盾構(gòu)埋深最小6m，盾構(gòu)掘進(jìn)并穿越該房屋時(shí)，容易擾動(dòng)地層或者盾構(gòu)參數(shù)選取不合理，導(dǎo)致房屋基礎(chǔ)承載力不滿足受力要求、房屋產(chǎn)生不均勻沉降或地表隆起，進(jìn)而使房屋結(jié)構(gòu)面臨裂縫、傾斜和倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。若房屋結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定勢(shì)必將影響其使用功能，盾構(gòu)近距離下穿房屋接收存在很大的施工風(fēng)險(xiǎn)。

2、工程概況

成都地鐵3號(hào)線一期出、入段線盾構(gòu)區(qū)間分別從天回鎮(zhèn)南站站前、熊貓大道站站后引出，終止于車輛段盾構(gòu)接收井，出段線長(zhǎng)1317.744m，入段線長(zhǎng)879.921m。出、入線段分別在CDK1+381.6～CDK1+393.6、RDK0+890.0～RDK0+932.5下穿兩棟七十年代的4層淺基框架磚混結(jié)構(gòu)房屋，房屋基礎(chǔ)形式為混凝土結(jié)合磚砌條形擴(kuò)大基礎(chǔ)，上部為1.2m的鋼筋混凝土圈梁，下部為0.5m磚砌墊層，基礎(chǔ)埋深1.7m，下穿房屋段盾構(gòu)隧道最小埋深6.0m。出段線位于R=350m曲線上，入段線位于直線上，出入段線均位于豎曲線的36‰的上坡段。

2.1工程地質(zhì)

出入段線穿越房屋地段地質(zhì)情況從上到下依次為素填土、粘土、全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖。各層土的構(gòu)成和特征如下：

1）第四系全新統(tǒng)人工填筑土層（Q4ml）

素填土：褐灰、灰黃色，稍濕，稍密，以粘性土為主，含少量卵石、磚粒等雜物。層厚1.00～4.10m

2）第四系中下更新統(tǒng)冰水沉積層（Q1+2fgl）

粘土：黃褐色、褐黃色，局部為灰褐色。硬塑，局部堅(jiān)硬。含鐵、錳質(zhì)氧化物結(jié)核，局部夾少量鈣質(zhì)結(jié)核。該層裂隙發(fā)育，裂隙短小而密集，上寬下窄，較陡直而方向無(wú)規(guī)律性，將粘土切割成短柱狀或碎塊，隙面光滑，充填灰白色粘土薄層。區(qū)間內(nèi)普遍分布，層厚為0.70～15.30m。

3）白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）

巖層頂面埋深為2.00～17.30m，與上覆第四系地層呈不整合接觸，地層為泥巖。根據(jù)泥巖層風(fēng)化程度的不同，分為：

全風(fēng)化泥巖：褐紅色、紫紅色夾灰白色，主要由粘土礦物組成，可塑，巖芯呈土柱狀，少量碎塊狀。本層沿線廣泛分布，發(fā)育厚度不均勻。區(qū)間內(nèi)普遍分布。層厚為0.50～7.60m。

強(qiáng)風(fēng)化泥巖：棕紅、褐紅色、紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀、短柱狀，巖質(zhì)軟，為極軟巖，巖芯碎塊手可折斷，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類。層厚為0.70～10.50m。

2.2水文地質(zhì)

上層滯水主要賦存于粘土層之上的填土層中，大氣降水、溝渠水和附近居民的生活用水為其主要補(bǔ)給源。當(dāng)降雨量在80mm以上時(shí)，多形成地表徑流，不利于滲入地下。由于其水量相對(duì)較小，對(duì)地下工程基本無(wú)影響。

本工程范圍內(nèi)基巖為紫紅色泥巖，地下水賦存于基巖裂隙中，含水量較小，本段內(nèi)泥巖滲透系數(shù)約為0.027～2.01m/d，平均為0.44m/d，屬弱～中等透水層。

3、施工難點(diǎn)

1）在盾構(gòu)接收井與房屋之間有一道圍墻，靠近入段線接收井端頭位置處有一土堆，該土堆長(zhǎng)6米，高在1.5米～2米，因土堆上有一電桿無(wú)法移除，受周圍環(huán)境的影響，出入段線盾構(gòu)接收井端頭加固只能在圍墻內(nèi)加固，端頭井距離圍墻最遠(yuǎn)距離為11米，端頭加固范圍受限是一個(gè)難點(diǎn)。

2）出入段線下穿的房屋建造年代較遠(yuǎn)，基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，預(yù)加固不到位或盾構(gòu)穿越時(shí)引起地表沉降或隆起都會(huì)導(dǎo)致房屋受損。采取何種方式進(jìn)行房屋及地層的預(yù)加固是盾構(gòu)近距離下穿房屋接收成敗的關(guān)鍵。

