盾构在富水砂卵石地层中穿越建筑物
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摘要：成都地层属于特殊的富水砂卵石地层，卵石含量高达60%-80%，且地下水位高。该地层在没有外力扰动的情况下结构密实，但在盾构机刀盘转动的扰动下极易失稳，形成滞后沉降。此特有现象并可能造成地表建筑物沉降、倾斜，直接影响到建筑物安全和对居民的生活秩序、人身安全、财产安全造成一定危害。为保证建构筑物的稳定，我们针对盾构机通过建构筑物各时段，采用注浆控制、掘进参数控制、监测控制等措施来指导施工，确保建筑物的稳定。
关键词：盾构， 富水砂卵石，滞后沉降，控制
Abstract: the formation of chengdu belongs to special rich water sandy pebble stratum, pebble content reaches as high as 60%-80%, and underground water level. The formation of the disturbance of external force in no case structure is close-grained, but in the shield construction machine the knife dish perturbation of turning easily instability, form lag settlement. This unique phenomenon and may cause the surface settlement building, tilt, directly affect the buildings to people's life safety and order, the personal safety and property safety of cause certain harm. To ensure the stability of the building structures, we focused on shield construction machine through the building structures in each period, grouting control, tunneling parameter control, monitoring control measures to guide the construction, to ensure the stability of the building.
Keywords: shield, rich water sand pebble, lag settlement, control
中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
成都地铁2号线一期工程土建9标（4＃、5＃盾构区间）共三个区间，即白果林站～中医学院站区间、中医学院站～通惠门站区间、通惠门站～将军衙门站区间及其附属结构。区间采用盾构法施工，线路总里程4457.053米，合同价185315639元，合同工期948日历天。
1.1线路平纵断面
线路隧道轨面最大埋深约27.2m，最小埋深约11.2m，最大曲线半径3000m，最小曲线半径400m，最小坡度2‰，最大坡度25.856‰。
1.2盾构隧道结构
隧道结构：设计为双线圆形隧道，直径为5400mm。
衬砌类型：采用单层管片衬砌，材料为钢筋混凝土。管片内径5400mm、外径6000mm，厚度为300mm，分为1.2m和1.5m两种类型。其中幅宽1.2m用于区间隧道中平曲线半径小于等于400m的地段，幅宽1.5m用于区间隧道中平曲线半径大于400m的地段。采用六分块方案：三块标准块，两块邻接块，一块封顶块。管片组合方式为直线环+左转弯环+右转弯环，拼装方式为错缝拼装。管片螺栓为弯螺栓。
2.施工方法
2.1施工概述
成都特有的富水砂卵石地层，该地层在没有外力扰动的情况下结构密实，但在盾构机刀盘转动的扰动下极易失稳，而且该地层的坍陷可能不会立即移至地面，可能经过很长时间才移至地面，即我们所说的滞后沉降。针对以上特点，我们按照盾构机通过前中后三个阶段根据准备工作、注浆加固、掘进参数、掘进管理、监测、安全应急进行控制，从而确保地层、地表以及建筑物的稳定。各保障措施及内容如下表1：
表1盾构穿越建筑物各阶段保证措施
序号 施工保证措施 内容 备注
1 准备工作 对建筑物基础及结构等情况进行调查；制定好盾构机穿越建筑物的各项技术准备；提前进行降水施工；做好对居民宣传工作 在盾构机通过前完成所有准备工作
2 注浆加固控制 注浆加固是防止地层滞后沉降的最有效的措施，包括预注浆、同步注浆、二次注浆和跟踪注浆 共分为三个阶段，在盾构机通过前进行预注浆，在通过建筑物时进行同步注浆和二次注浆，在通过建筑物后进行跟踪注浆。
3 掘进参数控制 主要对刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度、出土量、注浆量、土压力等参数的控制
4 掘进管理控制 做好机器的保养和检修；做好刀盘刀具的跟换
做好掘进工序的衔接和交接班制度；做好碴土的改良
5 监测控制 监测内容主要包括地面监测、建筑物沉降监测建筑物倾斜监测。将监测数据通知盾构司机和值班领导 加强监测频率，在通过通过前完成初始值的上报，在通过时24小时监测，在通过后根据建筑物沉降情况逐级降低监测频率
6 安全应急控制 做好安全应急预案，在可能存在危险时立即按照预案进行实施，建立应急预案小组
2.2实例说明
