陶云超
中铁十五局集团有限公司城市轨道交通工程公司
摘要：本文结合盾构机穿越3号线3102标翠田左线翠竹菀小区11栋80年代的旧房屋的施工实际，总结了盾构机穿越建筑群的施工技术，对今后类似工程的施工具有一定指导意义。
关键词：地铁；建筑群；盾构施工
1.工程概况
我单位承建的深圳地铁3号线3102标翠田左线区间全长1200.8m，本区间设计范围内隧道自田贝站南端头始发，沿翠竹路左转至大头岭，后右转穿越大头岭、翠竹苑居民小区、东门北路至翠竹站东端。
本区间设计范围里程ZDK10+165.970～ZDK11+374.800（含短链16.138m）。全区间有盾构开挖盾构衬砌隧道和矿山法开挖盾构衬砌隧道两种隧道，其中：ZDK10+165.970～ZDK10+635.000和ZDK11+022.000～ZDK11+374.800为盾构开挖盾构衬砌隧道，ZDK10+635.000～ZDK11+022.000为矿山法开挖盾构衬砌隧道。
盾构开挖盾构衬砌隧道长821.83m（单洞）；矿山法开挖盾构衬砌隧道长387m（单洞）。
区间在ZDK10+470.117和ZDK11+017.5处共设2处联络通道，在ZDK10+470.117处联络通道中间设区间排水泵房，在ZDK11+017.5处设矿山法施工横通道，在横通道端头设施工竖井。
本区间所处地段建筑物多，地下管线多，交通繁忙，盾构穿越东门北路北侧翠竹菀住宅小区约13栋建筑，其中6层的建筑物10座，4层的建筑物1座，1层的建筑物2座。
盾构施工至此须采取先进有效的盾构施工技术措施才能保证地面建筑物以及地下管线的安全。如图1为3102标段工程平面示意图。
图1 3102标段工程平面示意图
2.工程地质和水文地质
区间依据地质勘察报告、补充地质勘察报告及盾构工作井的开挖记录，从上到下依次为人工填土层、淤泥质粘性土层、砂层、残积土粘性层、花岗片麻岩。岩石强度变化较大，全、强风化岩层大部分强度在20～40Mpa，最大强度最大值为193.4Mpa，平均150 Mpa。其中进入翠竹菀小区有将近191m，平均强度150 Mpa的花岗麻片岩。100m上软下硬地质，施工难度很大。
根据地下水的赋存条件，沿线地下水主要有两种类型：一是松散土层孔隙水，二是基岩裂隙水。图2为小区地质图。
图2 小区地质图
3.沿线建（构）筑物及管线情况
3.1翠竹小区房屋基础资料调查情况（见表1、表2、图3）根据《翠竹站～田贝站区间总平面图》可知：翠田区间隧道下穿翠竹路后，过康宁医院进入矿山法隧道，出矿山法隧道穿翠竹苑小区，经东门北路到达翠竹站。
翠竹苑小区受隧道施工影响共有13座建筑物，其中6层的建筑物10座，1层的建筑物2座，4层建筑物1座。
区间隧道穿越的地下管线众多，但管径均较小。主要管线有：给水、燃气、电力、电信、雨水、污水等。但污水管管径大（一般均为φ500混凝土管），且埋置深度均在3.0m左右，距隧道顶距离较近，施工过程中尤其要加强对距离隧道净距小于10m范围内的管线监测和保护。由于水泥砂浆抹口的砼管道对沉降最为敏感，故其允许沉降量可作为地下管线控制的基准。
表1 地面建筑物一览表
图3 线路穿过建筑物平面
3.2 翠竹小区房屋探挖揭露基础及管线分布情况
因为翠竹菀小区是80年代建的房屋基础情况资料不是齐全清楚，如果基础不明就会给盾构施工带来极大地风险。为确保房屋竣工资料的真实性，我项目部和翠竹苑小区管理处协商，施工前分别对小区4、5、6号楼进行基础开挖，探明基础真实情况。4、5、6号楼开挖2m后发现有条形基础，高度为40cm，向下继续开挖1m，并在条形基础下向房屋侧掏空80cm，长度方向近1m，没有发现桩基，我们邀请物探专家、设计、监理进行桩基探明，都一直认为没有桩基。对16、17、18、32、44、45号楼基础同样进行了开挖发现为伐板基础和房屋基础图纸相符。对48、60号楼基础进行开挖发现为毛石基础。
开挖区域均有多种浅埋管线，如多根排水管、煤气管道。开挖揭露管线情况如图4所示。
