復(fù)雜地層中盾構(gòu)穿越8層住宅樓關(guān)鍵施工技術(shù)

1、復(fù)雜地層中盾構(gòu)穿越 8層住宅樓關(guān)鍵施工技術(shù)王少鵬馮宏朝摘 要 近年來，隨著我國(guó)城市化建設(shè)的快速發(fā)展，城市地鐵工程建設(shè)越來越多，由于考慮車站 選擇，盾構(gòu)隧道線路常存在下穿既有建筑物的特殊情況，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件惡劣或建筑物結(jié)構(gòu)難以滿足施 工要求時(shí)，一般設(shè)計(jì)采用人員臨遷或建筑物拆遷來降低施工風(fēng)險(xiǎn)。本文依托深圳地鐵七號(hào)線（福民 站皇崗口岸區(qū)間右線）的盾構(gòu)在上軟下硬復(fù)雜地層中穿越8層住宅樓段施工，詳細(xì)介紹了盾構(gòu)在施工過程中采取的各項(xiàng)技術(shù)措施，安全穿越住宅樓，為類似工程施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞 復(fù)雜地層盾構(gòu)住宅樓施工技術(shù)1工程簡(jiǎn)介深圳地鐵7號(hào)線7304-1標(biāo)福民站至皇崗口岸站區(qū)間位于深圳市福田區(qū)，區(qū)間左線全長(zhǎng)6

2、75.684m,右線全長(zhǎng) 672.305m。區(qū)間在右線 DK18+678.0DK18+788.0 和左線 DK18+710.0 DK18+770.0段，下穿福民新村 20#、21#、22糊口 23#住宅樓，其中右線下穿20#、22#,側(cè)穿21#、23#住宅樓，左線下穿 21#、22#,側(cè)穿20#住宅樓，福民新村 4棟房屋與隧道平面關(guān) 系，區(qū)間隧道埋深在19.823.6m之間，區(qū)間平面位置如圖1-1。穿越建筑物段線路平面最小曲線半徑為400m,坡度為24.36%。，采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工?；蕧徔诎墩?、圖1-1房屋與隧道平面圖四棟房屋基礎(chǔ)均為自由落錘打入式灌注樁，樁長(zhǎng)16m,樁尖位于圓礫

3、土層，單樁容許承載力為60噸，完成樁徑為 480mm樁頂才f筋用614,埋入樁內(nèi)長(zhǎng)度11500mm外露長(zhǎng) 度560mm樁頂設(shè)有承臺(tái)。福民新村四棟房屋與隧道斷面位系如圖1-2圖1-5。圖1-2 延哺屋與隆道位罡斷面圖圖1T.揖房屋室道位置斷面圖圖1-5 2然房屋與陶B位荔斷面圖2工程地質(zhì)與水文本區(qū)間范圍內(nèi)上覆第四系人工堆積層（Q4mD、海積層（Q4n）、沖洪積層（Q4al+pl及Q3 al+pl ）、殘積層（Qel）,下伏燕山期花崗巖（丫 53）。下穿福民新村四棟房屋位置及房屋基礎(chǔ)地質(zhì)情況如圖2-1 :圖2-1隧道下穿建筑位置地質(zhì)斷面圖該段盾構(gòu)掘進(jìn)掌子面地層主要為微風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、礫砂

4、、礫質(zhì)粘性土，隧道以上覆土層由上至下依次為5.106.25m素填土，3.205.30m淤泥質(zhì)黏土、 3.204.30m中砂層、2.407.20m礫砂層。穿越地層的巖石特性如下：（1）素填土：褐黃、褐紅、青灰等色，稍濕，松散稍密。主要成份為黏性土，混砂礫，局部夾碎塊石，碎石粒徑2100mm（ 2）淤泥質(zhì)粘土：淤泥質(zhì)黏土：灰黑、深灰色，飽和，流塑，味臭，主要成分為黏性土，含少量貝殼、細(xì)砂及有機(jī)質(zhì)。（ 3）中砂：灰白、深灰色，飽和，松散狀態(tài)，級(jí)配不良，主要成分為石英，含少量有 機(jī)質(zhì)。（ 4） 淤泥質(zhì)黏土：深灰、 灰黑色，飽和， 軟塑， 含腐殖質(zhì)，局部夾有腐木及植物根系，具異味，易污手及黏手。（5）礫

