赵芙蓉
（中国铁建大桥工程局集团第三工程有限公司，辽宁 沈阳 124000）
摘 要：根据盾构机施工穿越城市既有建筑物的工程实例, 阐述了盾构机穿越建筑物的技术保证措施。
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关键词 ：盾构施工; 穿越地下
中图分类号：U455.43 文献标志码：Ａ 文章编号：1000-8772（2015）08-0227-02
收稿日期：2015-02-20
作者简介：赵芙蓉（1977-），女，吉林长春人，本科，工程师。研究方向：轨道交通。
一、盾构区间工程概况
宁波市轨道交通2 号线一期地下土建TJ2103 标段石碶站～轻纺城站区间（含石碶桥拆复）长度为754.120m，隧道沿石碶站、轻纺城站方向，出石碶站后右转弯（转弯半径800m），接直线段，然后左转弯（转弯半径450m），接直线段进入轻纺城站。隧道断面为单洞单线圆形隧道，线间距为12m ～ 14.8m，顶部埋深约为10.5m ～ 16.5m，最小平面曲线半径为450m。洞身主要穿越淤泥质粉质粘土层4、1，淤泥质粉质粘土层2，粘土1，粉质粘土层2，含砂粉质粘土1。
二、盾构穿越建筑物施工风险源及风险分析
沿线分布的风险源有：区间下穿石碶桥，南侧半幅桥的部分桩基与盾构区间冲突，需要拆除南半幅桥，同时要求在盾构施工前予以恢复，保留北侧半幅桥。保留的北侧半幅桥桩距离区间外皮约2.42.9m；南侧半幅桥位于两隧道之间的未拆除桩距离区间外皮约2.8 ～ 4.8m；石碶桥1# 墩、2# 墩基础为φ1200 钻孔灌注桩，桩长39.0m，桩底标高-39.0；0# 台、3# 台：φ1200 钻孔灌注桩，桩长分别为36.0m、38.0m，桩底标高分别为-33.5m、-35.5m。老桥钻孔灌注桩桩长21.5 ～ 23.8m，桩底标高为-16.6 ～ -22.0m，区间下穿南半幅石碶桥，与盾构区间冲突的桩基或距离盾构外皮净距小于1m 的桩基均需拔除。新桩距离盾构外皮不能小于1m；沿线分布有多处1 ～ 5 层的民房及涉及单位的房屋，房屋距离区间外皮的投影水平距离约2.7 ～ 16.5m，多为条形基础，基础底埋深约为1.5m。
三、盾构施工对建筑物影响分析
1. 施工影响范围计算
采用经验公式对盾构隧道施工影响范围及地表沉降分布规律进行预测，进而确定盾构施工对周边环境的影响范围。目前，工程实践中实用的经验公式是Peck 公式（Peck，1969）和一系列修正的Peck 公式。Peck 假定施工引起的地面沉降是在不排水的情况下发生的，所以沉降槽体积等于地层损失的体积。地层损失在隧道长度上是均匀分布的。地面沉降的横向分布类似正态分布曲线，如图所示。
2. 地表隆陷变化规律
根据盾构施工特点，地表变形的变化发展过程可以分为五个阶段：（1）盾构到达前，地表的变形取决于掘进过程中土仓压力和出土量的控制，当土仓压力较大而出土量较少时，地表呈隆起状态；当设定土仓压力小而出土量大时，地表呈沉降状态；（2）盾构到达时，地表变形承接阶段的发展。但变化速率增大，是地表隆陷的峰值段；（3）盾构通过时，一般情况地表会呈沉降变化。若注浆及时饱满，充填率超过250％时，地表会隆起；（4）盾尾通过时，最易发生突沉，突沉量可达30mm，若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉；（5）盾尾通过后，地表沉降速率逐渐减缓，沉降曲线趋于稳定。后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降，一般沉降时间较长，但沉降量也相对较小。
3. 盾构掘进引起的地表沉降因素
盾构掘进引起的地表沉降的因素有以下几个方面：开挖面土压不平衡引起的土体损失；盾构蛇行纠偏引起的土体损失；盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失；注浆材料固结收缩；隧道渗漏水造成土体的排水固结；衬砌环变形和隧道纵向沉降；土体扰动后重新固结；其中前三项是施工直接影响的主要因素，施工中应引起足够重视。
4. 地表变形控制标准
根据对区间隧道上方建筑物综合情况的调查与评估，结合宁波以往的施工情况，本工程线路上方建筑物在地表发生20mm 不均匀沉降时将可能产生倾斜或结构开裂。根据《建筑地基基础规范》可查各类建筑物的允许倾斜和沉降值。根据国内外盾构施工经验，结合本合同段的具体周边环境情况，地表隆陷控制标准为：单点隆陷范围，＋ 10mm ～－ 30mm；单次隆陷≤ 3mm。
四、盾构穿越建筑物施工
1. 严格控制盾构正面土压力
