盾構(gòu)連續(xù)穿越淺基礎(chǔ)密集建筑群施工技術(shù)研究

淦述許

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

盾構(gòu)掘進(jìn)施工環(huán)境復(fù)雜，施工過(guò)程中會(huì)使地表發(fā)生不同程度的沉降，通過(guò)進(jìn)行同步注漿、二次注漿等有效措施，填充管片與土體之間的間隙，合理有效的控制沉降量，確保盾構(gòu)掘進(jìn)安全、有序地進(jìn)行施工。

1 工程案例

蘇州軌道VI-TS-04標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間右線長(zhǎng)772.600 m，左線長(zhǎng)775.192 m，區(qū)間設(shè)1處聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。區(qū)間隧道頂覆土厚度12.5~19 m，埋深段穿越④2粉砂、⑤1粉質(zhì)粘土、⑥1黏土。區(qū)間隧道縱斷面采用“V”型節(jié)能坡布置，先后下穿大觀花園臨街商鋪C、臨街商鋪B、臨街商鋪A、大觀名園綜合樓，側(cè)穿大觀名園24#樓、大觀名園23#樓、觀園橋，然后下穿西塘河、清塘別墅11#樓、清塘別墅2#樓、清塘別墅會(huì)所、清塘別墅4#樓，側(cè)穿清塘別墅12#樓、清塘別墅3#樓，最后到達(dá)清塘路站，孔隙潛水主要賦存于①2層素填土及③1層粘性土層中，本場(chǎng)地微承壓水含水層為③3粉土和④2粉土、粉砂層，承壓水含水層主要為⑦2粉土夾粉砂層。

沿線側(cè)穿/正穿建筑物密集，基礎(chǔ)形式大多為條形基礎(chǔ)，埋深較淺，對(duì)地基沉降較為敏感；區(qū)間穿越西塘河后，全斷面粉土層轉(zhuǎn)為全斷面砂層，地質(zhì)條件變化大，如何控制地面以及周邊建筑物沉降是施工的一個(gè)難點(diǎn)；區(qū)間下穿眾多管線，主要為燃?xì)?、給水、雨水、弱電、電力等。在此條件下，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)建筑物及周邊地表的沉降控制提出更高的難題。

2 沉降監(jiān)測(cè)

地表中心軸線沉降點(diǎn)控制在-15.09（L470環(huán)）~4.43 mm（L545環(huán)） 之間，橫斷面地表沉降點(diǎn)控制在-15.09（DBZ470-6）~4.76 mm（DBZ550-3）。盾構(gòu)掘進(jìn)期間對(duì)地表的影響較小，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均未超標(biāo)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。地表中心軸線沉降曲線如圖1所示，橫斷面地表沉降累計(jì)沉降曲線如圖2所示。

圖1 地表中心軸線沉降

圖2 橫斷面地表沉降累計(jì)沉降

建 筑 物 控 制 在-12.16（JZ11-6） ~4.05 mm（JZ1-7）之間。盾構(gòu)掘進(jìn)期間對(duì)周邊建筑物基本無(wú)影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均未超標(biāo)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。建筑物商鋪C累計(jì)沉降量曲線如圖3所示。

圖3 建筑物商鋪C累計(jì)沉降量曲線圖

（1）沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。盾構(gòu)穿越建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)如下表1所示。

表1 盾構(gòu)穿越建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

3 盾構(gòu)施工引起地面沉降主要影響因素分析

3.1 覆土厚度與盾構(gòu)外徑的影響

在隧道中存在不可控盾構(gòu)，許多因素可以近似盾構(gòu)直徑的大小，一般情況下，盾構(gòu)直徑是動(dòng)態(tài)的，盾構(gòu)的外徑是波長(zhǎng)、盾構(gòu)、波動(dòng)的同波層土壤，作為沉淀池地表沉積物的寬度、深度以相同的比例增加，隧道襯砌的厚度與盾構(gòu)外徑之間存在方向相反的影響，即襯砌厚度越大，外徑越小，地面沉降便越小。

3.2 地面沉降的特性

盾構(gòu)的建造涉及多種類型的土層，其中大部分位于中間節(jié)點(diǎn)。不同層的土壤具有不同的物理性質(zhì)，在盾構(gòu)施工中表現(xiàn)出來(lái)的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象也有所不同。在軟土層中，通過(guò)砂層的絕緣系數(shù)相對(duì)較低，沉積物較低。由于盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的不同，穿越不同土塊時(shí)地面降水的影響也不同。與粘土層相比，砂層具有更低和更寬的沉降系數(shù)。