5、砂：淺灰、灰白色，飽和，稍密中密狀態(tài)，級(jí)配良好，主要成分為石英，局部含黏性土。（6）礫質(zhì)黏性土：褐紅、褐黃、灰白色，可塑硬塑。由粗?；◢弾r風(fēng)化殘積形成。（ 7）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：褐黃、褐紅色，巖體呈砂土狀，局部呈砂土狀?yuàn)A塊狀，碎塊手可 掰斷。（8）中等風(fēng)化花崗巖：淺肉紅、灰白等色，巖體呈碎塊塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育。巖芯 較破碎，巖石質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。根據(jù)臨時(shí)場(chǎng)地試驗(yàn)資料，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度最小值為 7.1MPa,最大值為 65MPa平均值為 27.3 MPa。（ 9） 微風(fēng)化花崗巖：淺肉紅、灰白等色，巖體呈碎塊、塊狀、 巨塊狀， 節(jié)理裂隙發(fā)育。巖芯較破碎，巖石質(zhì)量等級(jí)為IV級(jí)。巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度最小

6、值為22.4MPa,最大值為140 MPa,平均值為 68.3 MPa。深圳市的氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，熱量豐富，日照時(shí)間長(zhǎng)，雨量充沛。地下水含量豐富，按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水。地下水位位于隧道以上19.121.30m處。3 施工重難點(diǎn)分析3.1 控制沉降，確保建筑物安全是的重點(diǎn)也是難點(diǎn)住宅樓為八層框架結(jié)構(gòu)，建筑物荷載較大，沉降變形控制尤為重要。在盾構(gòu)下穿過程中，勢(shì)必引起對(duì)隧道上部富水粗砂層和礫石層的擾動(dòng)、水位下降，造造成地表出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇樁基及上部結(jié)構(gòu)的沉降或引起上部建筑物結(jié)構(gòu)損傷。3.2 設(shè)定適當(dāng)掘進(jìn)參數(shù)和刀具磨損管理是核心也是難點(diǎn)線路穿越福民新村四棟房屋范圍洞身

7、地層從上到下主要為粗砂和礫石（厚13m不等）、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（厚 04m不等）、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖（厚 04m不等），屬 于上軟下硬的復(fù)合地層，且樁基距離隧道上部距離較近，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中將加劇刀具磨損，縮短刀具使用壽命。如何進(jìn)行合理設(shè)定的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，保護(hù)好刀盤、刀具，防止發(fā)生非 正常磨損。3.3 預(yù)防結(jié)泥餅是本工程的重點(diǎn)在穿越福民新村八層住宅樓時(shí)，盾構(gòu)機(jī)須在510粗砂、512礫石、8強(qiáng)微風(fēng)化地層中掘進(jìn)，該地層水崩解后粘性大，刀盤、土倉容易產(chǎn)生泥餅，從而導(dǎo)致無法掘進(jìn)， 需開倉處理。開倉期間容易引起地層失水、沉降，樓房裂縫及沉降加大。因此，盾構(gòu)掘進(jìn) 防泥餅是本工程的重點(diǎn)。3.4 出土量與注