土仓中心土压力值根据埋深及土层情况设定，压力波动控制在±0.02Mpa，在施工过程中根据地表监测结果，结合模拟段施工时总结的最佳参数来确定盾构穿越建筑的土压值。安装在土仓内的土压传感器可以适时将刀盘前部的土压值显示在控制室屏幕上，盾构主司机根据地面监测信息的反馈及时更改、设定土压力。施工中土压力与出土量紧密联系，及时总结最合理的土压力及出土量，减小对土体的扰动，使土体位移量最小。
2. 推进速度控制
盾构推进通过对土压传感器的数据来控制千斤顶的推进速度，推进速度控制在2 ～ 4cm/min，并保持推进速度、刀盘转速、出土速度和注浆速度相匹配；在推进过程中保持稳定，每日推进8 环左右。
3. 出土量控制
出土量与土压力值一样，也是影响地面沉降的重要因素。盾构机的开挖断面为31.55 ㎡，每环的理论出土量为31.55×1.2×1=37.86m3，在盾构机穿建筑物时，将出土量控制在理论出值的98%，即37.86×98%=37.1m3 左右，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起（不超过1mm），以便抵消一部分土体的后期沉降量，从而使沉降量控制在最小范围内。
4. 同步注浆
盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙，施工中采用同步注浆来充填这一部分空隙。施工过程中严格控制同步注浆量和浆液质量，严格控制浆液配比，使浆液和易性好，泌水性小，为减小浆液的固结收缩，试验室定期取样，进行配合比的优化。同步注浆浆液选用可硬性浆液，采取配合比：水泥（kg）20 粉煤灰（kg）350 膨润土（kg）50 砂（kg）1130 水（kg） 350。同步注浆量一般控制在建筑空隙的200％～ 250％，即每环同步注浆量为3.0 ～ 3.5m3。注浆压力控制在0.4MPa 左右。实际施工中浆液的用量及注浆压力结合前一阶段施工的用量以及监测报表进行合理选择，合理选择注浆孔位( 一般为隧道顶部和底部两侧, 减少注浆时瞬间压力对地层的台升)，同步注浆尽可能保证匀速、匀均、连续的压注，防止推进尚未结束而注浆停止的情况发生。
5. 严格控制盾构纠偏量
盾构进行平面或高程纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。因此在盾构机进入建筑物影响范围之前，将盾构机调整到良好的姿态，并且保持这种良好姿态穿越建筑物。在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进，最快不大于4cm/min；盾构姿态变化不可过大、过频，控制每环纠偏量不大于10mm（高程、平面），控制盾构变坡不大于1‰，以减少盾构施工对地层的扰动影响。
6. 管片拼装
在盾构处于拼装状态下时，千斤顶的收缩会引起盾构机的微量后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待几分钟之后，待周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶数量尽可能少，满足管片拼装要求即可。在管片拼装过程中，安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间；拼装过程中发现前方土压力下降，可以采用螺旋机反转的手段，将螺旋机内的土体反填到盾构机的前方，起到维持土压力的作用。拼装结束后，尽可能快地恢复推进。
7. 改良土体
穿越建筑物的过程中土层性质差异较大（上硬下软）对掘进不利，可以利用加泥孔向前方土体加膨润土或泡沫剂来改良土体，增加土体的流塑性。其一：使盾构机前方土压计反映的土压数值更加准确；其二：确保螺旋输送机出土顺畅，减少盾构对前方土体的挤压；其三：及时充填刀盘旋转之后形成的空隙。
8. 穿越后施工措施
由于同步注浆的浆液时，有可能会沿土层裂隙渗透而依旧存在一定间隙，且浆液的收缩变形也引起地面变形及土体侧向位移，受扰动土体重新固结产生地面沉降。根据实际情况（监测结果）需要，在管片脱出盾尾5 环后，可采取对管片后的建筑空隙进行二次注浆的方法来填充，浆液为水泥、水玻璃双液浆、注浆压力0.3MPa ～ 0.5MPa；也可在地面对建筑基础进行补充注浆对基础进行加固抬升，二次注浆根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小。
五、结语
通过精心施工, 科学管理, 技术监督指导，我项目小松盾构机成功完成了宁波地铁2 号线石碶站～轻纺城站的地下穿越, 取得了良好的经济效益, 各项指标都在可控指标范围, 为盾构地下穿越施工积累了大量的经验。
（责任编辑：张娟）