摘要：本文结合实际案例，对盾构下穿敏感建筑进行了分析探讨。本文选取了Y公司广2号项目盾构机下穿X高速高架桥作为研究对象，将盾构下穿施工分为了三个阶段：下穿前准备阶段、下穿施工控制阶段、穿后强化监控阶段，并分别对三个阶段进行了分析，制定出了应对措施和策略，最终实现了盾构安全下穿的控制目标。该探讨对于同类盾构施工有参考意义。
1、项目简介
X高速是广市的交通大动脉，Y公司广2号项目的盾构机下穿X高速滨江特大桥段为单桩单柱墩7跨连续箱梁，旧桥为病害桥，曾做过维修加固，桥下为交通繁忙的滨江大道，根据检算结果，桥梁墩柱沉降和地表沉降要求分别控制在1mm和2.8mm以内，沉降控制标准较高，但桥梁桩基与隧道结构顶最小间距为9.7m，隧道洞身局部岩体节理裂隙发育，拱顶存在强风化夹层，沉降控制难度较大。下穿该桥段隧道最大埋深为58m，盾构水土压力较大，对盾构机密封要求高，且为长距离（3.2km）大坡度（最大-24.5‰）的变坡点，盾构运输及姿态控制难度大。盾构与X高速间关系详见图1。
图1 盾构与X高速关系示意图
2、盾构下穿前准备阶段
俗话说“磨刀不误砍柴工”在盾构下穿X高速前，我们一定要做好万全的准备，并制定好充分的应对措施，具体如下：
1、充分与项目各相关方进行沟通，设立产权、业主、施工、设计、监理等各方联动机制，统一协调管理。在盾构穿越X高速前积极和高速负责部门进行沟通，编制切实可行的下穿方案，通过X高速产权单位的审查，并获批准后方可实施。同时选用征得产权单位及业主认可的专门监测单位对施工整个过程进行全程监控。为确保盾构施工不影响高速公路的正常运行安全，与产权单位相关部门签订安全监护协议，一旦出现异常情况，由公路部门予以处理，我方将全力配合协助。
2、在盾构下穿施工开始前，就要针对现场实际情况，并结合我司以往项目的经验数据，制定科学合理的盾构掘进参数，并把控制地面沉降主要手段的同步注浆和二次注浆作为盾构施工管理的重点，由专人负责跟进跟踪，并提前对施工队伍进行培训和交底。确保注浆及时、注浆量充足。
3、在制定施工参数时，综合考虑道路桥梁桩基范围内工程地质条件、覆土厚度的变化及上部车辆运行所造成的动荷载效应，在施工时以沉降监测数据为依据，实施信息化施工。
4、制定合理的可行的监控方案。在盾构距离X高速50米时开始对高速公路进行精密水准测量，获取初始值，在盾构距离公路30米时开始连续测量，在盾构穿越公路期间增加监测频率至每天至少2~3次。
5、下穿前做好盾构机的检查，确保盾构机状态良好。盾构机在距离高速路50米时，将停止掘进，对所有设备进行彻底的检查和维修（刀具、注浆系统等），特别是土压计的检定，以确保盾构机以良好的状态顺利穿过X高速。重点做好以下工作：
（1）更换耐磨刀具。在盾构机到达预定地段后进行换刀作业，根据开仓检查情况确定是否需要对刀盘进行维护、更换磨损的刀具及清除泥饼作业，确保能安全快速通过风险区域。
（2）对盾构机同步注浆、发泡、油脂注入系统进行维修，确保可用。
（3）检查土压平衡以及数据传输系统。为了指导盾构掘进，对土压力的显示必须正确，掘进数据必须可以传输到地面监控室，以便地面值班长指挥隧道内施工。
（4） 疏通隧道内排水排污系统。为了防止由于隧道掘进时喷涌而影响掘进，必须对隧道内排水排污系统进行全面的清理检查，并准备足够的排水排污泵。
3、盾构下穿施工阶段
在做好万全准备后，我们接下来要对盾构掘进施工阶段进行控制，这也是盾构下穿X高速最关键，风险最大的环节，因此我们制定了如下的针对措施和策略。
1、做好盾构推进和地层变形的控制
本工程采用土压平衡式盾构掘进机，其利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者互相关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定。同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳，控制每次纠偏量不过大，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件，并根据推力、推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内。
2、设置好主要参数的设定
（1）合理设置土压力，防止超挖。在盾构推进的过程中，根据理论计算、前期掘进数据和监测数据及时调整土压力值，从而科学合理的设置土压力值及相宜的推力、推进速度等参数，防止超挖，以减少对土体的扰动。
正面平衡压力：P＝k0h
P：平衡压力(包括地下水)
：土体的平均重度(KN/m3)
h：隧道埋深(m)
k0：土的侧向静止平衡压力系数
