福州地铁盾构穿越密集棚户区施工技术

江治宇

(福州市城市地铁有限责任公司 福建福州 350025)

引 言

福州1号线达道站～上藤站区间线路出达道站后沿达江路往南走行。上藤站～竖井段隧道上行线里程SK14+108.133至SK13+898.830(209.303m)，下行线里程XK14+108.133至XK13+885.570总长220m，棚户区隧道边线两侧25m影响区范围内共有约100栋房屋，其中混凝土结构楼房约11栋，砖结构房屋9栋，砖木结构房屋约80栋。混凝土结构楼房为条形基础，房屋情况较好，风险较小;砖、木结构房屋基础主要为砖石基础，年代较久，大多已破败不堪，房屋分布如(图1)所示。棚户区段地质情况，从上至下主要为，杂填土层、粘土层、强风化岩层，隧道覆盖厚度约为15～20m，盾构穿越地层主要为散体状强风化花岗岩少部分残积土。隧道穿越段地下水含水层介质、水动力特征及其赋存条件，场地范围内与工程有关的地下水主要为松散类孔隙潜水、孔隙承压水及基岩裂隙水。

为减少因房屋受盾构影响产生民事纠纷的事情发生。地铁公司项目部采取了房屋现状鉴定、壁后注浆、地面监测几种措施，最终盾构顺利通过该区域，以下笔者就与大家分享该区域盾构施工的部分经验。

1 房屋鉴定

在盾构通过该段房屋之前，首先对盾构通过区域一定范围内的房屋进行房屋现状鉴定。房屋现状鉴定的目的是了解盾构施工对周边民宅造成影响情况。鉴定方法是对指定的周边民宅进行动工前的裂损检测及施工完毕后的裂损检测，根据施工前后两次的裂损检测结果，评估地铁施工对民宅造成的影响。鉴于地下施工对周边影响有个衰减范围，经过各方论证，本次鉴定房屋的范围为棚户区隧道边线两侧25m影响区范围，该范围内共有约100栋房屋，其中混凝土结构楼房约11栋，砖结构房屋9栋，砖木结构房屋约80栋。混凝土结构楼房为条形基础，房屋情况较好;砖、木结构房屋年代较久，大多已破败不堪，个别明显倾斜，存在较大破坏风险。由于所检房屋均在使用中，因此除非住户特别要求，对构件的裂损检测仅限于粉刷层表面。鉴定内容包括房屋建筑概况、结构形式，对受检房屋的所有裂损进行文字记录，包括裂缝位置、长度、最大裂缝宽度或损伤情况并拍照。另外对受检房屋进行典型裂缝检测，挑选二条裂缝，进行详细检测，测绘裂缝分布位置、裂缝起止位置、特定位置的裂缝宽度并于裂缝处标注记号，以供后续监测或施工完成后的二次检测对比使用。通过盾构前房屋鉴定，地铁公司基本掌握了地面房屋结构现状，为一旦出现险情导致民事纠纷取得了原始依据。

图1 房屋与隧道关系示意图

2 壁后注浆

壁后注浆包括同步注浆，同步注浆与盾构掘进同时进行，是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，同步注浆是控制地表沉降、管片上浮和管片错台的重要措施。同步注浆一般为四组对称分布，掘进过程中应按照对角选择两组注浆孔位进行压注浆液，并交叉进行确保浆液注入地层的均匀性。注浆材料具备以下性质:不发生材料离析、不丧失流动性、注浆后的体积变化小且尽早达道围岩强度以上、水密性好。本次穿越棚户区采用可硬性浆液，考虑到水泥的水化反映非常缓慢，为此本次注浆同时加入水玻璃作为速凝剂以加快浆液的凝固时间。同步注浆压力要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压与土压力之和，做到尽量填补空隙而不会劈裂。注浆压力如果过大，管壁外面土层将会被浆液扰动而造成地表隆起，浅埋地段还容易造成跑浆;而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不饱满，会使地表沉降增大，本次同步注浆压力比相应静止水压与土压力之和要大0.4MPa。本次同步注浆根据理论计算，单环管片 和围岩土体间的施工空隙体积为3.34m3，按以往施工经验，要达到较好的填充效果，至少应保证注浆量在120% ～180%之间，即每环注浆量在4.01～6.01m3之间，本区间岩体中裂隙发育剧烈，注浆量可取理论间隙值的150%，即5m3/环，盾构通过以后实践证明，该措施基本取得了良好效果，盾构推进时候，盾构机穿过地表上方极少产生超出报警值的沉降或者隆起。

