超浅覆土大直径盾构近距离侧穿古建筑隔离防护技术研究

中图分类号：U455.43DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2205-5640-7623

作者简介：王德平（1969—），男，本科，高级工程师，主要从事高速公路、城市道路建设及养护管理等工作。

摘要：随着城市化进程的加快，中心城市规模不断扩大，以盾构法下穿历史文化保护区的工程不断增加。以桐泾路北延工程为背景，介绍了大直径泥水盾构浅覆土穿越古文物建筑施工的防护措施：盾构掘进前，对保护古文物建筑采取钢花管注浆加固的处理方式，对盾构机进行适用性改造;掘进过程中，采取掘进参数合理设置、盾构姿态动态调整、克泥效应用等措施;掘进后，对二次注浆压力采取精准控制措施。通过施工全过程对古文物建筑的防护，确保了浅覆土条件下大直径盾构的顺利穿越。

关键词：大直径盾构  浅覆土  古文物建筑  注浆加固

Research on Isolation and Protection Technology of Ultra-Shallow Overburden Large-Diameter Shield Tunnel Through Ancient Buildings at Short Distance

WANG  Deping

（Suzhou  Jiaotou  Planning ， Design  and Construction  Management  Co.，  Ltd.，  Suzhou，  Jiangsu Province，  215007  China）

Abstract： With the acceleration of urbanization， the scale of the central city is expanding， and the number of projects penetrating the historical and cultural reserves by shield tunneling is increasing.  Taking the north extension project of Tongjing road as the background， this paper introduces the protective measures for the construction of large-diameter slurry shield through ancient cultural buildings with shallow soil cover： before the shield tunneling， the treatment method of steel flower pipe grouting reinforcement is adopted for the ancient cultural buildings， and the applicability transformation of the shield machine is carried out; In the process of tunneling， measures such as reasonable setting of tunneling parameters， dynamic adjustment of shield posture， and application of mud control efficiency are taken; After tunneling， precise control measures shall be taken for the secondary grouting pressure.  Through the protection of the ancient cultural relic building in the whole construction process， the smooth passage of large diameter shield under the condition of shallow soil cover is ensured.

Key Words： Large  diameter   shield;  Shallow  overburden;  Antique  architecture;  Grouting  reinforcement

因盾構施工具有安全性高、对地面交通影响小、受气候变化干扰小及对周边构筑物扰动小等优点，目前在城市地铁隧道中得到大量的应用^[1]。但由于城市空间的局限性和地下隧道的功能要求，其穿越路线往往涉及人口稠密、建筑物密集地区，不可避免会遇到穿越建（构）筑物的情况^[2-5]。此时，不仅要考虑盾构隧道自身的安全性及稳定性，同时还要保证盾构隧道掘进施工过程中周围建（构）筑物的安全，尤其对于历史古建筑。我国古代木结构建筑因结构独特、做工精致、格调典雅、文化底蕴深厚，在世界建筑发展史上占据着重要地位。木结构建筑中的榫头部位截面相对较小，是结构中最脆弱的部分，极易发生破坏。因此，在盾构穿越木结构建筑过程中，需要严格控制土体卸荷开挖引起的地表沉降，必要时对古建筑采取预防加固措施予以保护^[6-9]。

结合苏州桐泾路北延工程，针对大直径泥水盾构旅游景区浅覆土下穿古文物建筑赦建报恩禅寺施工技术开展研究，以期降低盾构施工对古建筑的不利影响，为类似工程提供借鉴。

1 工程概述

1.1 工程简介

苏州桐泾路北延工程起于西塘河南岸，向南采用隧道上跨苏州轨道交通6号线清塘路地铁站，下穿清塘路、山塘河、沪宁城际铁路、京沪既有铁路、北环快速路，终点位于西园路与现状桐泾北路交叉口。道路全长约2067.267m。道路等级为城市主干路，道路红线宽度39～66m，设计时速60km/h。

本标段为桐泾路北延工程TJL-SG1标段。本标段起于清塘路南侧，终点位于西园路与现状桐泾北路交叉口。本标段道路实施长度约1753.267m。万顺楼至北环快速路区段，采用泥水平衡式盾构法施工，长度490m，盾构外径13.25m。如图1所示，盾构右线隧道侧穿敕建报恩禅寺，隧道边线距报恩禅寺约10.7m，隧道埋深约10.2m。盾构隧道管片外径、内径分别为12.05m、13.25m，每环2m宽。

1.2 地质条件

如图2所示，本工程地层主要以素填土①、黏土②、粉质粘土②、粉土③、粉砂③、黏土⑤为主;隧道盾构段依次穿越地层主要以黏土②、粉质黏土②、粉土③、粉砂③、粉质黏土④、黏土⑤为主;北侧工作井地层自上而下依次为杂填土①、素填土①、黏土②、粉质黏土②、粉土③、粉砂③为主。盾构隧道穿越区域上部覆土主要以素填土、粘土、粉质粘土、粉砂地层为主，隧道断面内地层主要为③层粉土、③层粉砂、④层粉质黏土、⑤层黏土。左线埋深6.47～12.59m，右线埋深6.47～13.15m，埋深均不足一倍洞径。含水层顶板埋深约25～38m，富水性及透水性中等。

1.3 古建筑物现状

如图3所示，苏州敕建报恩禅寺位于山塘街，是清代康熙十三子怡贤亲王祠（乾隆十三年诏赐“敕建报恩禅寺”，俗称“十三阿哥行宫”），为市控制保护建筑。现保存之山门，临街面河，为砖砌三楼一拱门牌坊式样翼以八字砖墙，雄伟壮观。怡亲王允祥，贤是谥号。与雍正最为友善，竭心辅助，总理户部。薨后，雍正大为悲恸，并“诏奉天（沈阳）、直隶（北京）、江南（苏州）、浙江（杭州）各为王立祠”，为皇亲國戚中“振古未有之荣”。

