復(fù)雜地層中盾構(gòu)穿越高層住宅樓關(guān)鍵施工技術(shù)電子教案

1、圖見圖2。2工程地質(zhì)與水文圖1房屋與隧道平面位置1復(fù)雜地層中盾構(gòu)穿越高層住宅樓關(guān)鍵施工技術(shù)王少鵬馮宏朝摘要近年來，隨著我國城市化建設(shè)的快速發(fā)展，城市地鐵工程建設(shè)快速發(fā)展，受地鐵車站選擇的控制，盾構(gòu)隧道線路下穿既有建筑物成為一種新的常態(tài)。在工程地質(zhì)條件 惡劣或建筑物結(jié)構(gòu)不能采取下穿方式施工時(shí)，通常采用人員臨遷或建筑物拆遷來降低施 工風(fēng)險(xiǎn)。本文依托深圳地鐵七號線（福民站皇崗口岸區(qū)間右線）在軟硬相間復(fù)雜地層 采取盾構(gòu)穿越8層住宅樓的施工，詳細(xì)介紹了盾構(gòu)施工過程中采取的各項(xiàng)技術(shù)措施，并 成功安全穿越住宅樓，為類似工程施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞復(fù)雜地層盾構(gòu)住宅樓施工技術(shù)1 工程簡況深圳地鐵7號線7304-

2、1標(biāo)福民站至皇崗口岸站區(qū)間 位于深圳市福田區(qū)，區(qū)間左線全長675.684m,右線全長672.305m。區(qū)間在右線 DK18+678.0DK18+788.0 和左線 DK18+710.0DK18+770.0 段下穿福民新村 20#、21#、22# 和23#住宅樓，其中右線下穿20#、22#,側(cè)穿 21#、23#住宅樓，左線下穿 21#、22#,側(cè)穿20#住宅樓，福民新村布置圖4棟房屋與隧道平面位置如圖1,區(qū)間隧道埋深在19.823.6m之間，穿越建筑 物段線路平面最小曲線半徑為400m坡度為24.36 %。，采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu) 機(jī)進(jìn)行施工。房屋基礎(chǔ)均為打入式灌注樁，樁長 16m,樁尖位于圓礫

3、土層，單樁容許承載力60t ,樁徑480mm樁頂插筋 614, 深入樁內(nèi)長度 11500mm外露長度560mm 與樁頂承臺連接。福民新村20#房屋與隧道位置剖面區(qū)間范圍內(nèi)上覆第四系人工堆積層2 福民新村20#房屋與隧道位置剖面圖（ Q4ml） 、海積層（Q4m） 、沖洪積層（Q4al+pl 及 Q3 al+pl ） 、殘積層（Qel） ，下伏燕山期花崗巖（丫 53）。該工程段盾構(gòu)掘進(jìn)掌子面地層主要為微風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、礫砂、礫質(zhì)粘性土，隧道以上覆土層自上至下依次為5.106.25m素填土； 3.205.30m淤泥質(zhì)黏土； 3.204.30m中砂層；2.407.20m礫砂層。穿越地層的巖

4、石特性如下：素填土：褐黃、褐紅、青灰等色，稍濕，松散稍密。主要成份為黏性土，混砂礫，局部夾碎塊石，碎石粒徑2100mm淤泥質(zhì)粘土：灰黑、深灰色，飽和，流塑，味臭，主要成分為黏性土，含少量 貝殼、細(xì)砂及有機(jī)質(zhì)。中砂：灰白、深灰色，飽和，松散狀態(tài)，級配不良，主要成分為石英，含少量 有機(jī)質(zhì)。淤泥質(zhì)黏土：深灰、灰黑色，飽和，軟塑，含腐殖質(zhì)，局部夾有腐木及植物根系，具異味，易污手及黏手。礫砂：淺灰、灰白色，飽和，稍密中密狀態(tài)，級配良好，主要成分為石英，局部含黏性土。礫質(zhì)黏性土：褐紅、褐黃、灰白色，可塑硬塑。由粗?；◢弾r風(fēng)化殘積形成。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：褐黃、褐紅色，巖體呈砂土狀，局部呈砂土狀夾塊狀，碎塊手 可

