复合式土压平衡盾构下跨建筑地表沉降控制

欧阳垂礼，金 平，高筠涵

(1.中铁四局集团城市轨道交通工程分公司,安徽合肥 230022； 2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031)

1 工程概况

深圳地铁10号线福田口岸站～福民站区间隧道采用复合式土压平衡盾构进行施工，从福民站南端头井始发。区间在ZDK1+800～ZDK1+931段下穿天泽花园天致苑和天雅苑两栋房屋(图1a)，天致苑桩底与盾构顶净距3 m，天雅苑桩底与盾构顶净距2 m[1-3]。此范围线路左、右线的中心线距离为19.89～22 m，区间隧道埋深约22～24 m[4]。根据地质勘探揭示，下穿天泽花园段，地面至隧道掘进范围内的地层分布情况(图1b)，桩基主要位于卵石层中，天致苑房屋下方盾构主要处于中等风化花岗岩以及微风化花岗岩层中，其中微风化花岗岩层最大侵入深度约2 m；天雅苑房屋下方盾构主要处于块状强风化花岗岩以及中等风化花岗岩，还有微风化花岗岩层中，其中微风化花岗岩层最大侵入深度约1.2 m。

2 施工重难点分析

2.1 建筑物沉降控制

盾构下穿的房屋建筑皆为上世纪90年代修筑，年代久远，部分建筑物正位于区间小曲线、大纵坡段线路上，盾构外边线与天泽花园桩基础仅2 m，桩基础位于全风化花岗岩中，盾构施工可能造成桩基及建筑物产生变形及倾斜[5]。

2.2 地质上软下硬

根据地质勘探资料，下穿天泽花园段地质基本为强风化和中等风化花岗岩，且区间在微风化花岗岩中存有基岩突起，这便造成了以下难点：

(1)在经过基岩突起处时，刀具会在软硬临界面承受过大冲击力，使刀具容易发生异常损坏或松动；此区间软土赋有流塑和可塑两类土质，地层软硬不一致，易引起超挖和盾构偏移。

(a)平面

(b)剖面图1 福福区间下穿天泽花园示意

(2)盾构机通过该区域时，刀具的损坏会直接导致换刀次数多，影响掘进速度。且在同样转数时，穿越上软下硬岩层的速度会明显慢于穿越全断面同质土层的速度[6-7]。因此，在相同的里程下，穿越上软下硬的刀盘转数会更多，对地层的扰动相对更大，更容易引起上软层的坍塌，导致地表发生沉降。

3 施工措施

为控制地表沉降，以及盾构时刀具损坏过于频繁，加快穿越速度，施工时采用了一系列措施保障施工安全。

3.1 地表注浆加固

在房屋周边设置注浆孔，孔径约90～110 mm，注浆孔位布置如图2所示。注浆时的钻孔深度约18 m；水灰比1∶1，注浆压力设置为0.3～0.6 MPa。制浆材料采用P.O 42.5水泥，每米水泥参量约150 kg。具体注浆压力根据现场地表沉降监测数据进行调整。在保持注浆压力(≤0.6 MPa)下，并稳压20 min，即可结束注浆。

图2 地表注浆孔位布置示意(图中建筑物四周)

3.2 掘进参数设定

根据现场监测数据进行了地面补充注浆，下穿天泽花园掘进参数设定见表1。

表1 盾构前期掘进参数总结

3.3 盾构姿态

在现场施工时，根据盾构掘进至房屋正下方前一定范围内的管片姿态测量统计数据发现，成形管片上浮和左漂移量大，盾构管片在掘进垂直方上浮了50 mm，在水平方向上相对目标姿态向左偏移了50 mm。因此，在盾构下穿房屋前，提前进行了盾构姿态调整。通过对盾构姿态的缓慢纠正(保证纠偏量控制在3 mm/m以内)，将盾构姿态调整至了合理范围，实现了下穿房屋期间不进行大量盾构姿态纠偏的目的。

