盾构区间下穿老旧住宅楼的对应措施及沉降分析

张全秀刘成伟

（1.石家庄市轨道交通有限责任公司，河北石家庄050000;2.中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津300300）

随着轨道交通网络在城市布局中越来越密，盾构下穿既有住宅小区的情况也越来越多。鉴于很多住宅小区比较老旧，抵抗变形的能力较弱，因此，通过采取必要的措施减少盾构对建筑物的影响显得尤为重要。

1 工程概况

石家庄市城市轨道交通2号线一期工程东三教站-东岗头站区间采用盾构法施工，区间下穿平安小区、红楼商场及装潢厂宿舍共10栋50年代至80年代的住宅小区及商场，下穿长度约245m。大部分建筑物为条形基础，无圈梁、结构柱等抗变形结构，经过专业鉴定机构鉴定，多数建筑物为Du级（危险级），下穿安全风险最大。

本区间纵断面呈“V”形坡，隧道顶距建筑物基础净约15.5～16.5m，拱部地层为粉细砂，地下水位位于盾构管片以下。

图1 区间平面图

2 盾构采取的针对性措施

为了减少东三教站-东岗头站区间盾构掘进对下穿的平安小区、红楼商场及装潢厂宿舍的影响，最大限度地降低施工风险，保证建筑物的安全，本区间在洞内和洞外除常规措施外还采取了一些针对性的措施。

2.1 对建筑物基础进行预埋注浆管

对盾构掘进过程中可能导致建筑物出现较大变形的情况，作为应急预案，在建筑物基础下方预埋48×4mm袖阀管。对建筑物沉降、倾斜及裂缝进行监测，根据监测结果确定是否对建筑物地基进行注浆，若测得变形速率超过规定值，则对建筑物周边1m及基础下5m范围进行注浆加固，袖阀管水平间距为1m，浆液采用水泥浆，注浆压力为0.4～0.8MPa。

下穿前一个月，对建筑物进行详细调查并拍照，对裂缝等外观做好记录；下穿过程中，对建筑物进行不间断巡视。

2.2 设置试验段

为了保证盾构能够顺利下穿建筑物段，根据地质及水文条件，在下穿建筑物前，选取与风险源相似的地层作为试验段，本区间左、右线均设置120m长的试验段，参考其他工地相似地层的施工参数，初步确定试验段的掘进参数，并根据地表沉降和施工参数的曲线关系，进行数据总结。掘进过程中须严格按照要求的掘进速度均衡匀速，过程中加强监测信息联动，严格控制好掘进速度、出土量、土仓压力、同步注浆量等参数，根据地面监测结果，采取二次注浆及跟踪补注浆等辅助措施，减少地表隆沉，减小盾构施工对地面建筑物的影响。

（1）通过试验段，收集盾构机在粉细砂地层中的各种施工参数，总结出适应粉细砂④1层和粉质黏土⑤1层的最优盾构掘进参数，确保盾构施工安全、快速掘进和对环境的影响最小。

（2）利用试验段的各种监测数据分析总结粉细砂地层的沉降变化规律，为后续盾构通过风险源提供预测分析，尽量减少对周围环境的影响。

（3）通过在试验段掘进过程中的数据采集与分析处理，确定最合理的掘进参数、泥浆特性参数等施工指标对周围环境影响的范围及大小，为穿越风险源积累经验，保障其安全。

（4）盾构掘进施工全过程须严格受控。工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。盾构机操作人员须严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，控制每次纠偏量，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。

2.3 采用克泥效工法

克泥效工法是将高浓度的泥水材料与塑强调整剂（即水玻璃）两种液体分别以配管压送到指定位置，再将此两种液体以适当比例混合成高黏度塑性胶化体后，再通过径向孔注入的一种新型工法。克泥效工法可以很好地解决盾构施工过程中第3阶段的沉降（盾壳与开挖土体之间的空隙产生的沉降），在盾构掘进过程中，同步进行克泥效浆液的注入，使盾壳与土体填充密实，且减小盾壳与土体的摩擦，减少对土体的扰动。

为了减少盾构推进对土体的扰动，减少建筑物的变形，该区间试验段和下穿建筑物段落均采用克泥效工法。克泥效配比为：水玻璃=20:1，克泥效用量为400kg/m3，水玻璃波美比Be40，比重为1.38～1.39。施工时同步由盾构机的径向孔随推进同步每环向盾构机的盾体外注入克泥效，及时填充开挖直径和盾体之间的空隙，同时控制注入压力和注入量；地面同步监测地面的沉降，及时调整。

3 建筑物沉降监测方案

由于盾构下穿的10栋建筑物均为50年代至80年代的老旧住宅小区及商场，且部分建筑物被鉴定为Du级（危险级），因此,对建筑物变形极为敏感，若出现较大变形，可能直接影响建筑物的安全。为了掌握盾构推进过程中建筑物的动态，需要全程对其进行监控。盾构下穿期间，除了对建筑物进行全天候巡视外，还应对建筑物的沉降、差异沉降及倾斜进行监测。

对建筑物沉降监测点布置应能明显反应建筑物变形的竖向结构上，且便于观测和保护。

（1）布置范围为盾构埋深45°角范围内。

（2）建筑物的四角，沿建筑物每10m处或者每隔2～3根柱基上。

（3）变形缝或者开裂处两侧。

考虑到下穿建筑物年代久远，各项变形控制值均从严要求，其中沉降控制值为15mm，沉降速率控制值为2mm/d；监测时间段为盾构靠近前30m，盾尾拖出后50m范围内。当沉降值和沉降速率均超过监控量测控制值的70%或二者之一超过控制值的85%时，进行黄色预警；当沉降值和沉降速率均超过监控量测控制值的85%或二者之一超过控制值的100%时，进行橙色预警；当沉降值和沉降速率均超过监控量测控制值的100%或实测变化速率出现急剧增长时，进行红色预警。

4 建筑物沉降监测结果分析

目前，该区间左右线均已顺利洞通，未出现一次预警。根据监测反馈的信息，所有建筑物的沉降值大部分在0～4mm之间，拱顶的沉降点也在2～4mm之间，远低于沉降要求的控制指标；相较于本区间的标准段落，拱顶大部分地表沉降值在5～8mm之间，下穿平安小区、红楼商场及装潢厂宿舍段落的建筑物变形得到很好的控制。表1是其中一栋建筑物所有监测点在盾构下穿过程中的时间和沉降值。东三教站-东岗头站盾构区间顺利下穿老旧小区和商场，未对建筑物造成大的影响，更未影响建筑物的安全，也验证了该段采取的施工措施是合理可行的。当盾构遇到复杂环境时，根据实际情况采取有针对性的措施非常重要，该工程的成功也为后续类似工程积累了宝贵经验。

表1 8号建筑物测点与沉降值