5、掰斷。中等風(fēng)化花崗巖：淺肉紅、灰白等色，巖體呈碎塊塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育。巖 芯較破碎，巖石質(zhì)量等級為V級。根據(jù)臨時(shí)場地試驗(yàn)資料，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度最 小值為7.1MPa,最大值為 65MPa平均值為 27.3 MPa。微風(fēng)化花崗巖：淺肉紅、灰白等色，巖體呈碎塊、塊狀、巨塊狀，節(jié)理裂隙發(fā) 育。巖芯較破碎，巖石質(zhì)量等級為IV級。巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度最小值為22.4MPa,最大值為140 MPa,平均值為 68.3 MPa。深圳市氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，熱量豐富，日照時(shí)間長，雨量充沛。地下水含量豐富，按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水。地下水位位于隧道以上 19.121.30m處。3 施工重難點(diǎn)分析3

6、.1 控制沉降，確保建筑物安全是重中之重住宅樓為八層框架結(jié)構(gòu)，建筑物荷載較大，沉降變形控制尤為重要。在盾構(gòu)下穿過程中，勢必引起對隧道上部富水粗砂層和礫石層的擾動、水位下降，地表出現(xiàn)不均 勻沉降現(xiàn)象，將進(jìn)一步加劇樁基及上部結(jié)構(gòu)的沉降或引起上部建筑物結(jié)構(gòu)損壞。3.2 確定適當(dāng)掘進(jìn)參數(shù)，關(guān)系到施工成本與效益線路穿越福民新村房屋洞身地層自上而下主要為粗砂和礫石（厚13m不等）、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（厚 04m不等）、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖（厚04m不等），屬于上軟下硬復(fù)合地層，且樁基距離隧道上部距離較近，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中將加劇刀具磨損，縮短刀具使用壽命。合理設(shè)定盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，保護(hù)好刀盤、刀具，防止發(fā)生非正

7、常磨損具有十分重要的意義。3.3 預(yù)防產(chǎn)生泥餅現(xiàn)象是施工控制的關(guān)鍵盾構(gòu)機(jī)穿越福民新村八層住宅樓時(shí)，須在（510mm粗砂、（512mm礫石、（8mrm強(qiáng)微風(fēng)化地層中掘進(jìn)，該地層遇水崩解后粘性大，刀盤、土倉容易產(chǎn)生泥餅現(xiàn)象，從而導(dǎo)致無法掘進(jìn)，需開倉處理。開倉期間容易引起地層失水、沉降，甚至 造成樓房裂縫、地表沉降加大。因此，盾構(gòu)掘進(jìn)預(yù)防泥餅現(xiàn)象是本工程的重點(diǎn)。3.4 出土量與注漿量控制直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)及地面沉降盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)，出土量控制非常重要，尤其在上軟下硬地層中，因上部土層 較軟、砂土流動性高，極易發(fā)生坍塌、涌土入倉，造成出土量超標(biāo)，引起地面沉降。管片壁后注漿可有效填充盾構(gòu)機(jī)開挖后土體與管片之

8、間建筑間隙，減小地面沉降。及時(shí)、有效完成注漿，并充填飽滿是關(guān)鍵。3.5 施工監(jiān)控意義重大施工監(jiān)測是觀察結(jié)構(gòu)及地表沉降的眼睛，盾構(gòu)機(jī)下穿前后加強(qiáng)施工監(jiān)測，及時(shí)掌控建筑物的變化情況，便于及時(shí)有效采取措施。4盾構(gòu)施工前采取的主要技術(shù)措施4.1 對隧道范圍內(nèi)圓礪層、 砂層進(jìn)行深孔注漿加固對20#、22#樓之間右線 頂部圓礪層、砂層進(jìn)行加固， 加固長度15m加固寬度9m, 隧道兩側(cè)各3m洞頂3m入 巖深度1.5m。孔排距1.0 X 1.0m,梅花型交錯布置。 注漿壓力0.51.2MPa。注漿材料采圖3房屋外深孔注漿平面圖用水泥-水玻璃雙液漿。具體布置見圖3。4.2 淺層房屋基礎(chǔ)加固根據(jù)現(xiàn)場情況，結(jié)合房屋

