淺談盾構(gòu)下穿建筑物掘進(jìn)參數(shù)控制

淺談盾構(gòu)下穿建筑物掘進(jìn)參數(shù)控制淺談盾構(gòu)下穿建筑物掘進(jìn)參數(shù)控制

Abstract：Combinedwiththeengineeringexampleofshieldmachine5106ofChongqingSubwayLine5underpassChongqingLine1andotherbuildings，thispaperstudiesandanalyzestheinfluencemechanismoftheunderpassingconstructionofshieldtunnelonthecitybuildings，putsforwardthecorrespondingtunnelingparametersoftheunderpassingconstructionofshieldmachineandthethecnologymeasuresofcontrollingstratumsettlement.

Keywords：shieldtunnel；underpassingconstruction；grounddeformation；tunnelingparameters；controlmeasures

中圖分類號：U455.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1006-4311〔2022〕08-0107-04

0引言

盾構(gòu)法作為地下空間拓展的一種工法，具有施工占地小、對周邊環(huán)境影響小、施工環(huán)境好、機(jī)械化程度高、開挖速度快、平安性高、成型隧道質(zhì)量高等特點(diǎn)。然而，由于盾構(gòu)機(jī)所穿越地層具有不可預(yù)見性和復(fù)雜多變等特點(diǎn)，施工中往往存在著許多不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在不良地質(zhì)條件下穿越建筑物時(shí)，施工風(fēng)險(xiǎn)極大，可能會(huì)造成對建筑物的損壞和破壞，造成重大財(cái)產(chǎn)損失或人員傷亡事故。所以，在盾構(gòu)下穿建筑物施工中一定要嚴(yán)格把關(guān)，控制好一切不利因素。本文將從盾構(gòu)法施工對周邊建筑物的影響機(jī)理出發(fā)，依托重慶地鐵5106標(biāo)歇石區(qū)間施工，尤其是盾構(gòu)下穿一號線項(xiàng)目實(shí)例，詳細(xì)介紹盾構(gòu)下穿建筑物的掘進(jìn)參數(shù)控制。

1建筑物變形控制基準(zhǔn)值

盾構(gòu)施工隧道通過的地層是復(fù)雜多變的，在一定范圍內(nèi)會(huì)引起土體的位移和變形，在影響范圍內(nèi)的地表建筑物，由于地基土體的變形會(huì)導(dǎo)致其外力條件和支承狀態(tài)發(fā)生變化，可能會(huì)造成既有建筑物發(fā)生沉降、傾斜和斷面變形等情況，如果不嚴(yán)加控制，就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的后果。

為了使下穿建筑物的隧道質(zhì)量得到保證，以及鄰近建筑物的結(jié)構(gòu)平安，國家和一些地區(qū)根據(jù)表1所示的巖土參數(shù)，制定了適宜的變形控制基準(zhǔn)值。通常地表沉降控制基準(zhǔn)值應(yīng)綜合考慮地表鄰近建筑物、地下管道及地層結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素，分別確定其地表沉降允許值，并取其中最小值作為控制基準(zhǔn)值。

盾構(gòu)隧道鄰近施工時(shí)，應(yīng)以不造成原有構(gòu)筑物的不良影響為前提，能定量表示出不對建筑物造成傷害的影響值。

2項(xiàng)目概況

2.1區(qū)間概況

歇臺(tái)子站～石橋鋪站區(qū)間〔下列簡稱歇～石區(qū)間〕采用復(fù)合式TBM法施工，區(qū)間設(shè)計(jì)右線起訖里程為YCK28+264.960～YCK29+513.100，右線全長1248.140m；左線起訖里程ZCK28+264.960～ZCK29+513.100〔其中ZCK28+300.000～ZCK28+400.000為長鏈，實(shí)際長度14.057m〕，線路實(shí)際總長1262.215m。全區(qū)段為雙洞單線隧道，左右線并行，邊線間距約9m，設(shè)計(jì)縱坡19‰～34.567‰，軌面標(biāo)高283.788～320.188m，隧道擬采用單心圓截面，巖石全斷面掘進(jìn)法〔復(fù)合式TBM隧道法〕施工。

