复杂条件下EPB盾构机穿越建构筑物技术
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摘要：本文结合目前在建的南昌轨道交通一号线一期工程土建二标长（长江路站）～蛟（蛟桥站）区间上行线EPB盾构施工中，在地质条件变化、高水位等复杂地质条件下，通过采用带压开仓换刀、采用地面注浆、合理设置盾构参数等措施，保证了盾构机安全顺利的穿越了建筑物，本次盾构穿越建筑物主要存在地质条件的突变，对于后期类似工程具有一定的指导意义。
中图分类号：U455.43 文献标识码： A
随着城市轨道交通建设的迅速发展，在建设施工中，面临着越来越多的复杂的周边环境与地质条件，盾构穿越障碍物或近距离通过既有建筑物的情况越来越多。施工中既要保护建筑物的安全又要确保工程本身的质量安全，因此，对于不同的情况采取相关的技术措施势在必行。本文结合南昌1号线地铁施工中成功穿越建筑物的案例，提出相关的措施，具有一定的意义。
1 工程概况
南昌轨道交通1号线一期工程土建二标长江路站～蛟桥站区间隧道工程位于南昌市红谷滩区。本工程由两台Φ6250海瑞克复合式土压平衡盾构进行施工。先后施工上行线和下行线隧道，盾构从长江路站北端头井下井始发，沿丰和北大道在凤凰花园住宅小区处以340m半径曲线左转连通黄河路，下穿灜上湖，掘进至蛟桥站南端头井接收。
本区间先后穿越凤凰花园西区公建-GJ04、J-02#和J-01#楼房，穿越土层主要为②4中砂、②5粗砂、②6砾砂、②7圆砾、⑤1-1强风化泥质砂岩、⑥1全风化千枚岩、⑥2强风化千枚岩等。
盾构穿越建构筑物与建构筑物关系示意图
本区间穿越建构筑物的具体情况为：
1.1 凤凰西区公建-GJ04
凤凰西区公建-GJ04为2层、局部3层砖混结构,地基采用水泥搅拌桩加固，桩径Φ0.7m，桩长约为8.5m。隧道中心线埋深约19.5m，隧道顶离桩底约11m。
1.2 凤凰花园西区J-02#
凤凰花园西区J-02#为11层钢筋混凝土剪力墙-短肢墙结构，设计年限50年，总建筑高度为34.8m。安全等级为二级。地基加固为夯扩灌注桩，桩径Φ0.5m，桩长约13.85m，桩底标高3.4m。隧道轴线竖向曲线为29‰坡度，桩底距离隧道外径顶最小距离为67cm，距离盾构机刀盘外径距离为49cm。
1.3 凤凰花园西区J-01#
凤凰花园西区J-01#为11层钢筋混凝土剪力墙-短肢墙结构，设计年限50年，总建筑高度为36.1m。安全等级为二级。地基加固为夯扩灌注桩，桩径Φ0.5m，桩长约13.85m，桩底标高3.4m。隧道轴线竖向曲线为29‰坡度，桩底距离隧道外径顶最小距离为3.45m。
2 水文地质条件
2.1 地质条件
本区间穿越楼房段，地质条件较为复杂，从砂砾层转变为全断面中风化泥质粉砂岩，详见下图。
盾构穿越建构筑物段地质条件剖面示意图
2.2 水文条件
场地地表水主要为赣江、瀛上湖（碟子湖）以及棋盘分布的池塘，目前地表水位高程约为15.50～19.60米之间。拟建场地浅层地下水属上层滞水，孔隙性渗水，微承压水，主要赋存于表层填土及②砂土、砂砾、圆砾中。
3 穿越建构筑物技术措施
本次盾构穿越建构筑物，主要存在以下几点难题：（1）、考虑到地层的突变，需要考虑盾构机刀具配置是否满足；（2）、盾构穿越建构筑物期间，在确保区间隧道的安全质量外，还要确保建构筑物的安全。
针对以上两点，在施工中采取了盾构穿越前盾构开仓换刀措施；盾构穿越中，加强地面及建筑物的监测，随时进行应急注浆；盾构穿越后，进行跟踪注浆。下面针对这些措施进行简单描述。
3.1 盾构带压开仓换刀