3）盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的選擇及動(dòng)態(tài)調(diào)整是影響盾構(gòu)能否順利通過(guò)的一個(gè)主要因素。

4、加固方案

地層加固方案主要考慮盾構(gòu)井端頭加固和房屋基礎(chǔ)加固。房屋加固主要針對(duì)房屋基礎(chǔ)和房屋范圍內(nèi)土體進(jìn)行預(yù)加固，各加固方案如下：

4.1盾構(gòu)井端頭加固

盾構(gòu)井端頭在盾構(gòu)到達(dá)前采用袖閥管注漿加固，出入段線線路中線兩側(cè)各6m、從端頭井起縱向10m范圍內(nèi)，采用間距0.8m×0.8m、深度4m的袖閥管進(jìn)行注漿加固，共計(jì)150孔。入段線受土堆影響，土堆位置不加固。袖閥管套殼料采用水泥和膨潤(rùn)土配制，水灰比1：1，水泥：膨潤(rùn)土=1：1.5。注漿材料為水泥、水玻璃雙液漿，水灰比為1：1，水泥漿：水玻璃體積=1：1，水玻璃濃度：15-20比特。盾構(gòu)井端頭加固袖閥管布置示意圖見(jiàn)下圖：

4.2房屋地基及周邊加固

房屋地基及周邊加固分兩次進(jìn)行。第一次加固采用袖閥管注漿加固，加固范圍及參數(shù)為：

在房屋與盾構(gòu)區(qū)間相交范圍及盾構(gòu)邊緣外2倍洞徑范圍內(nèi)，沿房屋基礎(chǔ)邊沿設(shè)置兩排袖閥管，排距1m，距離盾構(gòu)邊緣1倍洞徑范圍內(nèi)，袖閥管間距1m；距離盾構(gòu)邊緣1-2倍洞徑范圍內(nèi)，袖閥管間距2m。鉆孔直徑9cm，孔深4m，采用1：1水泥漿，注漿壓力控制在0.15-1.0MPa。

第二次加固采用斜孔袖閥管對(duì)房屋地基進(jìn)行加固，加固范圍及參數(shù)為：

在隧道輪廓線以外，距離第一次加固好的外排袖閥管1米位置布置第一排鉆孔，距離第一次加固好的外排袖閥管2米布置第二排鉆孔。同時(shí)在開(kāi)挖輪廓線外適當(dāng)位置預(yù)留袖閥管根據(jù)需要進(jìn)行注漿。鉆孔間距均為1米，鉆孔均為斜孔，鉆孔直徑9cm，長(zhǎng)6.0米，與水平面夾角為60°。

4.3房屋范圍內(nèi)土體加固

房屋范圍內(nèi)土體加固采用超長(zhǎng)大管棚進(jìn)行注漿預(yù)加固。大管棚加固盾構(gòu)隧道頂部120°范圍，詳細(xì)參數(shù)如下：

管棚長(zhǎng)度60m，采用108mm壁厚6mm的無(wú)縫鋼管，管棚間距40cm，外插角：1°～2°，注漿采用1：1水泥漿液。房屋范圍內(nèi)土體加固平面示意圖見(jiàn)下圖：

5、盾構(gòu)下穿房屋及接收

預(yù)加固工作完成后，對(duì)加固效果進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)管棚位置進(jìn)行探測(cè)，確保沒(méi)有管棚鋼管侵入盾構(gòu)開(kāi)挖輪廓線范圍。對(duì)房屋進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，取得初始讀數(shù)，準(zhǔn)備工作完成后，開(kāi)始進(jìn)行盾構(gòu)下穿房屋施工。

5.1盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整

1）盾構(gòu)推力控制在6000～9000kN之間；推進(jìn)速度控制在20～40mm/min；刀盤扭矩控制在1500～3000（kN·m）；刀盤轉(zhuǎn)速控制在1～1.5rpm；土壓控制在0.04～0.07MPa；

2）出土量

出入段線盾構(gòu)機(jī)直徑6.28m，管片長(zhǎng)度1.2m，綜合松散系數(shù)取1.3，每環(huán)出土量應(yīng)控制在48.3±1m3以內(nèi)，根據(jù)刀盤轉(zhuǎn)速確定螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速，減少土體擾動(dòng)。

3）注漿量

盾構(gòu)直徑6.28m，管片外徑6.0m，管片寬度1.2m，每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙的1.30～1.80倍，根據(jù)公式可計(jì)算出注漿量理論值為4.2～5.8m3，實(shí)際通過(guò)房屋時(shí)，要實(shí)時(shí)觀測(cè)地面沉降，根據(jù)出土量調(diào)整注漿量。