2.2周邊建筑物情況

本標(biāo)段區(qū)間下穿既有一號線及地面周邊建〔構(gòu)〕筑物，做好地下及地面周邊建〔構(gòu)〕筑物的愛護(hù)是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，沿線主要建筑物見表2～表3。

2.3管線情況

沿線區(qū)域主要分布的管線有污水管、上水管、煤氣管、工業(yè)管線及通信管線等，埋深較淺均為1.5m～8.5m，區(qū)間隧道軌面埋深為13m～39.2m，對管線影響較小。

由于下穿建筑物施工比擬多，主要下列穿運(yùn)行的一號線為例來進(jìn)行分析表明。

2.4與即有一號線位置關(guān)系

重慶軌道交通五號線土建5106標(biāo)工程部歇臺(tái)子站～石橋鋪站區(qū)間復(fù)合式TBM施工410～495環(huán)為下穿地鐵一號線掘進(jìn)，與一號線最小凈距為2.062m〔掘進(jìn)環(huán)號為439環(huán)，拼裝環(huán)號為435環(huán)，切口環(huán)里程為YDK28+860〕，屬于重慶地鐵首個(gè)特級風(fēng)險(xiǎn)源。按照圖1所示的拼裝435環(huán)刀盤與一號線的相對位置示意圖，一號線礦山法隧道為馬蹄形斷面，按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，鉆爆法施工。隧道斷面為11.08×8.358m，初支220mm，二襯450mm，目前已投入運(yùn)營。該風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目位于渝州路下方，為一號線歇臺(tái)子站～石橋鋪站區(qū)間隧道，下穿過程中一號線列車是載客行駛。

該段掘進(jìn)過程中縱坡為34‰通過R=5000m豎曲線變?yōu)榭v坡為19‰單面下坡；平面曲線為R=1500m半徑曲線段〔410～452環(huán)〕，緩直段〔452～488環(huán)〕，直線段〔488～495環(huán)〕組成。

根據(jù)圖2所示下穿段平面詳勘圖，區(qū)間隧道下穿一號線區(qū)段以中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖為主，部分范圍有中風(fēng)化砂巖侵入，復(fù)合式TBM掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)大。為避免開挖拱頂下沉而引起既有線變形、開裂等平安問題，在復(fù)合式TBM通過前，對既有一號線內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查分析，以進(jìn)一步了解該段隧道范圍內(nèi)部情況，同時(shí)在受影響的區(qū)段隔環(huán)預(yù)埋注漿管，當(dāng)沉降變形超限時(shí)，及時(shí)組織補(bǔ)強(qiáng)注漿；在復(fù)合式TBM通過時(shí)，洞內(nèi)加強(qiáng)掘進(jìn)參數(shù)控制，主要是掘進(jìn)速度、土倉壓力和復(fù)合式TBM姿態(tài)控制，加強(qiáng)同步注漿和二次注漿，地層變形，確保復(fù)合式TBM快速、平穩(wěn)通過該地段。加強(qiáng)監(jiān)測和對既有線的察看，通過監(jiān)測信息及時(shí)反應(yīng)，對各項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以減小既有結(jié)構(gòu)的變形。3盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)確實(shí)定及盾構(gòu)施工過程

實(shí)際盾構(gòu)隧道施工過程中，要求盾構(gòu)在通過該特殊段時(shí)主要根據(jù)“勻速通過、嚴(yán)注漿、勤測量等〞來控制建筑物的變形。