盾构机穿越GJ04期间，地质条件为上软下硬地层，采用原先刀盘刀具配置，在盾构穿越期间，在175环～215环掘进时，盾构机出现了大推力、高扭矩、推进速度较慢（2～5mm/min）、排出渣土温度高等现象，为确保盾构机的正常掘进，以及后期穿越建构筑物的安全，决定进行盾构气压开仓检查土仓和刀具磨损情况。
由于采用盾构带压开仓，为确保开仓安全，遂采用在盾构开仓位置土体进行预加固，由于场地狭小等原因，采用加固工艺为，加固体四周采用“硫酸+水玻璃”组合的化学浆液，加固体中间采用压密注浆，浆液采用双液浆。施工完成之后，对加固区域进行取芯，芯样检测强度满足盾构开仓条件。
开仓位置地面加固位置示意图
盾构带压开仓换刀完成情况及恢复掘进：
（1）、完成对土舱及刀盘的泥饼的清除；
（2）、完成刀具的更换；
（3）、换刀作业结束后，待人员与设备撤出土仓和人闸后，往土仓内逐渐注入浓稠的膨润土浆液，用膨润土回填土仓，同步逐渐减小气压，当土压完全代替气压后，启动刀盘与千斤顶恢复盾构掘进。
3.2 盾构穿越建筑物其他措施
3.2.1 盾构穿越建筑物前施工措施
（1）、在施工前对沿线盾构施工影响范围内的建筑物进行全面调查，收集相关资料。
（2）、穿越建构筑物段的管片采用带16个注浆孔的管片类型，方便后期二次注浆。
（3）、根据现场实际情况，布设监测点并测取初始值。
3.2.2 盾构穿越建筑物中施工措施
（1）、设置合理的盾构掘进施工参数。
（2）、增加同步注浆量。
（3）、加强监测。
（4）、制定现场管理制度，加强管理。
3.2.3 盾构穿越建筑物中应急地面注浆措施
在盾构穿越建（构）筑物期间，加强对掘进过后的该建筑物结构进行监测，当地面沉降超过30mm时或房屋倾斜超过2‰时，及时采取应急地面补强注浆加固。
（1）、注浆孔布置
注浆孔位布置在线路穿越范围内，主要在沉降较大位置，间距1.5～2m，孔深为地面下3～5m。对于楼房发生倾斜超限时，直接从沉降较大位置从建筑物外侧打斜孔进行注浆。注浆量及注浆压力以监测数据为依据进行调整，确保建筑物在原沉降基础上尽量回复到初始值。
（2）、浆液
采用水泥浆—水玻璃双液浆，浆液配合比初步确定：注浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比控制在0.8：1～1：1；水玻璃浓度35～40Be’；水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.6。具体的浆液配合比通过在注浆前及起先几个孔注浆时的现场试验确定。
（3）、注浆量及压力
注浆以加固土体和提高建筑物基础承载力为目的，同时也考虑到建筑物的安全，施工过程中通过加强监测，缓慢加大注浆压力，注浆压力一般控制在1～2Mpa；注浆量根据地层加固区需充填的地层孔隙数量及现场试验来确定；同时也应加强各方面的监测，以便指导注浆。
3.2.4 盾构穿越建筑物后施工措施
（1）、进行二次注浆，采用水泥浆—水玻璃双液浆。
（2）、持续监测，根据监测情况，进行应急地面注浆等措施。
3.2.5 盾构下穿建筑物对盾体与桩体间的土体的加固措施
我单位主要通过在盾构下穿建筑物期间，加强同步注浆，盾构穿越后进行二次注浆的措施来进行土体加固处理，防止土体流失或土体扰动对桩基产生较大的影响。在盾构穿越期间，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。
4 地面监测
4.1监测实施方案
按设计及规范要求，下穿建筑物段主要开展的监测项目有：地表沉降，建筑物沉降、水平位移、倾斜、裂缝。
监测点的布置：地面监测点采用深层土体监测点，5环一个轴线监测点，20m一个监测断面，断面监测点不少于11个。在距离隧道中线10m以内的建筑物布设建筑物沉降监测点，采用冲击钻在建筑物上打设钻孔，并安设L型钢筋或膨胀螺栓作为沉降测点，测点间距在5～10米，布置于建筑物角及柱上。建筑倾斜观测，在要观测的建筑物上、下设两个标志观测点,要求两个点位于同一垂直视准面，靠建筑物下部的观测点要求离地面50cm，上部观测点设置在距离屋顶2m左右位置。