8、漿量控制是本工程的重點(diǎn)也是難點(diǎn)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的出土量控制非常重要，尤其在上軟下硬地層中，下部巖石堅(jiān)硬，上部土層較軟，砂土流動(dòng)性高，易發(fā)生坍塌涌入土倉，造成出土量超標(biāo)，地面沉降量大。管片壁厚注漿可有效填充盾構(gòu)機(jī)開挖后土體與管片之間建筑間隙，減小地面沉降。3.5 施工監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵施工監(jiān)測(cè)是施工的眼睛，盾構(gòu)機(jī)下穿前后加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)掌控建筑物的安全變化情況，以便及時(shí)有效的采取措施。4盾構(gòu)施工前采取的主要技術(shù)措施4.1 對(duì)隧道范圍內(nèi)圓礪層、砂層進(jìn)行深孔注漿加固對(duì)20#、22#樓之間右線頂部圓礪層、砂層進(jìn)行加固，加固長(zhǎng)度15m,加固寬度9m,隧道兩側(cè)各3m,洞頂3m,入強(qiáng)風(fēng)化1.5m?？组g距1.0

9、 x 1.0m梅花型交錯(cuò)布置。注漿壓力0.5 1.2MPa。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿。減少軟弱地層沉降量。注漿平面圖見圖4-1。圖4-1 房屋外深孔注漿平面圖4.2 淺層注漿房屋基礎(chǔ)加固根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，結(jié)合房屋周邊管線、占地協(xié)調(diào)實(shí)際情況，對(duì)隧道左、右線影響范圍，在具備加固條件的范圍從房屋外墻1.5m2m范圍采用。50?3.5m的袖閥管注漿加固，并預(yù)埋袖閥管，在下穿過程中根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況，及時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿，減少盾構(gòu)施工對(duì)建筑物 的影響。房屋基礎(chǔ)淺層加固平面圖見圖4-2。圖4-2房屋基礎(chǔ)淺層加固平面圖4.3 主動(dòng)換刀根據(jù)詳勘和補(bǔ)堪的地質(zhì)資料，區(qū)間建筑物的地質(zhì)條件復(fù)雜、上軟下硬，為保證安全下穿，

10、在進(jìn)入20#樓前范圍145環(huán)、158160環(huán)分別進(jìn)行帶壓檢查主動(dòng)換刀和設(shè)備檢查維修， 同時(shí)，在右線福明新村 20#、22#樓之間190193環(huán)為下穿22#樓進(jìn)行第二次換刀，換刀點(diǎn) 已加固完成，考慮砂層時(shí)加固效果不易保證，采取帶壓檢查換刀。完成22#樓穿越后到達(dá)接收井前進(jìn)行一次帶壓檢查換刀，計(jì)劃為220環(huán)處，確保盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)入接收井。換刀點(diǎn)布置平面圖見圖 4-3 ?；蕧徔诎墩?、圖4-3換刀點(diǎn)布置平面圖4.4 設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)盾構(gòu)穿越住宅樓前，利用停機(jī)換刀時(shí)間，加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)、門機(jī)、拌合站、電瓶車、冷 卻塔等主要施工設(shè)備進(jìn)行檢修保養(yǎng)，備足備用件，確保盾構(gòu)均勻、快速穿越住宅樓，避免 不必要的故障停機(jī)。5

11、盾構(gòu)掘進(jìn)施工主要施工方法5-1所示:5.1 施工流程根據(jù)住宅樓區(qū)域地質(zhì)條件及本工程盾構(gòu)施工特點(diǎn)，方案施工流程如圖物資啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案或備選方案不可行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整盾構(gòu)設(shè)備檢修盾構(gòu)穿越掘進(jìn)可行J繼續(xù)掘進(jìn)結(jié)束監(jiān)測(cè)布點(diǎn)初始數(shù)據(jù)采集施工監(jiān)測(cè)施工監(jiān)測(cè)二跟蹤監(jiān)測(cè)圖5-1盾構(gòu)穿越福民新村住宅樓段施工流程圖5.2 掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)控制(1)盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整在盾構(gòu)掘進(jìn)至距建筑物 50m前，嚴(yán)格控制、調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，對(duì)地下導(dǎo)線控制點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán) 密復(fù)測(cè)；在盾構(gòu)掘進(jìn)至距建筑物 10m處，對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)和地下導(dǎo)線控制點(diǎn)再次進(jìn)行嚴(yán)密復(fù)測(cè)， 嚴(yán)格平差。對(duì)盾構(gòu)機(jī) MVT導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行校核，以確保盾構(gòu)機(jī)按隧道設(shè)計(jì)軸線方向 順利掘進(jìn)。(2)采取土