9、周邊管線、占地協(xié)調(diào)實(shí)際情況，對隧道左、右線影響范圍具備加固條件的房屋，從外墻 下穿過程中，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)情況, 具體布置見圖4。1.5m2m范圍內(nèi)采用()50x 3.5m袖閥管注漿加固,及時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿,減少盾構(gòu)施工對建筑物的影響。圖4房屋基礎(chǔ)淺層加固平面圖皇崗口岸站、.福民站圖5換刀點(diǎn)布置平面圖4.3 主動換刀根據(jù)詳勘和補(bǔ)堪地質(zhì)資料，區(qū)間建筑物地質(zhì)條件復(fù)雜，上軟下硬，為保證安全下 穿，在進(jìn)入20#樓前范圍145環(huán)、158160環(huán)分別進(jìn)行帶壓檢查主動換刀和設(shè)備檢查 維修，同時(shí)，在右線福明新村20#、22#樓之間190193環(huán)設(shè)換刀點(diǎn)，并提前完成加固，為下穿22#樓進(jìn)行第二次換刀。為防止砂層加固效

10、果不佳，引起地表沉降和構(gòu)筑 物變形，采取帶壓檢查換刀。完成22#樓穿越后到達(dá)接收井前，進(jìn)行一次帶壓檢查換5。刀，計(jì)劃為220環(huán)處，確保盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)入接收井。具體布置見圖4.4 設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)盾構(gòu)穿越住宅樓前，利用停機(jī)換刀時(shí)間，加強(qiáng)對盾構(gòu)機(jī)、門機(jī)、拌合站、電瓶車、冷卻塔等主要施工設(shè)備進(jìn)行檢修保養(yǎng)，備足備用件，確保盾構(gòu)均勻、快速穿越住宅樓， 避免不必要的故障停機(jī)。5盾構(gòu)掘進(jìn)施工主要施工方法6所示:5.1 施工流程根據(jù)住宅樓區(qū)域地質(zhì)條件及本工程盾構(gòu)施工特點(diǎn)，施工工藝流程如圖物資應(yīng)急盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整盾構(gòu)設(shè)備檢修監(jiān)測布點(diǎn)初始數(shù)據(jù)采集啟動應(yīng)急預(yù)案或備選方案不可行盾構(gòu)穿越掘進(jìn)施工監(jiān)測可行繼續(xù)掘進(jìn)施工監(jiān)測結(jié)束跟蹤

11、監(jiān)測圖6盾構(gòu)穿越福民新村住宅樓段施工流程圖5.2 掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)控制5.2.1 盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整在盾構(gòu)掘進(jìn)至距建筑物 50m前，嚴(yán)格控制、調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，對地下導(dǎo)線控制點(diǎn)進(jìn) 行嚴(yán)密復(fù)測；在盾構(gòu)掘進(jìn)至距建筑物 10m處，對盾構(gòu)姿態(tài)和地下導(dǎo)線控制點(diǎn)再次進(jìn)行 嚴(yán)密復(fù)測，嚴(yán)格平差。對盾構(gòu)機(jī) MVT導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行校核，以確保盾構(gòu)機(jī)按隧 道設(shè)計(jì)軸線方向順利掘進(jìn)。5.2.2 采取土壓平衡模式施工5.2.2.1 土倉壓力的確定盾構(gòu)穿越建筑物段隧道埋深最大22.5m,根據(jù)朗肯定律進(jìn)行計(jì)算，考慮建筑物安全系數(shù)增加0.2bar 土壓力，盾構(gòu)下穿建筑物時(shí)土倉壓力設(shè)定為2.22.4bar。5.2.2.2 土倉壓力和出渣量