3.3 地下水侵蝕因子

在隧道施工中，沖蝕導(dǎo)致地下水位下降，盾構(gòu)隧道施工的地基穩(wěn)定性較差，尤其是樁基較大的地基，氣泡形成的物質(zhì)凹陷侵蝕最為嚴(yán)重。地下水、盾構(gòu)、地層波動(dòng)顯著的現(xiàn)象，當(dāng)機(jī)長(zhǎng)做盾構(gòu)時(shí)，地下水會(huì)通過(guò)隧道盾構(gòu)達(dá)到挖掘尺寸，使地鐵隧道的方向與水相連。在水的滲透作用下，絕緣層的水平面下降，地下水位的水平面也下降。如果地鐵隧道表面土層松散，密封不好，在盾構(gòu)施工過(guò)程中很容易形成上下連通的水力通道，隨著盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，結(jié)果是地面的壓實(shí)。

4 盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降優(yōu)化措施

4.1 盾尾注漿

在盾構(gòu)隧道施工中，常用的盾構(gòu)注入方法有兩種：同步注入和二次注入。盾構(gòu)端注漿的主要作用是有效控制盾構(gòu)葉片的位移和變形，從而保證掘進(jìn)過(guò)程中路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，在盾構(gòu)末端注入漿液可以進(jìn)一步增強(qiáng)隧道本身的抗?jié)B能力，從而減少實(shí)際土壤流失，解決地表沉積問(wèn)題。①灌裝壓力。盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中，表層位移與注入壓力密切相關(guān)。如果注入過(guò)程中壓力過(guò)高，盾構(gòu)葉片會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)壓力，從而導(dǎo)致土壤開(kāi)裂。如果壓力低于常壓，注入回填速度不足以及時(shí)完成回填，可能導(dǎo)致土體向隧道方向位移和沉降。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，考慮到所有影響因素，注入壓力的值應(yīng)為靜水壓力的1.2倍，即略高于拱頂內(nèi)的土壓力。在最后的盾構(gòu)挖掘階段，可以通過(guò)二次注入控制表面沉積物。②灌裝量。為避免地表下沉，可結(jié)合盾構(gòu)端部距離、地質(zhì)條件和挖掘方法等因素合理確定注入量。由于盾構(gòu)隧道施工中使用的注入材料會(huì)收縮，導(dǎo)致回填不足，實(shí)際注入量應(yīng)大于理論注入量，以免回填不足。掘進(jìn)參數(shù)如圖4所示。圖5為二次注漿現(xiàn)場(chǎng)施工圖。

圖4 掘進(jìn)參數(shù)

圖5 二次注漿

4.2 超前加固與土體改良

在本工程中，隧道盾構(gòu)施工提高了地表土的穩(wěn)定性，避免了涌入問(wèn)題。另外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石情況，可采取深注等技術(shù)措施，對(duì)隧道盾構(gòu)前后的巖石進(jìn)行局部加固，以改善隧道盾構(gòu)的特性，從而增加巖石的抵抗力并避免土壤沉積。

4.3 向地下水的排放

地下吸收可以提高盾構(gòu)隧道開(kāi)挖尺寸周圍土壤的阻力，但如果吸收控制不好，可能會(huì)增加沉積量。有鑒于此，施工期間應(yīng)合理控制地下水的取、排。主要采取的技術(shù)措施是噴氣電池、水幕等。必須保證手轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)及時(shí)中斷引流，并通過(guò)注射保證腰部的穩(wěn)定。此外，在盾構(gòu)挖掘過(guò)程中，可以優(yōu)化管狀泥漿的施工參數(shù)并適應(yīng)土壤性質(zhì)。

4.4 沉降觀測(cè)點(diǎn)位置

通常，沉降點(diǎn)設(shè)置在巖石隧道中心線上的地面水平，沉降點(diǎn)之間的距離設(shè)置為5 m左右，每段檢測(cè)5個(gè)沉降點(diǎn)?，F(xiàn)在一個(gè)點(diǎn)固定在隧道的中心線上，點(diǎn)之間的距離是5 m。不同地層的配置點(diǎn)之間的距離有所不同。軟土層必須根據(jù)隧道埋深和周圍地質(zhì)條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿阑?duì)控制點(diǎn)和斷面進(jìn)行編碼。若隧道上方路面為混凝土路面，可采用兩種布置方式：在巷道中心每20 m處，在巷道表面設(shè)置觀察段，以便更好地觀察路面沉積物；其次，觀測(cè)點(diǎn)位于巷道土層以下，有利于避免巷道硬化引起的觀測(cè)誤差。如圖6為現(xiàn)場(chǎng)地表沉降檢測(cè)，表2為建筑物沉降監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表。