12、壓平衡模式施工土倉壓力的確定：盾構(gòu)穿越建筑物段隧道埋深最大22.5m,根據(jù)朗肯定律進(jìn)行計(jì)算，考慮建筑物安全系數(shù)增加 0.2bar 土壓力，盾構(gòu)下穿建筑物時(shí)土倉壓力設(shè)定為2.22.4bar。土倉壓力和出渣量的控制在采取土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)，必須密切關(guān)注土倉壓力的變化，主要通過嚴(yán)格控制掘進(jìn) 速度與出土量關(guān)系，使進(jìn)入土倉土量與出土量之間達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，從而保持土倉壓力 與掌子面之間處于平衡狀態(tài)，保證掌子面的穩(wěn)定。因此在掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)司機(jī)必須密切關(guān)注 土倉壓力的變化，當(dāng)實(shí)際土倉壓力與設(shè)定理論壓力不平衡時(shí)，及時(shí)調(diào)整螺旋機(jī)排土量或泡 沫發(fā)泡率，使切削進(jìn)入土倉土量與出土量之間達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。掘進(jìn)時(shí)每環(huán)出渣量

13、嚴(yán)格 控制在60±2n3,防止因超排土導(dǎo)致地層失穩(wěn)造成沉降。停機(jī)土倉壓力控制為保持土倉壓力，停機(jī)時(shí)主要采用土倉堆積土和適當(dāng)加注膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行保壓，使土 倉壓力不得小于最小設(shè)定壓力值。(3)推力、刀盤轉(zhuǎn)速及掘進(jìn)速度控制為最大程度的降低下穿福民新村施工對(duì)周邊土層的擾動(dòng)以及控制施工震動(dòng)，盾構(gòu)到達(dá) 福民新村八層住宅樓樁基前，根據(jù)實(shí)際施工情況調(diào)整推力和推進(jìn)速度，減小刀具貫入度，控制出土量并時(shí)刻監(jiān)視土倉壓力值，避免較大的地表隆陷。到達(dá)樁基礎(chǔ)前1 環(huán)，進(jìn)一步調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)推力，下穿時(shí)掘進(jìn)推力控制在1500t2000t、刀盤轉(zhuǎn)速1.21.6r/min、貫入度510mm掘進(jìn)速度控制在 620mm/min

14、。下穿階段密切關(guān)注盾構(gòu)各系統(tǒng)參數(shù)使盾構(gòu)快速 平穩(wěn)通過建筑物。（ 4）預(yù)防結(jié)泥餅措施盾構(gòu)機(jī)需穿越5號(hào)粗砂礫石、8號(hào)全微風(fēng)化花崗巖軟硬不均地層，該地層粘性較強(qiáng)。采用土壓平衡模式掘進(jìn)容易產(chǎn)生泥餅，從而導(dǎo)致刀具非正常磨損，降低刀具破巖效率甚至無法掘進(jìn)。在施工過程中嚴(yán)密監(jiān)視渣土的成分變化，預(yù)判前方地層情況，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，同時(shí)關(guān)注渣土流塑狀態(tài)和渣溫變化，防止渣土過干（塌落度2025cm為宜）、渣溫過高（不大于38）形成泥餅。如出現(xiàn)結(jié)泥餅現(xiàn)象，可加大艙壁加水或泡沫用量，使倉內(nèi)渣土符合要求后方可掘進(jìn)。 （ 5）同步注漿與二次注漿 在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格按照“不注漿、不掘進(jìn)”的原則進(jìn)行控制同步注漿，及時(shí)對(duì)管片壁