3 二次壁后注双液浆

盾构在掘进过程中，为有效控制地面沉降，防止管片上浮及隧道渗漏等情况，应及时对管片进行二次壁后注浆工作，以提高同步注浆的效果，补充部分未充填的空腔，提高管片背后土体的密实度。二次注浆的位置一般选择在脱离盾尾之后的管片，出于对盾尾及刀盘的保护一般选择在盾构台车之后或离盾尾更远的距离进行，其注浆的孔位一般根据隧道的后期沉降或隧道渗漏点进行确定，无确定的执行标准。二次注浆充填时间滞后于掘进一定的时间，对围岩起到加固和止水的作用。本次注浆材料采用双液浆 ，盾构穿过地表有棚户区的地段，经过理论计算与实践论证采取整个区间隧道管片每隔5环注一环全断面双液浆形成环箍。注浆范围为管片全断面外扩1.5m，二次注浆过程中以注浆压力控制，注浆压力一般为0.3～0.5MPa，同时要防止压力过高对地层的过大扰动。实践证明在盾构机通过棚户区后，将近两个月内，地表沉降未能超过警戒值，充分肯定了二次注浆的良好效果。是否有必要增加我司将在后续继续委托第三方对该处地段的沉降进行跟踪监测。

4 土仓压力控制

图2 地表沉降与土仓压力关系

本次穿过上藤棚户区地段，大部分是风化岩石地段，同时存在32m的残积土层地段，该段地面稳定性相对较差，盾构施工时必须控制好盾构土仓压力。土仓压力大小与掌子面稳定性密切相关，当土仓压力较小时，掌子面很容易坍塌失稳，造成水土流失过多，导致地面沉降发生。关于土仓压力与地表变形的关系，西南交大曾经做过相关实验，设定前方水压力0.2MPa，土压力0.12MPa，当土仓压力增长至0.3MPa时，此时土仓压力与掌子面前方的水土压力相当接近，地层变形明显较小，地表只有很小的变形。当土仓压力变为0.4MPa时，此时由于土仓压力大于掌子面前方水土压力，地表出现了微弱隆起。土仓压力为0时，地表沉降最大，如(图2)所示。本次盾构穿过风化岩区域，有土层自稳能力较好，土仓压力很小，基本为0.1Mpa，而穿过残积土地层经过多次论证实践，采取略低于水土压力和取值，约0.2MPa，最终盾构过程中刀盘部位地面未发生严重沉降或隆起现象。

5 工程监测

工程监测是贯穿整个盾构施工的另一关键措施，通过监测可以及时掌握地表及建筑物的变形情况，一旦发生险情，为采取相应的补救措施提供了强有力的保证。本区间盾构棚户区段地面房屋均老式木结构和砖瓦结构为主，并为群体式，监测难度大;由于房屋密集、布局杂乱影响，监测通视线路狭窄，大部分区域需多次转点。受棚户区的实际情况影响，其中约一半监测点位于房屋下部，无法进行布点，由于盾构通过之前已经对房屋进行现状鉴定，而现场房屋大部分状况较差，因此现场仅仅对部分相对较好的房屋进行了房屋倾斜监测。

本次监测内容包括:

(1)地表隆降，监测的目的是预测施工引起地表和土体变形，根据地表变形发展趋势和周围建筑物情况，决定是否需要采取保护措施.盾构正常掘进时监测频率为2次/天，根据施工情况加强监测频率。

(2)周围建(构)筑物沉降监测，点位埋设选用建筑物原有测点;新布测点主要设立在房角、承重墙、立柱上。

(3)隧道拱顶沉降监测。

本次监测成果有日监测、周监测、月监测、累计监测。限于篇幅要求，以下列出盾构穿过后一个月的累计沉降数据，如(表1):

从表中可以看出，本监测周期中，SDC09、SDC12周变化量大，SDC12累积量最大其他数据周变化量、月变化量及累计变化量均不大。纵观各项观测数据，其延续性一致，表明观测所用仪器工具性能良好，基准点稳定。在本观测周期内，各项观测技术指标均达到国家规范要求，成果可靠。另外通过对部分房屋倾斜数据分析，房屋倾斜变形处于规范要求范围之内，表明房屋基本未受盾构通过影响。

表1 过棚户区监测数据

本文介绍了在地铁区间穿过区域上部存在房屋的情况下，尽可能采取盾构法穿越，盾构法穿越相对爆破法震动小，对上部房屋结构影响较小。在选择盾构法穿越地上结构之后，为了尽量减少地面沉降或隆起导致房屋破坏，本文提出控制土仓压力、同步注浆以及二次注浆、工程监控监测、对房屋事先的现状鉴定等主要的措施。通过以上措施，盾构机顺利穿过了棚户区域，并未产生重大超预警沉降，保障了地铁的有序施工，也保护了周边居民房屋的安全。

[1]卢金岳.福州地铁1号线达道－上藤区间勘察报告[R].浙江省工程勘察院.2010.1.

[2]鲍绥意.盾构技术理论与实践[M].中国建筑工业出版社.2012.5.

[3]王士民.福州地铁越江盾构隧道科研进展报告[R].西南交通大学.2014.12.