（2）做好渣土改良。为保证一个正常的工作范围，减少刀盘的磨损，在掘进过程预先对掌子面土体进行改良，通过对刀盘前方土体注入泡沫剂，以减少刀盘的扭矩，降低刀盘的油压，并使渣土具有适当的和易性。
（3）控制好推进速度。下穿X高速时保证推进速度的恒定、稳定，严格控制盾构推进方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏。在下穿X高速的推进过程中，每掘进60cm测量一次盾构机的推进方向，尽可能减少纠偏，特别是要杜绝大量值纠偏，同时在盾构下穿期间，保持匀速推进，从而保证盾构机平稳地下穿X高速。
（4）做好同步注浆
根据计算，理论计算量约为每环7m3。此处实际的压注量为每环管片理论建筑空隙的130％～180％，即每推进一环同步注浆量为9.04～12.56m3，这里取最大值并适当增加到13m3。泵送出口处的压力一般控制在0.3MPa左右，实际施工压力还应视地面沉降进行调节和控制。
（5）控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀
盾构推进过程中的同步注浆及二次补浆是控制地面沉降的主要因素，以往的经验显示，盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆，地面沉降，因此在盾构下穿建筑物期间，确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合，盾尾四周间隙均匀。另外通过加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失。同时采用性能较好的盾尾油脂。
（6）加强施工过程管理，确保盾构连续穿越。
盾构推进过程中长时间的停机易造成地面大量的沉降，为了确保24h连续推进，在穿越前对盾构机及其他故障和缺陷，会同设备供应商共同检测修理，并对可能出现的故障预先做好修理准备，对主要设备零件的备件在施工前配备齐全。
（7）在盾构下穿X高速期间，进行24h人员蹲守巡视，一旦发现异常迹象，立即上报项目部领导，并根据情况采取适当措施进行处理。
盾构下穿阶段施工流程如图2所示。
4、 盾构下穿后强化监控阶段
盾构安全下穿通过X高速后，并不是万事大吉的，根据国内外盾构施工案例，很多事故都是在盾构下穿通过后发生的，因此我们还需要做好以下的工作：
图2 盾构下穿阶段施工流程图
1、做好二次注浆。管片脱出盾尾后采用二次补强注浆来满足工程质量要求。二次补强注浆根据地层情况选择材料和浆液配比，采用双液浆，双液浆配比：水泥浆液水灰比为0.8：1（质量比），水玻璃溶液配比为水玻璃：水=0.6：1（体积比），水泥浆液：水玻璃溶液=1：1（体积比）。
2、地面注浆加固。在盾构穿越建（构）筑物后，继续对掘进过后的该建筑物结构进行监控量测，并进行24h巡视，一旦发现异常现象或建筑物变形超标，及时采取地面注浆加固。
5、 做好盾构下穿全过程地面沉降监控
当然，仅做好以上三个阶段的施工是远远不够的，我们还需要在盾构下穿过程中做好地面的监控措施。根据目前X高速运行情况和道路范围内地层的特点，结合盾构施工沉降规律，建立系统监测网，并将地面沉降控制分四个阶段进行控制：
（1）第一阶段：盾构通过前地面沉降控制。控制盾构机土仓内平衡压力将前期地面沉降控制在1mm以内。
（2）第二阶段：盾构穿越期间的沉降控制。盾构下穿高速公路期间是施工控制的主要阶段，导致沉降的主要原因是地层扰动、注浆不及时或者注浆量不足，该阶段地表累计沉降控制在3mm以内。
（3）第三阶段：穿越完成后6～10天内，是土体扰动后固结沉降的主要阶段，加之列车运行，加速土体的固结沉降，二次补浆是本阶段控制地面沉降的主要措施，本阶段地面累计沉降控制在6mm以内。
（4）第四阶段：穿越完成后11～20天内，根据盾构施工地层沉降规律，本阶段地层沉降占最终累计沉降的比重较小，但是考虑到桥面系动荷载效应，本阶段也作为我项目部控制地面沉降的重点阶段。本阶段地面累计沉降控制在9mm以内，地面沉降稳定后最终累计沉降量控制在9mm以内。
6、结束语
本文通过选取Y公司的实际案例—广2号项目盾构下穿X高速的施工，将盾构下穿分为了三个阶段，并对这三个阶段的特点进了分析，制定出了有针对性的措施，例如建立系统监测网对桥梁进行监测，信息化指导施工；设立产权、业主、施工、设计、监理等各方联动机制，统一协调管理等，可以为同类型盾构下穿敏感建筑施工提供借鉴。
论文作者:王源
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/10
标签：盾构论文; 阶段论文; 地面论文; 压力论文; 注浆论文; 地层论文; 隧道论文; 《基层建设》2018年第22期论文;