关于盾构在粉土中连续下穿新老旧密集建筑物的沉降控制

刘志明 吉晋荣 章菁

摘 要：以杭州地铁1号线富春路站至秋涛路站至城站站区间盾构工程为例，本文针对盾构在粉土中连续下穿新老旧密集建筑物的沉降控制进行了分析，同时介绍了盾构施工期间的沉降控制措施，从而希望能够对新老旧密集建筑物的沉降进行有效的控制。

关键词：盾构隧道；建筑物；施工措施

引 言

现在城市地铁公共交通模式出现了可靠、安全、高速以及容量大的特点，因此很多城市为了缓解日趋紧张的城市交通问题，都将地铁公共交通模式作为了首选模式。城市地铁建设现在开始逐渐的深入，因此无法避免地铁隧道在密集建筑物下通过，比如杭州地铁1号线富春路站至秋涛路站至城站需要穿越大片街坊、贴沙河、铁路、杭州火车站、高架候车室、铁道综合大楼等建筑物，所以必须要对建筑物沉降进行正确的预测，从而能够采取相应的有效措施，最终使地铁隧道在密集建筑物下通过时的施工安全得到确保。

1 工程概况

富春路站～秋涛路站（桩号K9+022.70～K9+662.84）设计使用年限为100年，区间隧道左线长673.815m，右线长580.315m，双线全长1254.13；最小坡度為2‰，最大坡度为13.994‰，最小埋深12.744m，最大埋深为19.712m。需要穿越大片街坊、贴沙河、铁路、杭州火车站、高架候车室、铁道综合大楼等建筑物。富春路站～秋涛路站上部埋深19.7m内除浅表层填土外为冲海相的粉土、粉砂，淤泥质粉质粘土厚度略大，第12层圆砾埋深较浅，顶板标高-29～-22m；秋涛路站～城站站上部埋深20.8m内除浅表层填土为外冲海相的粉土、粉砂，淤泥质粉质粘土厚度薄，圆砾埋深略深，其顶板标高-35.8～-36.4m。

2 盾构施工对周围环境影响的分析和预测

2.1 盾构推进施工技术引起地面沉降的主要因素

（1）盾构推进的时候造成的地层损失，其中会有多种因素导致地表沉降，主要包括开挖工作面土体移动、盾构后退、土体挤入管片与盾构之间的建筑空隙、盾构施工中改变推进方向、管片的变形和隧道的沉降；

（2）受扰动土的再固结：首先，由于孔隙水压力在地层因土体中发生变化产生排水固结变形最终导致地面出现了沉降的现象；其次，土体在受到较大的扰动之后，就会有持续很长时间的压缩变形出现在土体骨架当中，在这个土体蠕变过程当中就会出现地面沉降。

2.2 地基土对隧道掘进的影响

由于软硬不同土性地层存在于掘进过程当中，因此非常容易出现盾构偏离、排土过多以及软弱层超挖等各种因素导致的地面下沉和；由于淤泥质和粉质粘土土质为高含水，所以其土体结构非常容易在外动力作用下受到破坏，骤然降低了土体强度，导致出现开挖面失稳的情况。与此同时，由于土层具有较强的粘性，所以容易导致出现盾构设备或管道堵塞的情况。

2.3 地表沉降的预测

盾构施工中引起的地表沉降，可用派克（peck）法估算。即假定盾构施工引起的地表沉降是在不排水情况下发生的，所以沉降槽的体积应等于地层损失的体积，地面沉降量的横向分布估算公式为：

3 盾构施工的沉降控制措施

针对秋涛路站～城站站区间盾构连续下穿157幢新老旧民房时，对盾构施工的沉降进行了实时跟踪监测，有关监测工作中采取的相关措施如下：

3.1 监测点位的布设

由于建筑物较为密集，按照常规的布点思路，导致许多地面轴线监测点、剖面监测点无法布设，我们本着能够使地面沉降在盾构掘进施工时安全受控，同时还能量化的地表变形值反应出来，实际中遵照了以下方法执行：

（1）当隧道下穿房屋时，建筑物各个角点布设沉降监测点，同时在隧道穿入房屋位置以及穿出房屋位置的地面上布设沉降监测点，在房屋以外的空地区域均按照每五环一个监测点，每30m一个监测点断面布设，当监测断面点遇至障碍物时，在影响范围内距离适当调整。