2 盾构穿越赦建报恩禅寺的风险分析

盾构穿越时，右线隧道边线距报恩禅寺约10.7m，隧道埋深约10.2m。盾构穿越赦建报恩禅寺的风险主要存在以下两个方面：一是在盾构机推进施工中刀盘对土体的扰动力极大，很容易对周围土体土层造成影响或破坏;二是盾构推进完成后进行的二次注浆，会对土体土层造成影响或破坏。在下穿古文物建筑赦建报恩禅寺时，盾构机姿态和注浆压力控制不当，极易引文物建筑地层破坏严重，造成地面裂缝、坍塌破坏文物建筑造成不可挽回的历史文化损失及经济损失等严重后果。

3 穿越赦建报恩禅寺准备工作

3.1 盾构机适用性改造

盾构机型号为DZ288由铁建重工生产的间接控制式泥水平衡盾构机，由于本工程的地质条件及施工特点，中铁十四局集团和铁建重工集团联合研制盾构机并对其优化改造。其中，刀盘开口率达到41%;主驱动增加2台250kW驱动电机;为应对粉砂层及黏性土层，为提高掘进施工效率，升级改造了盾构机的气垫仓内冲刷系统;新增克泥效注入设备，目的在于精确控制地表沉降、快速填充盾体外围空隙。

3.2 加固处理措施

3.2.1 定制钢花管

厂家预先定制钢花管，钢花管的尖端制成尖头圆锥形，尾部焊接有8mm的钢筋环，每10～20cm钻一次管壁。孔的直径为6～8mm，尾部长度不小于50cm作为不钻孔的止浆段。加工三角支架安装钢花管，钢花管焊接过程中需临时固定牢固，钢管的尾端露出足够的长度。如图4所示，根据施工图，测量员在开挖面上准确标记小管的孔位置。使用气动钻进行钻孔，钻头直径比设计的管道直径大20mm以上钻孔偏差应不大于5cm，并且钻孔深度应大于钢花管的长度。

3.2.2 注浆

注浆浆液采用水灰比为1：1的水泥浆，使用KBY-50注浆泵注入水泥浆，在注浆之前，施工5～10cm厚的混凝土以密封工作面，形成注浆板。在注浆之前，冲洗管道中的沉积物，然后从下往上进行。单孔注浆压力达到设计要求值，注浆持续10分钟，注浆速度为初始注浆速度的1/4或注浆量达到设计注浆量的80%以上。主要注浆参数为：注浆压力0.5～2.0MPa，浆料初始凝结时：1～2min，采用普通硅酸盐水泥和中细砂。

为确保下穿赦建报恩禅寺及段落周边建（构）筑物结构的安全稳定，对盾构段右线K1+232.3-K1+392段采取径向注浆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆：水玻璃=1：1（体积比）;水泥浆水灰比W/C=1：1。注浆压力：0.5～1.0MPa，根据现场试验确定最佳注浆量及注浆压力。施工过程中应加强监测，严禁注浆区范围内地表隆起及构造物、管线的破坏，根据监测结果实时调整注浆速度和注浆量。盾构在注浆前应对浆液进行详细的配比及注浆试验，选定合适的浆液配比及注浆量，保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标符合《注浆技术规程》（YS/T 5211-2018）等相关规范要求及其他设计施工要求，以确保浆液注射的最佳效果。

3.2.3 加固施工测量检测

为确保盾构穿越安全，在穿越过程中，对赦建报恩禅寺及周边既有房屋建筑沉降和差异沉降、道路及地表沉降进行监测。对盾构机隧道管片结构竖向位移和净空收敛进行监测，并根据检测结果及时调整掘进参数，满足地表沉降差控制值15mm，顶部水平位移控制值10mm，承重结构最高处水平振动值0.2mm/s的要求。根据检测制定的方案提前布点，采取原始数据，根据要求在施工过程中进行实时检测，如发现异常采取相应制定的措施进行整改确保文物建筑不被损坏。

4 冠梁现浇加固及破除恢复

4.1 冠梁现浇加固

注浆完成后的钢花管顶部以冠梁链接加固范围为赦建报恩禅寺基础两侧3m内。如图5所示，冠梁为现浇梁，梁的纵向主筋为20抗震螺纹钢，横向筋为14抗震螺纹钢，箍筋为12的圆钢，拉钩为10的圆钢。按设计要求先对钢筋进行加工，然后运至施工区域安装绑扎，最后使用C30标号混凝土进行浇筑。

4.2 冠梁破除恢复

破除恢复采用空压机风镐人工破除，在盾构机推进安全穿越后，进行冠梁破除，破除部分为现浇的所有混凝土。破除完成后，覆盖原始渣土，恢复场地原始地貌，并进行场地移交。最后设备及人员材料退场。

5 结语

依托工程中，大直径盾构浅覆土下穿赦建报恩禅寺的建设条件复杂、风险大、社会关注度高。为确保顺利穿越，本文通过对古文物建筑采用施工全过程防护措施：盾构掘进前，对保护古文物建筑采取钢花管注浆加固的处理方式，对盾构机进行适用性改造;掘进过程中，采取掘进参数合理设置、盾构姿态动态调整、克泥效应用等措施;掘进后，对二次注浆压力采取精准控制措施。工程效果表明，采用上述技术有效保障了浅覆土条件下大直径盾构顺利穿越古文物建筑。

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