图4 建筑物基础揭露及管线揭露
4.翠竹小区房屋段钻孔及揭露地质情况
为了降低盾构施工风险，施工前对小区地质情况进行了补充地质勘查钻孔，给盾构机掘进时参数确定提供真实切合地质情况的掘进参数。为盾构机安全通过小区房屋提供保证。地质钻孔布置见图5，祥勘取芯部分照片如图6所示
图6 详勘取芯照片
5. 盾构下穿小区期间的施工措施
5.1下穿前对小区部分建筑进行预加固
已查明有13座建筑物基础位于隧道正上方且基础坐落在回填土上，埋深较浅。根据现场调查情况得知，结合翠～田区间右线施工经验，地质勘察报告不能完整反映该区间地质状况，盾构在掘进过程中易造成局部土体坍塌现象和房屋沉降量大，存在安全隐患。为保证施工安全及施工的顺利进行，必须对此房屋基础进行预加固处理。针对上述情况，决定对ZDK10+343.641至ZDK10+401.641（翠竹苑小区4、5、6、16、17号楼及小区管理处）采用袖阀管注浆法施工，对该段土体进行加固处理，增强地基的自稳性。
加固土体3～4天单轴极限抗压强度≥1.0Mpa。注浆间距为1000m，梅花形布置如图7，对房屋基础范围下方土体进行辐射型注浆加固处理，形成具有复合地基，以达到稳固土体的预期目的。注双液浆，其配比为水灰比1：1，水泥浆：水玻璃浆液体积比1：0.6。水玻璃原液（35-40BE），注浆参数：注双液浆孔直径￠46mm、浆液扩散半径：1m、浆液凝结时间：15min以内，注浆压力1-2bar，注浆量以实际方量为准。注浆加固剖面图如图8所示。
图8 袖伐管注浆加固剖面
5.2 下穿前施工准备
（3）过小区施工方案及相关技术交底必须通过在项目部、施工队组织专题学习，确保技术方案落实和传达到所有的施工技术人员及作业人员。
（4）盾构机刀盘距离第一栋房屋前有计划的进行盾构设备的维修和保养，确保推进系统完好、注浆系统（4路管路必须畅通，保证注浆量）、盾尾密封等完好，并备足常用备件，确保盾构机能以良好的状态进行小区房屋段施工。
（5）有计划的进行换刀，换刀前通过管片经向注浆封堵管片水源，再根据开仓程序及换刀方案进行换刀。由于根据地质祥勘资料，盾构过小区房屋段隧道洞身地层为微风化花岗麻片岩，计划换刀位置地层相对较好选择，无需提前对换刀位置地层进行处理，但为确保换到位置的安全，地层是否需加固根据取芯补堪情况判断确定。换刀及刀具检查必须在安全的位置进行，必要时必须通过辅助措施对地层进行加固处理，以保证施工的安全。根据前期掘进情况选择适合该地层的刀具厂家，保证道具质量。根据地质情况选择全断面硬岩结束前换刀，更换一盘全新刀具。此位置经地面取心验证和地质图相符。
（6）双液注浆。
为保证盾构机顺利通过翠竹苑小区房屋，盾构机在进入小区前停机，注双液浆封堵盾尾后方水源，为有效充填管片背后的环形间隙，并有效拦截管片背后地下水，减少地下水直接流入刀盘土仓，我部根据目前的掘进情况及海瑞克S356的特点，采用如下注浆方式进行封堵盾尾地下水。
1）浆液拌制。
①浆液采用双液浆，注浆材料为普通硅酸盐水泥和水玻璃（浓度35BE），水泥浆液与水玻璃配合比1：1，水泥浆液根据现场搅拌桶容积，其施工搅拌配合比如下：
表3 施工搅拌配合比
水泥（KG） 水（L） 缓凝剂（KG）
150 150 0
②浆液拌制注意事项：
a水泥浆拌制时，先在桶内加水至桶底以上约43cm（有值班工程师在拌制桶上预先做出标示），再加入三包水泥（150KG），搅拌均匀后倒入储浆桶中。
b必须将搅拌桶内的水泥浆完全放入储浆桶后方可搅拌下一桶浆液。
2）注浆方法
①注浆管片
首先在离盾尾后3-5环的位置，有值班工程师选择合适的点进行双液注浆，完成后继续向掘进反方向整环注浆。
②每环管片注浆孔位顺序
注浆孔位顺序为 10：00->1：00->3：00->5：00->8：00（当封顶块位置为11：00时）或2：00->11：00->9：00->7：00->4：00（当封顶块位置为1：00时）。