（2）由于房屋的密集以及房屋类型的多样化导致部分布设好的监测点不具备观测条件。据现场踏勘，有的房角连正常进出通道都没有，在这种情况下，在保证建筑物安全受控为前提下，根据现场条件实时机动布点。

3.2 增加监测频率

施工前所得初始数据为三次观测平均植，以保证原始数据的准确性。在盾构穿越期间每隔四小时进行跟踪测量。待盾构穿越后，沉降趋于稳定时，逐渐减少监测次数，并恢复正常监测，待地面沉降稳定后方可停止监测。

在盾构穿越期间，有专职人员昼夜对需控制的建筑物进行沉降监测，及时观察结构的变形情况。采取先进的通讯手段，每一次测量成果都及时汇报给施工技术部门，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域管路变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，使推进施工面及时作相应调整，最后通过监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保建筑物安全和隧道施工质量。

在盾构穿越楼房后，后期沉降仍会对房屋的安全造成不利的影响，因此必须持续对房屋的沉降、倾斜进行跟踪监测，并根据变化量，及时对相应位置进行二次注浆，有效降低房屋的后期沉降，直至楼房沉降趋于稳定。

3.3 盾构施工期间辅助措施

因为盾构下穿前沉降预测值都在有效的控制值范围中，因此不用实施建筑物加固措施，要想对地层损失率进行有效的控制，只需要利用一定的施工辅助措施就可以对建筑物沉降进行有效的控制。在盾构施工的过程中主要采取了以下几方面的辅助措施：

（1）首先在穿越建筑物的时候，需要保证不宜过慢或者过快的盾构推进速度，如果过快的话，很容易由于较大的土压和较大的推理导致四周的土体受到影响，最终引起较大的建筑物沉降；如果太慢的话很容出现超挖的现象，而且很难及时的跟进同步注浆量，最终引起较大的建筑物沉降。

（2）将管片占有体积以及盾构机理论开挖量作为根据，针对注浆量进行计算，通过对注浆量的控制实现对盾构施工的沉降控制。

（3）在穿越建筑物的时候，应该保证在20mm以内的盾构姿态正负控制，并且要控制在10mm以内的前后差值，一旦出现较大的变差，就容易出现超挖的现象，最终使沉降不断的加大。

（4）在穿越建筑物的时候，必须要加强对盾构的监测工作，在盾构穿越之前每天进行3次监测，在盾构穿越时与穿越后五环之内需要保证每天进行3次到4次的监测，在盾构通过之后，如果出现小于1mm/d的变形量，就可以适当的减少为每周进行2次监测，直到确保建筑物的沉降得到有效的控制。

3.4 盾构施工期间建筑物沉降情况

秋涛路至城站站区间盾构推进参数约为：总推力为1571KN，推进速度为2.7cm/min，土仓压力为0.25MPa，注浆量为7.0方，同步注浆压力约0.45MPa。以下截取了秋涛路至城站站区间右线下穿建筑物时的相关施工掘进参数的曲线图和建筑物變化速率曲线图：

在以上参数情况下，汇总建筑物沉降监测数据，受影响最大单体建筑物为下沉有-14.2mm，地铁沿线中最大单点沉降值为-22.2mm，以下为各建筑物监测点累计变化曲线图：

从上图可以看出，沉降变化分布很不均匀，在F26至F36建筑物之间、F75至F88之间以及F122附近产生明显的沉降盆，根据当时的施工工况，结合隧道沿线的地质情况，可以得出，由于掘进过程中出现过偶尔漏浆、盾构机停机时间过长等现象导致而成地层损失，进而导致地表建筑物沉降较为明显。在盾构推进过后，我们对所有建筑物进行了为期6个月的后续监测，根据监测数据表明，所有建筑物监测点均已经稳定，至2011年11月30日，所有监测点的变化速率均小于0.04mm/d。

4 结 语

本文以杭州地铁1号线富春路站至秋涛路站至城站站区间盾构工程为例，介绍了关于盾构在粉土中连续下穿新老旧密集建筑物的沉降控制，可以通过针对盾构施工的沉降进行严密的监测，并且在盾构施工期间采取一定的辅助措施，最终对盾构施工中建筑物的沉降进行有效的控制。

参考文献

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