12、的控制在采取土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)，必須密切關(guān)注土倉壓力的變化，主要通過嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度與出土量關(guān)系，使進(jìn)入土倉土量與出土量之間達(dá)到一種動態(tài)平衡，從而保持土倉壓力與掌子面之間處于平衡狀態(tài)，保證掌子面的穩(wěn)定。因此在掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)司機(jī) 必須密切關(guān)注土倉壓力的變化，當(dāng)實(shí)際土倉壓力與設(shè)定理論壓力不平衡時(shí)，及時(shí)調(diào)整螺旋機(jī)排土量或泡沫發(fā)泡率，使切削進(jìn)入土倉土量與出土量之間達(dá)到一種動態(tài)平衡。 掘進(jìn)時(shí)每環(huán)出渣量嚴(yán)格控制在60± 2n3,防止因超排土導(dǎo)致地層失穩(wěn)造成沉降。5.2.2.3 停機(jī)土倉壓力控制為保持土倉壓力，停機(jī)時(shí)主要采用土倉堆積土和適當(dāng)加注膨潤土泥漿進(jìn)行保壓， 使土倉壓力不得小于最小設(shè)定壓力值。

13、5.2.3 推力、刀盤轉(zhuǎn)速及掘進(jìn)速度控制盾構(gòu)機(jī)為最大程度降低下穿福民新村施工對周邊土層的擾動以及控制施工震動,到達(dá)福民新村八層住宅樓樁基前，根據(jù)實(shí)際施工情況調(diào)整推力和推進(jìn)速度，減小刀具貫入度，控制出土量并時(shí)刻監(jiān)視土倉壓力值，避免較大的地表隆陷。到達(dá)樁基礎(chǔ)前1環(huán)，進(jìn)一步調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)推力，下穿時(shí)掘進(jìn)推力控制在15002000t、刀盤轉(zhuǎn)速1.21.6r/min、貫入度510mm掘進(jìn)速度控制在 620mm/mino下穿階段密切關(guān)注盾構(gòu) 各系統(tǒng)參數(shù)使盾構(gòu)快速平穩(wěn)通過建筑物。5.2.4 預(yù)防結(jié)泥餅措施盾構(gòu)機(jī)穿越5號粗砂礫石、8號全微風(fēng)化花崗巖軟硬不均地層，該地層粘性較強(qiáng)。采用土壓平衡模式掘進(jìn)容易產(chǎn)生泥餅，

14、從而導(dǎo)致刀具非正常磨損，降低刀具破巖效率甚至無法掘進(jìn)。在施工過程中嚴(yán)密監(jiān)視渣土的成分變化，預(yù)判前方地層情況，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，同時(shí)關(guān)注渣土流塑狀態(tài)和渣溫變化，防止渣土過干（塌落度2025cm為宜）、渣溫過高（不大于 38C）形成泥餅。如出現(xiàn)結(jié)泥餅現(xiàn)象，可加大艙壁加 水或泡沫用量，使倉內(nèi)渣土符合要求后方可掘進(jìn)。5.2.5 同步注漿與二次注漿 在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格按照“不注漿、不掘進(jìn)”的原則進(jìn)行控制同步注漿，及時(shí)對管片壁后空隙填充飽滿，減少土層沉降。注漿材料：選用可硬性混合漿液，漿液凝固時(shí)間不大于10h， 28 天抗壓強(qiáng)度不小于 2.5MPa。注漿壓力：注漿壓力達(dá)到土倉設(shè)定壓力的1.52倍，即3.5