③注浆压力和注浆量
每个孔位注浆量暂定为1.1立方米，注浆压力位0.2MPa（注浆机工作压力为1.4 MPa）。
④注浆过程监控
管片背后双液注浆要保证管片背后有效的填充，注浆过程中值班工程师要注意观察管片错台、破损及变形情况，发现异常，立即停止注浆。
3）注浆时间安排
注浆开始和结束根据现场注浆情况决定。
5.3盾构机下穿小区施工方案
（1）根据前一段掘进情况，优化盾构下穿房屋段掘进参数，掘进全断面硬岩时，掘进参数的选择应坚持“小推力、小扭矩、低刀盘转速”的原则，掘进控制应“以掘进速度为主，刀盘转速为辅”，确保盾构安全通过微风化岩段。盾构机通过软硬不均地层，地层整体性不好，单体强度较高，采取控制掘进速度与刀盘转速，控制盾构掘进中刀具的贯入度，保证盾构刀具及刀具的安全。掘进参数如下：
左线盾构通过全段面岩层即通过60号楼时采用土压平衡模式，初步将参数设定为：土压1.0bar，（主要为气压，预防地下水流失），推力小于等于1500T，刀盘扭矩140--150 bar，盘转速：1.6 rpm，出渣量：70立方米（5斗土）。
左线穿过上软下硬段时掘进，掘进参数与硬岩相同，适当加大顶部的推进油缸的推力，预防顶部超挖引起地表或房屋沉降异常。
盾构机在通过软土段时采用土压平衡模式，初步将土仓压力设为：1号传感器1.8 bar，（掘进时），1号传感器1.9—2.0 bar，（掘进完成时），总推力小于等于1500T，刀盘扭矩120--130 bar，刀盘转速：1.8—2.0 rpm，出渣土量：65立方米。
（2）在盾构掘进施工过程中应充分发挥土木工程师与主司机的作用，两者应密切配合。要求主司机搞好盾构的掘进控制，值班工程师应密切关注盾构掘进状态。
（3）盾构掘进遵循全程监控、匀速推进以及压力控制“宁正勿负”的原则。考虑到盾构通过房屋段位于R=350m小区线半径上，要求掘进速度不得超过30mm/min。盾构主司机和现场值班工程师需密切关注掘进状态、渣土状况及安排专人在人仓附近24h监听刀盘滚动声音，如发现扭矩突然变大、刀盘前面有异常响声，需立即降低推力，观察掘进状况，如果情况有持续，判断可能遇到桩基，应立即停止掘进，并通知值班领导和相关部门人员，不可强行推进。
（4）加强渣土改良，适当增加泡沫及水的用量避免堵仓结泥饼现象发生。本阶段泡沫用量：40L—50L。加大盾尾油脂注入量，确保盾尾油脂密封效果。
（5）保证同步注浆量和压力。本区间理论注浆量为4.05立方米，基于对小区房屋的保护，防止较大沉降的发生，同时结合下穿段具体地质情况，注浆量不得少于5.5m?。注浆过程中必须保证四管同时注浆，上部注浆管压力为小于等于0.30 MPa，下部注浆管压力为小于等于0.35 MPa该段同步注浆配合比为：水泥：120—160粉煤灰：280—341膨润土：45—56细沙：668—779水：395—446（单位：kg）。在地下水丰富地段，调整水泥用量至200kg，加快水泥砂浆凝结时间。
（6）在通过小区房屋期间，加强地表检测，项目部测量班安排经验丰富的检测人员对小区房屋的地面情况进行24h的检测和观察，如有异常现象，需及时向值班领导回报。
（7）为防止盾构机穿越小区房屋发生喷涌现象，购置MJ-S/N-01的高分子材料用于盾构过小区房屋。通过加水系统添加，可有效防止喷涌现象发生。
（8）准备应急物资，并成立抢险小组，项目部各主要负责人员必须24小时处于开通状态，主机室开通市话，以保证隧道下、隧道上通讯畅通，在紧急情况下启动应急预案。
（9）下穿小区后的补强注浆
盾构机盾尾完全脱离每一栋小区房屋2环后，立即对位于房屋下方的区间隧道进行补强注浆，确保管片背衬注浆饱满，控制地面沉降。注浆采用水泥-水玻璃双液注浆。水泥浆液与水玻璃体积配合比为1：1。注浆同“下穿前施工准备”相关内容。
6.实施检测