表2 區(qū)間左線盾構(gòu)施工建筑物沉降監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

5 變形規(guī)律總結(jié)

在左隧道的表面應(yīng)變穩(wěn)定后，垂直于隧道軸的橫向應(yīng)變?cè)谧笏淼垒S的兩側(cè)減小。穿越隧道右線和左線后，隧道地表整體塌陷，局部隆起現(xiàn)象明顯；地表變形呈拋物線形，左隧道中心線下垂最大，兩側(cè)依次減小。左隧道整體變形大于右隧道的原因是右隧道對(duì)左層的兩次擾動(dòng)。右側(cè)隧道的整體挖掘速度高于左側(cè)隧道，減少了干擾和土壤沉淀的持續(xù)時(shí)間。單線掘進(jìn)土地變形規(guī)律：穿越左線后，土地變形達(dá)20 m，最大變形點(diǎn)在隧道軸線處。整體沉降曲線隨著層深的增加而增加，但裂縫的影響區(qū)域減少。地表最大沉降為30~50 mm，明顯高于普通軟質(zhì)和沙質(zhì)土壤，說(shuō)明縫隙中的回填很可能受到干擾。雙線開(kāi)挖土地變形規(guī)律：雙線開(kāi)挖后，兩側(cè)地表變形的影響區(qū)域比單線開(kāi)挖略有增加，但最大變形始終位于軸線的軸線上。隧道隨著層深度的增加，整體沉降曲線增加并且狹縫的影響區(qū)域減小。由于直線上的兩次擾動(dòng)，左側(cè)線的總墻體沉降增加了約10 mm，導(dǎo)致左側(cè)線的沉降大于右側(cè)線。雙軸沉降類似于兩條高斯W形曲線的疊加。對(duì)單線隧道和雙線隧道變形規(guī)律的分析表明，地基條件是影響隧道變形的最基本因素。首先，隧道的頂層主要由平地構(gòu)成，地基具有很強(qiáng)的壓縮性，其變形難以控制。二是隧道穿越地形以破碎污泥為主，水阻迅速降低；在盾構(gòu)開(kāi)挖中，土質(zhì)松軟，圍巖壓力變化快，難以控制土體壓力平衡。盾構(gòu)挖掘參數(shù)是可控因素，左右傾卸偏差是由于左右挖掘速度差異較大。保持盾構(gòu)推力也是控制隧道前地面高程或沉降的有效方法。影響表面變形的主要因素是盾構(gòu)通過(guò)墻體的條件和盾構(gòu)的速度。然后是盾構(gòu)挖掘參數(shù)、尺寸穩(wěn)定性，以及盾構(gòu)挖掘速度對(duì)環(huán)境的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

相關(guān)研究結(jié)果表明，隧道盾構(gòu)施工中，產(chǎn)生附加應(yīng)力的孔隙水基本上都是處于動(dòng)態(tài)變化當(dāng)中，而孔隙水并不是靜止不變的。由于地下水中含水量較為豐富的區(qū)域容易出現(xiàn)緩慢的滲透，此時(shí)盾構(gòu)隧道的周圍地層則會(huì)出現(xiàn)較大的范圍沉降現(xiàn)象，從而使地層間的相互作用和支護(hù)作用都得到進(jìn)一步增強(qiáng)。土體在盾構(gòu)開(kāi)挖的過(guò)程中要比平時(shí)表現(xiàn)得更加軟弱，開(kāi)挖后土體需要一段時(shí)間才能恢復(fù)到最初的穩(wěn)定狀態(tài)，采用盾構(gòu)法對(duì)隧道進(jìn)行施工的過(guò)程中，容易引起地表沉降問(wèn)題，為確保隧道開(kāi)挖能夠安全、有序進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)采取合理可行的方法和技術(shù)措施，對(duì)地表沉降進(jìn)行控制，從而確保隧道工程能夠按質(zhì)、按量、按時(shí)完成。