下面我们以盾构穿越石人社区家属楼为例说明盾构在富水砂卵石地层中穿越建筑物的各项工作及各项保证措施，石人社区家属楼位于【中医学院站~白果林站】区间，该栋建筑物建筑年代久远，裂缝较多，且经历了四川大地震，被定为本标段盾构穿越建筑物的一个最大危险源。针对该栋建筑物的特点结合表1中各阶段的措施，我们认真准备，做好每一项措施，使我们顺利通过该栋建筑物，且未出现超过设计和规范要求的沉降，得到了业主和居民的好评。
2.2.1准备工作
在盾构穿越石人社区家属楼前召开项目部全体员工大会，制定好总的穿越思想。并做好以下穿越石人社区前的各项准备工作：
2.2.1.1调查工作
（1）再次对建筑物结构和基础进行调查；
石人社区家属楼共分3栋楼，位于成都市大庆路66号，修建于1988年。基础为条形基础，深2米，上部结构为7层砖混结构。
（2）对石人社区家属楼每一户的裂缝和破损情况进行调查，并进行拍照；
（3）做好对居民的宣传。
2.2.1.2技术准备工作
（1）编制盾构穿越石人社区的专项方案；
（2）下发技术交底和安全交底；
（3）在盾构通过前再次召开技术工作会，对每位技术人员进行详细的分工和技术交底。
2.2.1.3降水施工
根据成都地铁一号线的经验，在降水的情况下盾构穿越砂卵石地层更有利地层的稳定。在石人社区前提前施工好降水井，在盾构机到达石人社区前100米开始进行降水。
2.2.2注浆加固控制
2.2.2.1注浆加固范围
预注浆和跟踪注浆加固范围主要是建筑物基础底部和隧道拱顶之间，同步注浆和二次注浆主要是管片壁后和土层之间的空隙。
2.2.2.2注浆方法
（1）预注浆和跟踪注浆注浆方法主要采用从地面打Φ50mm钢花管注浆，注浆浆液主要是采用比例为1:1水泥浆，注浆压力一般控制在0.5~0.7Mpa之间，在施工中根据实际情况进行调整。
（2）同步注浆和二次注浆是采用盾构机的注浆设备进行注浆，注浆压力根据掘进实际情况进行调整，同步注浆量1.5m在6m³以上。
2.2.2.3注浆效果
在盾构通过石人社区前，项目部共施工27个预注浆孔，并注浆79m³；在完成预注浆后施工了26个跟踪注浆孔；在盾构机穿越石人社区时，严格控制同步注浆的压力和注浆量，确保管片壁厚充填饱满，并在盾构机通过跟踪注浆孔1米后及时的对跟踪注浆孔进行注浆，及时填充因刀盘扰动土体产生的空隙，26个跟踪注浆孔共注浆88.3m³；在盾构通过石人社区后针对沉降值大的地方进行注浆加固，针对性的跟踪注浆孔个13个，共注浆47.26m³。
2.2.3掘进参数控制
掘进参数的设定是盾构穿越建筑物的一个重要环节，掘进参数是一个连续变化的参数，各参数又相互关联，把握好参数的设定才能使盾构机处于一个连续、匀速的穿越数建筑物。盾构操作手在参数选定上要做好以下几点：
（1）盾构操作手要了解建筑物的基础情况和地层情况；
（2）盾构参数是一个连续动态变化的数值，盾构操作手要根据技术交底下发的参数并结合实际掘进情况进行参数调整，从而使盾构机能连续匀速的通过建筑物，减少对土体更大的扰动。技术交底设定数值和实际掘进数值比较见下表3。
表3 技术交底设定数值和实际掘进数值比较表
名称 刀盘转速
（rpm） 刀盘扭矩
（bar） 推力
（t） 推进速度(mm/min) 螺旋机转速
（rpm） 出土量
（m3）
技术交底设定值 1.1～1.4 160～200 1000～1300 40～55 3～5 55～60
实际值 1.1~1.4 160~200 1000~1200 45~55 3~5 55~58
（3）盾构机操作人员严格盾构机姿态，使主推进油缸油压尽量趋于平衡，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，盾构机一次纠偏量不宜过大（每环纠偏量不能超过5mm），以减少对地层的扰动。盾构司机要并根据掘进的行程差选择合适的管片类型。
（4）严格执行出渣管理制度，值班工程师对每一环出渣量进行统计，防止盾构超挖造成地表下陷，1.5米幅宽管片每环出碴量应控制在55~60m³。
2.2.4掘进管理控制
掘进管理是确保盾构机连续、匀速穿越建筑的一个主要保障措施，在穿越建筑物时各部门应该做好以下几点：
（1）在盾构机通过石人社区前，对盾构机及台车进行全面的检查，对肯能存在问题的部件提前进行更换，防止盾构机在建筑物下长时间停机检修。
（2）在盾构机通过石人社区前，对刀盘的刀具进行检查，对有问题的刀具进行更换，保证刀盘不存在结“泥饼”现象和不能碾碎卵石现象。确保盾构机连续匀速的通过建筑物。
（3）在掘进过程中做好碴良，第一、要根据技术交底的要求做好泡沫的发泡率，值班工程师要不断的检查泡沫效率和质量并通知盾构操作手，盾构操作手根据情况调整泡沫的发泡比例；第二、要向土仓内注入膨润土，增加碴土的和易性；最后适当向土仓内注入水。从而防止刀盘产生结“泥饼”、及卡刀盘等现象，保证盾构的正常掘进。
（4）作好工序的衔接和交接班制度，交接班和每一道工序的连续顺畅是保证盾构机在建筑物下停机时间少的有利保障。
3 结束语
对于砂卵石地层的滞后沉降的特点一定要注重注浆加固、参数选定、掘进管理和监测的控制，能够有效的控制滞后沉降现象。通过以上实践，为集团公司盾构在富水砂卵石地层中掘进积累了大量的掘进参数和宝贵的经验。
参考文献
《地下铁道施工及验收规范》（GB50299-1999）；
《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）；
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；
《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210-2001）；
《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）；
《市政地下工程施工及验收技术规范》（TB10113-96）。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。