为保证盾构机下穿小区房屋段，更迅速反馈到主司机等操作人员，及时调整掘进参数，真正做到信息化施工。根据本盾构区间实际情况，新增房屋结构沉降和倾斜的实时检测项目，在盾构下穿建筑物期间，做到实时反馈数据，实时指导盾构施工，实时调整施工参数。
7.应急预案
为预防盾构异常停机造成翠竹菀小区房屋出现异常沉降或开裂等安全隐患，在盾构通过小区房屋期间，根据我部对小区房屋检测情况，必要时启动应急预案，主要为在翠竹小区房屋出现异常沉降区域施打注浆孔跟踪注浆预加固与洞内双液浆、掘进控制、渣土改良等措施相结合方案。结合楼房周围环境及施工条件，在施工工程中根据检测情况，对差异沉降较大的部位进行跟踪补充注浆。
7.1 动态跟踪注浆
动态跟踪注浆根据检测沉降变化速率或差异沉降值采用袖伐管后退式注浆，注浆分段长度为60cm，施工工序如下：
（1）采用地质钻机成孔，泥浆护壁钻孔式，钻孔直径为89mm，钻孔达到设计深度，通过钻杆从孔底压入封闭泥浆，直到封闭泥浆完全代替护壁泥浆。封闭泥浆采用水泥+膨润土浆液。封闭泥浆配比按水泥：膨润土：水=1：（2.5-4）：1。
（2）将连接好的袖伐管底部加设闷盖，下入钻孔中至设计深度，上部露出地面30cm，并盖上闷盖，防止杂物掉入孔内。
（3）带封闭泥浆凝固后，在袖伐管内插入注浆芯管至预定注浆段。开始注入双液浆，注浆采用从孔底开始分段压注，分段长度（步距）为60cm。每段注浆完成后，向上移动一个步距的芯管，直到这个空注浆完成，注浆完成后，应立即用清水冲洗袖伐注浆浆管，并盖上闷盖，以便于反复施工。
动态跟踪注浆包括 补偿注浆和抬升注浆。补偿注浆是在隧道开挖施工过程中对由于隧道开挖引起失水、应力释放等而形成的空隙或松散土层及时的进行注浆填充，抬升注浆是在房屋沉降达到一定沉降量后通过对基础注浆分阶段对房屋进行一定的抬升，减少差异沉降，保护房屋不受破坏。补偿注浆孔在隧道范围内及外3m范围内设置，间隔跳孔注浆。抬升注浆室外抬升注浆以抬升柱下独立基础为目的。在室外地表沉降范围内，室外抬升注浆具体布置图见图8所示。
对房屋独立基础部位抬升注浆，采用深层加固区钻孔，可以选择可利用的原加固孔进行抬升注浆。
钻孔水平角度可现场调整以穿过独立基础中心为准，并严格记录钻孔位置和调整后的角度。
7.2注浆材料选取
（1）材料选用普通酸盐水泥+水玻璃双液浆，对杂土层和卵石层扩散半径能达到2—10cm，能有效控制浆液扩散距离，初凝时间在30—80s，配合袖伐管注浆工艺满足对房屋加固和跟踪注浆要求。
（2）HSC特种水泥单液浆，对于楼房下方粘土和中基岩裂隙，普通硅酸盐水泥+水玻璃双液浆浆液扩散困难，而普通水泥单液浆结石率低（W：C=0.8：1时，结石率只有80%左右），注浆后干缩，使得已加固或抬升部位又出现下降，对房屋反复扰动使得新裂缝出现、旧裂缝扩展，对房屋保护不利，因而采用特种水泥加固，其优点为：结实率高、凝结时间快、具有微膨胀性、抗分散性好。
8. 结束语
盾构施工地质复杂、技术复杂、风险也很大。要想达到安全、高效的施工生产，必须有专项的盾构施工技术方案、技术措施和有效的施工方法，才能规避风险，做到安全施工从而提高经济效益。由此可见“盾构机下穿建筑群施工技术”的有效掌握对地铁施工的安全、施工进度、经济效益等有着重要的意义。
参考文献：
[1] [日]地盘工学会著（牛清山，陈凤英，徐华译）.盾构法的调查、设计、施工[M ].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2] 张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道[M ].北京：人民交通出版社，2004
论文作者:陶云超
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/21
标签：盾构论文; 注浆论文; 小区论文; 房屋论文; 隧道论文; 翠竹论文; 浆液论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;