15、5bar。注漿量：每環(huán)同步注漿量為理論注漿量的150%200%, Q=6.5m38.7m3。為保證注漿質(zhì)量，同步注漿量控制在8.5m3以上。二次注漿在盾尾脫出盾構(gòu)機(jī)5環(huán)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，二次注漿壓力一般為0.50.8MPa,宜采用水泥-水玻璃雙液漿，及時(shí)填充同步注漿由于凝固收縮或注漿不飽滿 時(shí)造成的空隙，有效控制地面沉降。5.2.6 刀具配置與維護(hù)盾構(gòu)施工段地層復(fù)雜，刀具磨損較大，為減小盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)在住宅樓底換刀機(jī)率、減少停機(jī)換刀對穿越地層的擾動，在過各住宅樓前先選擇適當(dāng)位置進(jìn)行主動刀盤檢查更換。20#樓穿越距離長，距離下一換刀點(diǎn)約28 環(huán)，巖面較高，大多在一隧道直徑一半以上，超出正常刀具壽命范

16、圍，該地段使用全新進(jìn)口優(yōu)質(zhì)刀具。22#樓穿越段巖面較低，在隧道直徑半徑以下，距離下一換刀點(diǎn)長度約22 環(huán)，因此邊緣刀具采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)刀具，正面滾刀采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)刀具。另外，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中加強(qiáng)渣土改良，防止結(jié)泥餅導(dǎo)致刀具偏磨。嚴(yán)格按照掘進(jìn) 參數(shù)，尤其扭矩和 刀盤轉(zhuǎn)速不能過 大，防止?jié)L刀刀圈 斷裂或刀體變形。發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常應(yīng) 及時(shí)分析原因，必 要時(shí)開倉檢查，確 保刀具完好。5.2.7 施工監(jiān)測圖7房屋監(jiān)測點(diǎn)平面圖在原施工監(jiān) 測的基礎(chǔ)上對住 宅樓監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行 加密，監(jiān)測點(diǎn)布置 如圖7所示，盾構(gòu)穿越時(shí)需24h進(jìn)行監(jiān)測并及時(shí)發(fā)布，出現(xiàn)異常情況后進(jìn)行加密至每天35次。5.2.8 主要應(yīng)急準(zhǔn)備工作盾構(gòu)穿越住宅樓風(fēng)險(xiǎn)

17、較大，必須做好足夠的應(yīng)急準(zhǔn)備工作。本段施工期間，成立 了應(yīng)急指揮小組，實(shí)時(shí)收集地面監(jiān)測數(shù)據(jù)和盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)變化，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行控制，如進(jìn)行洞內(nèi)多次注漿、加大同步注漿量、進(jìn)行地面跟蹤注漿、以及人員撤離 等各項(xiàng)演練，確保人員、財(cái)產(chǎn)安全。6 施工體會?；蕝^(qū)間右線盾構(gòu)穿越此段住宅樓共計(jì)用時(shí)20個(gè)天，其中組織帶壓換刀 2次，共用時(shí)8天，盾構(gòu)日平均掘進(jìn) 6環(huán)，實(shí)現(xiàn)了快速、平穩(wěn)穿越該住宅樓，達(dá)到了預(yù)期施 工強(qiáng)度目標(biāo)，盾構(gòu)穿越期地面沉降量最大值僅9mm未對建筑物造成任何影響，沒有發(fā)生安全事故?？偨Y(jié)深圳地鐵7號線復(fù)雜地層中盾構(gòu)穿越建筑物的成功經(jīng)驗(yàn)，主要有以下幾個(gè)方面：(1)盾構(gòu)施工前，做好現(xiàn)場環(huán)境調(diào)查和地質(zhì)補(bǔ)勘工作，詳細(xì)掌握地質(zhì)條件和建 筑物狀況，編制詳細(xì)的施工專項(xiàng)方案，采取有效的地面加固、換刀點(diǎn)布置等前期準(zhǔn)備 工作是成功穿越的前提。(2)