4）注漿速度

同步注漿速度要和掘進(jìn)速度相匹配，盾構(gòu)完成一環(huán)掘進(jìn)的同時(shí)要完成一環(huán)同步注漿，根據(jù)掘進(jìn)的速度20～40mm/min，得出注漿時(shí)間為30～60min內(nèi)完成當(dāng)環(huán)注漿。

5.2掘進(jìn)控制

1）嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面土壓力

根據(jù)地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、盾構(gòu)埋深并結(jié)合該地區(qū)穿越建筑物時(shí)的參數(shù)確定土倉(cāng)中心土壓力值，壓力波動(dòng)控制在±0.02MPa。施工中及時(shí)總結(jié)最合理的土壓力及出土量，減小對(duì)土體的擾動(dòng)。

2）推進(jìn)速度控制

推進(jìn)速度控制在20～40mm/min，最快不超過(guò)50mm/min。

3）出土量控制

每環(huán)出土量控制在理論值的±1m3之內(nèi)，盡量減少地層損失率，使沉降量控制在最小范圍內(nèi)。

4）掘進(jìn)控制

嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的總推力和刀盤扭矩，在掘進(jìn)中調(diào)節(jié)好渣土改良，避免壓力過(guò)高造成地面隆起。渣土改良采用泡沫劑與水組成的泡沫溶液，泡沫溶液配比為2.5%泡沫添加劑和97.5%的水，泡沫溶液添加率為20～25%。

5）嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量

在盾構(gòu)穿越房屋的過(guò)程中盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過(guò)大、過(guò)頻，控制每環(huán)糾偏量不大于5mm（高程、平面），控制盾構(gòu)變坡不大于1‰，以減少盾構(gòu)施工對(duì)地層的擾動(dòng)影響。

6）管片拼裝

在管片拼裝過(guò)程中，加快拼裝進(jìn)度，減少拼裝的時(shí)間，縮短盾構(gòu)停頓的時(shí)間，盡可能快地恢復(fù)推進(jìn)。

7）監(jiān)控量測(cè)

在下穿房屋期間，實(shí)時(shí)跟蹤地面、隧道內(nèi)的監(jiān)測(cè)變形情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)的糾正掘進(jìn)參數(shù)。

5.3盾構(gòu)接收

1）盾構(gòu)參數(shù)調(diào)整

盾構(gòu)機(jī)距離洞門5米位置時(shí)減小推力，推力保持在6000～8000KN內(nèi)，減小土倉(cāng)壓力，掘進(jìn)速度降低到5～10mm/min范圍，及時(shí)飽滿地進(jìn)行回填注漿。盾構(gòu)機(jī)在出洞前10米范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí)每環(huán)注漿量控制在4.2m3以上，每一環(huán)都要采用雙液漿進(jìn)行二次注漿。

2）盾構(gòu)接收安全措施

出洞前對(duì)測(cè)量導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)洞門位置進(jìn)行精確測(cè)量，定出盾構(gòu)機(jī)出洞的具體姿態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)能順利出洞。

盾構(gòu)機(jī)出洞前利用橫向加強(qiáng)肋對(duì)管片進(jìn)行橫向加固，保證管片整體受力，并在出洞前對(duì)成型管片進(jìn)行二次注漿。

盾構(gòu)機(jī)出洞磨樁時(shí)安排專人在接收井和地面進(jìn)行巡視，并與井下操作室保持及時(shí)有效的信息傳遞。

6、實(shí)施情況

通過(guò)對(duì)接收井端頭采用袖閥管進(jìn)行注漿加固，對(duì)房屋進(jìn)行直孔、斜孔袖閥管注漿加固，并在房屋范圍內(nèi)施做長(zhǎng)管棚進(jìn)行注漿預(yù)加固，同時(shí)在盾構(gòu)下穿及接收過(guò)程中采取了第四章所述的措施，盾構(gòu)順利通過(guò)了房屋并接收。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，兩棟房屋最大累計(jì)下沉量為4.1mm，最大累計(jì)隆起值為1.3mm（根據(jù)房屋評(píng)估結(jié)果，房屋下沉累計(jì)值不得大于18mm：隆起累計(jì)值不得大于10mm）。

結(jié)語(yǔ)：

1）盾構(gòu)下穿淺基框架磚混房屋時(shí)，采用房屋周邊袖閥管注漿結(jié)合洞內(nèi)超前管棚注漿進(jìn)行預(yù)加固，通過(guò)實(shí)踐證明是有效和可行的；

2）在預(yù)加固可行的前提下，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及類似經(jīng)驗(yàn)選擇合理的掘進(jìn)速度、土壓力、同步注漿量、注漿壓力、推進(jìn)壓力、土體改良等參數(shù)，對(duì)工程能否安全通過(guò)房屋影響重大。

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作者簡(jiǎn)介：

張麗英（1968.05-），女，高級(jí)工程師。