3.1準(zhǔn)備工作

①工前對沿線盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)的建筑物進(jìn)行全面調(diào)查，列出需重點(diǎn)愛護(hù)的對象名稱及反映其所處里程、地面位置、類型、結(jié)構(gòu)等詳細(xì)參數(shù)的清單，提前作出預(yù)案，準(zhǔn)備相應(yīng)材料設(shè)備。②根據(jù)地質(zhì)勘察情況或盾構(gòu)推進(jìn)過程中的地質(zhì)變化情況，對建筑物周邊地質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)充詳細(xì)勘察，明確地形情況、根底土層結(jié)構(gòu)、各土層土體性質(zhì)、地下水情況等。③加強(qiáng)施工過程中建筑物和土體監(jiān)測。按其沉降要求做全面的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出沉降預(yù)警值、允許最大沉降量和不均勻沉降要求，為以后施工提供指導(dǎo)。④將始發(fā)后的20環(huán)列為試驗(yàn)段，在試驗(yàn)段階段，對盾構(gòu)的各個(gè)工藝流程和施工參數(shù)，尤其是注漿工藝進(jìn)行24h監(jiān)控，做好過程記錄，為盾構(gòu)平安、順利的下穿建筑物提供切實(shí)可行的技術(shù)參數(shù)和措施。⑤針對需要重點(diǎn)愛護(hù)建〔構(gòu)〕筑物，提前作出預(yù)案，并準(zhǔn)備相應(yīng)材料設(shè)備。

3.2勻速通過

掘進(jìn)施工中，地層的變形主要是隧道開挖所造成的，不同的地層和不同的掘進(jìn)參數(shù)對地層的變形影響很大。工作人員需密切關(guān)注土艙出土情況，根據(jù)刀盤前的地層正確選擇盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，以“平穩(wěn)、勻速推進(jìn)、低扭矩、頂住正面、調(diào)整壓力、封住盾尾〞的技術(shù)內(nèi)涵為根底，以“保頭護(hù)尾〞的技術(shù)為方針，控制好刀盤扭矩、推進(jìn)速度、泡沫參數(shù)、滲入尺度、碴土情況等施工參數(shù)，盡量減少故障，防止發(fā)生意外造成停機(jī)。快速勻速通過鄰近建筑物，可縮短圍巖的暴露時(shí)間和變形。在掘進(jìn)時(shí)，控制好土艙內(nèi)的壓力平衡，控制好出土量，避免超挖。圓形土壓平衡盾構(gòu)理論排土體積V為：V=■？仔《d2《L《a=■×3.14*6.8852×1.5×1.8=100.4m3

式中：d為開挖直徑，L為推進(jìn)長度，a為土的天然密實(shí)體積與虛方體積系數(shù)。

3.2.1嚴(yán)注漿

由于刀盤直徑比盾構(gòu)直徑大，開挖出來的隧道與盾體或隧道襯砌之間形成一定量的空隙；而且由于盾殼與地層之間的摩擦阻力作用，必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滑動(dòng)面。臨近滑動(dòng)面的土層中會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力，當(dāng)盾構(gòu)剛通過受剪切破壞的地層時(shí)，因受剪切而產(chǎn)生的拉應(yīng)力導(dǎo)致土壤立刻向盾構(gòu)后面的空隙移動(dòng)；當(dāng)管片脫出盾尾后，如不及時(shí)充填該空隙，就會(huì)被周圍土體占領(lǐng)，最終形成較大的地面沉降。壁后注漿是對盾尾形成的施工空隙進(jìn)行填充注漿，是控制地層沉降的一個(gè)重要環(huán)節(jié)之一。

嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，務(wù)必做到下列三點(diǎn)：

①保證每環(huán)要到達(dá)注漿總量。②保證盾構(gòu)推進(jìn)每箱土的過程中均勻合理地壓注。③漿液的配合比必須合乎規(guī)范，可以根據(jù)實(shí)際情況合理修改漿液配合比。