4.2监测频率
一般情况下盾构穿越前期，2次/天；盾构穿越期间，4次/天；穿越后，1次/2天；当遇异常情况时根据实际变形情况加强监测次数及频率。
4.3监测项目控制基准
在实际监测中，当监测值达到控制基准的30%时作为预警值，当监测值达到控制基准的70%时，进入安全警戒范围，需对该地区重点监测，并采用一定的控制措施，防止监测值的进一步增长。
监测控制基准：建筑物沉降≤30mm；地表隆起≤10mm。
4.4监测数据的处理分析及反馈
监测完成后，及时对观测资料进行整理，计算观测点的沉降量、沉降差以及监测周期内的平均沉降量和沉降速度，用于反馈施工。
5 应急措施
5.1应急预案组织管理
盾构穿越建筑物要求高，存在着一定的施工风险，对于有可能发生的一些突发性事件，从管理、技术与组织上采取以下对策，并制定相应的应急方案。
5.2应急措施
5.2.1 建构筑物沉降、倾斜
（1）、盾构机下穿建筑物时发生沉降或倾斜，而且趋势仍在发展时，采取相应的应急处理措施，详见下表。
应急措施一览表
序号 项目 控制标准 采取的应急措施 备注
1 建筑物沉降 20mm 洞内二次注浆 实际根据建筑物自身的结构情况，裂缝等情况综合判断。
20～30mm 地面跟踪注浆
30mm以上 顶撑加固措施
2 建筑物倾斜 混凝土结构、条形基础，基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值为：超过0.004； 洞内二次注浆
混凝土结构、条形基础，基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值为：0.004； 地面跟踪注浆
（2）、当沉降或倾斜进一步发展，趋近于预警值，且采取上表中相应应急措施仍不能阻止沉降或倾斜的进一步发展时，立即将实际情况向监理、业主予以汇报，做好各级预警准备。
（3）、当沉降或倾斜达到预警值时，立即启动人员紧急撤离和疏散预案，将建筑物中所有的住户转移至疏散安置点，同时对建筑物影响范围内的交通实施交通管制。启动一级应急预案，根据险情采取相应的应急处理措施，直至险情排除。
5.2.2 应急指挥协调
（1）、事故发生后，负责人应立即赶赴现场，指导应急救援；项目部负责人在最短的时间内赶赴现场，并在第一时间组织应急小组，召开应急小组会议。
（2）、各成员根据职责分工，做好相关应急工作，工程技术部协助收集、汇总事故发生情况，根据事故严重程度和范围，随时上级管理部门汇报事故处置进展情况。
（3）、应急小组根据事故和应急情况提出抢险、抢修等工作方案，指导应急救援工作。
（4）、应急人员的安全防护：现场应急救援人员应根据需要携带相应的专业防护装备，采取安全防护措施，严格执行应急救援人员进入和离开事故现场的相关规定。
5.3应急物资的准备
为了应急措施能有效实施，现场配备充足的现场可能需要的各类应急物资和机具，并要求归类码放整齐，标识清晰，不得随意挪用。
6 总结
本次盾构穿越建构筑物已经顺利完成，穿越期间，地面最大沉降为-10mm, 楼房的最大沉降为-21mm，小于监测基准值。未发生任何事故，确保了楼房的安全。本次盾构穿越建构筑物对在复杂地层和周边环境条件下完成，采用开仓换刀、地面注浆等各种技术措施，对今后类似条件下盾构穿越建构筑物积累了宝贵的参考经验。
参考文献
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作者简介：杨杰，男，27岁，助理工程师，供职于中铁三局集团有限公司桥隧工程分公司。