15、后空隙填充飽滿，減少土層沉降。注漿材料：選用可硬性混合漿液，漿液凝固時(shí)間不大于10h， 28 天抗壓強(qiáng)度不小于2.5MPa。注漿壓力：注漿壓力達(dá)到土倉設(shè)定壓力的1.52倍，即3.55bar。注漿量：每環(huán)同步注漿量為理論注漿量的150%200%, Q=6.5m38.7m3。為保證注漿質(zhì)量，同步注漿量控制在8.5m3以上。二次注漿在盾尾脫出盾構(gòu)機(jī)5環(huán)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，二次注漿壓力一般為0.50.8MPa， 宜采用水泥-水玻璃雙液漿，及時(shí)填充同步注漿由于凝固收縮或注漿不飽滿時(shí)造成的空隙，有效控制地面沉降。 （ 6）刀具配置與維護(hù) 盾構(gòu)施工段地層復(fù)雜，刀具磨損較大，為減小在盾構(gòu)在掘進(jìn)時(shí)在住宅樓底換刀機(jī)

16、率、減少停機(jī)換刀對(duì)穿越地層的擾動(dòng)，在過各住宅樓前先選擇適當(dāng)位置進(jìn)行主動(dòng)刀盤檢查更換。20#樓穿越距離長(zhǎng)，距離下一換刀點(diǎn)約28 環(huán)，巖面較高，大多在一隧道直徑一半以上，超出正常刀具壽命范圍，該地段擬使用全新進(jìn)口優(yōu)質(zhì)刀具。22#樓穿越段巖面較低，在隧道直徑半徑一下，距離下以換刀點(diǎn)長(zhǎng)度約22 環(huán)， 因此邊緣刀具采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)刀具，正面滾刀采用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)刀具。另外，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中加強(qiáng)渣土改良，防止結(jié)泥餅導(dǎo)致刀具偏磨。嚴(yán)格安裝制掘進(jìn)參數(shù)，尤其扭矩和刀盤轉(zhuǎn)速不能過大，防止?jié)L刀刀圈斷裂或刀體變形。發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常應(yīng)及時(shí) 分析原因，必要時(shí)開倉檢查，確保刀具完好。（ 7）施工監(jiān)測(cè)在原施工監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)住宅樓監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行加密

17、，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如5-2 所示，盾構(gòu)穿越時(shí)需24h進(jìn)行監(jiān)測(cè)并及時(shí)發(fā)布，出現(xiàn)異常情況后進(jìn)行加密至每天35次。圖5-2房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面圖(8)主要應(yīng)急準(zhǔn)備工作由于盾構(gòu)穿越住宅樓風(fēng)險(xiǎn)較大，必須做好足夠的應(yīng)急準(zhǔn)備工作。本段施工期成立應(yīng)急 指揮小組，實(shí)時(shí)收集地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)變化，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行控制，如 采取洞內(nèi)多次注漿、加大同步注漿量、進(jìn)行地面跟蹤注漿、人員撤離等各工作，確保人員、 財(cái)產(chǎn)安全。6施工體會(huì)?；蕝^(qū)間右線盾構(gòu)穿越此段住宅樓共計(jì)用時(shí)20d,其中組織帶壓換刀 2次，共用時(shí)8d,盾構(gòu)日平均掘進(jìn) 6環(huán)，實(shí)現(xiàn)了快速、平穩(wěn)穿越了該住宅樓，達(dá)到了預(yù)期施工強(qiáng)度目標(biāo)，盾 構(gòu)穿越期地面沉降量最大值僅9mm未對(duì)建筑物造成任何影響，沒有發(fā)生安全事故。結(jié)合深圳地鐵7號(hào)線施工，在復(fù)雜地層中進(jìn)行盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)，施工體會(huì)如下：(1)盾構(gòu)施工前，應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境調(diào)查和地質(zhì)補(bǔ)勘工作，詳細(xì)掌握