在硬土層中，如硬土泥板巖層中，沒有大的裂縫，漿液不會(huì)流失到周圍土體中去，所以在硬土層中漿液滲透量較軟土層小；同時(shí)，硬土層的強(qiáng)度大，穩(wěn)定性比軟土層好。當(dāng)管片脫離盾尾后，產(chǎn)生較大的建筑空隙，會(huì)造成管片上浮等多種問題。所以注漿時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大注漿量、降低注漿壓力，因漿體中的膠凝材料可充沛進(jìn)行水化作用，提高漿體強(qiáng)度，有利于減小對地層的擾動(dòng)、減小地層應(yīng)力釋放。如果壓力過高，盾尾空隙填充完后，漿液會(huì)流向盾體、刀盤，嚴(yán)重時(shí)會(huì)裹往盾體、包裹刀盤刀具。

注漿量

q=■〔D■■-D■■〕ma=■〔6.8852-6.62〕÷1.5×1.8=6.8m3

其中，D1為開挖直徑，D2為管片外徑，m為管片長度，a為注入率。

3.2.2勤測量

在隧道過建筑物時(shí)，地表沉降必須全線進(jìn)行，并沿縱軸線每5m布置地表樁測點(diǎn)，進(jìn)行連續(xù)測量。對位于沉降槽影響范圍的建筑物，作重點(diǎn)愛護(hù)監(jiān)測，加強(qiáng)監(jiān)測力度。隧道內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)要控制好姿態(tài)，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、過頻。根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)合理使用仿形刀和千斤頂編組頂進(jìn)，糾偏幅度不宜過大，盡量保持機(jī)體平穩(wěn)推進(jìn)，防止由于機(jī)體擾動(dòng)周圍土體和超挖引起地層損失，對地面沉降控制造成不利影響。

3.3下穿段掘進(jìn)參數(shù)

從表4中可以看出，將中部土壓控制在0.1bar，推力控制在13000kN，刀盤扭矩在3200kN/m附近時(shí)，速度在30mm/min，也就是推進(jìn)一環(huán)在60分鐘以內(nèi)，考慮到二次補(bǔ)漿的速度和準(zhǔn)備工作，剛好能滿足現(xiàn)場施工。

4監(jiān)控測量管理

4.1測點(diǎn)埋設(shè)情況及監(jiān)測工程

測點(diǎn)埋設(shè)情況：目前歇臺(tái)子站～石橋鋪站區(qū)間已埋設(shè)完成測點(diǎn)情況：既有一號線歇石區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂測點(diǎn)215個(gè)，隧道結(jié)構(gòu)拱頂下沉測點(diǎn)124個(gè)，軌道結(jié)構(gòu)〔道床〕豎向位移215個(gè)，裂縫測點(diǎn)273個(gè)；5號線地表沉降監(jiān)測點(diǎn)178個(gè)，拱頂測點(diǎn)59個(gè)，凈空收斂測點(diǎn)11個(gè)，建筑物沉降5個(gè)，建筑物傾斜1個(gè)，管線沉降3個(gè)。

監(jiān)測工程：地表沉降、隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂、拱頂下沉、軌道結(jié)構(gòu)〔道床〕豎向位移、建筑物沉降、建筑物傾斜、管線沉降。

監(jiān)測頻率及監(jiān)測控制指標(biāo)：詳見表5。

4.2施工監(jiān)測結(jié)果

表6所示監(jiān)測結(jié)果顯示，截止2022年11月11日，巡視無異常、監(jiān)測無異常。從2022年10月23日到11月5日，共14天的時(shí)間，經(jīng)過精心策動(dòng)和準(zhǔn)備，下穿過程中全體員工的盡職工作，在沉降允許的范圍內(nèi)平安快速通過了一號線。

5總結(jié)

歇臺(tái)子站～石橋鋪站區(qū)間盾構(gòu)下穿施工的順利實(shí)施，充沛驗(yàn)證了本文盾構(gòu)下穿施工參數(shù)監(jiān)測控制計(jì)劃的可