3.4 同步注浆

在盾构机下穿建筑物时，考虑到地层含水量高，水压力高，并且脱出盾尾的管片存在建筑空隙，为了形成防水屏障、及时支撑管片周围岩体，防止地层产生过大变形而危及周围环境安全，采用盾构边掘进边注浆方式，通过盾构机自设的同步注浆系统向管片预留注浆孔进行注浆。

3.5 二次补强注浆

由于在同步注浆时可能由于局部不够均匀或浆液固结收缩产生空隙，因此为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时再进行二次补强注浆，进一步填充空隙并形成密实的防水层，同时也达到加强隧道衬砌的目的。

3.6 注入克泥效

盾构刀盘切削时产生的外周空隙通过注入克泥效来充填，因为盾构机呈现锥形，克泥效可抑制盾构机上部土体沉降并提高止水性。到达房屋前，盾构掘进过程中从中盾盾壳处注入克泥效。

4 现场监控及效果

4.1 现场监测点布置

考虑到房屋受盾构下穿的影响可能会产生较大沉降，对天雅苑和天致苑进行了地表监控量测，具体地，在天雅苑附近布设了18个监测点：JGC1-1～JGC1-18 ;在天致苑附近布设了12个监测点：JGC2-1～JGC2-12。具体监测点布置如图3所示。

图3 天雅苑监测点布置

4.2 左线下穿监测数据

天雅苑地表监测点位移如图4所示。监测数据中正值表示该监测点发生了隆起，负值表示该监测点发生了沉降。

从图4(a)、图4(b)中可以看出，监测点JGC1-1～JGC1-8由于距离盾构左线下穿位置相对较远，其受盾构左线施工影响产生的沉降值较小。在盾构机推进至天雅苑下方时(435环),由于刀盘的扰动，房屋开始产生沉降。故在这期间对Y16、Y17等处进行了持续注浆，其沉降值得到了控制，最大沉降增量发生在在监测点JGC1-8，仅为2.1 mm。在盾构机整体穿越天雅苑时(450环)，由于注浆无法及时填充土体与管片间的间隙，从而导致土体产生沉降，但之后进行二次补充注浆和克泥效的注入后，盾构间隙产生的沉降得到了控制。

从图4(c)、图4(d)中可以看出，当盾构机开始穿越天雅苑时(435～450环)，由于监测点JGC1-11～JGC1-18距离盾构下穿位置较近，又由于开挖造成地层损失其受盾构下穿影响导致的沉降较大。最大沉降增量发生在监测点JGC1-16，仅为3.6 mm。当盾构机完全穿过天雅苑时(450环)，掘进至451环时，注浆无法及时填充土体与管片间的间隙，故而在JGC1-17测点累积沉降达到-6.3 mm。在盾构推进至450～455环进行二次补充注浆和克泥效的注入后，盾尾间隙造成的沉降值得到了明显控制。

(a)监测点JGC1-1～JGC1-5

(b)监测点JGC1-6～JGC1-10

(c)监测点JGC1-11～JGC1-15

(d)监测点JGC1-16～JGC1-18图4 天雅苑地表监测数据

5 结论

(1)本工程穿越地层上软下硬，地下水丰富，穿越房屋对沉降敏感。在现场根据实际情况调节泡沫率对渣土进行改良，预先注入(膨润土∶水=1∶5)克泥效和同步注浆等措施，有效克服了地质问题。

(2)房屋距离盾构下穿位置较近处受盾构施工影响较大。在刀盘推进至房屋正下方时，房屋距离盾构隧道较近的部位会产生较大的沉降。在该施工阶段，应预先注浆加固并且根据监测数据及时进行后续注浆加固是行之有效的。

(3)在盾构机推出房屋下方后，由于注浆无法及时填补管片与土体之间的间隙，房屋还会产生一定的沉降。但本工程通过二次补充注浆(水灰比1∶1)及适时(根据监控数据)注入克泥效等手段，有效控制了盾尾通过阶段造成的沉降。