盾构长距离小半径曲线穿越平房区施工分析

李楠楠

(中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300222)

盾构是目前我国地铁工程施工中常用的方法，和明挖、暗挖等地铁工程施工技术相比，盾构施工可实现地铁隧道开挖、支护、管片安装、衬砌等同时操作。可大幅度提升施工效率，缩短施工工期。但在具体施工中经常需要穿越一级风险工程，如平房区、加油站区、管线区域等，任何一个细节控制不当，都会引起较大的安全隐患和事故。因此，需要调整施工方案，以保证施工质量和效率。多数情况下，盾构隧道都是沿着道路下规划的，但也有部分需要穿越上部建筑物，此时，盾构在掘进过程中，就会对周围土体造成较大的扰动和流失，引起地面下沉，破坏上部建筑物。影响土体扰动程度的因素包括推进速度、出土量、注浆控制效果等。盾构长距离小半径曲线施工中，对土体造成的扰动比较大，更易引起沉降问题，上部构筑物存在较大风险。为降低对原有地基及基础造成的扰动，保证施工任务能够顺利完成，本文以北京地铁17号线工程为例，结合盾构长距离小半径曲线穿越平房区的地铁施工项目，对盾构掘进施工中出现的问题进行总结分析。

1 工程概述

北京地铁17号线工程在十里河—潘家园区间(简称：十—潘区间)里程K16+812～K17+305范围内最小半径曲线320.0 m平行下穿平房区，平房区为层数6层以下砖混结构。区间结构最小垂直距离为16.5 m，穿越粉细砂、细中砂、粉质黏土层。盾构掘进应坚持“控制扰动，安全、连续、快速均衡通过”的原则[1]，杜绝在通过房屋时停机。尽量减少盾构施工过程中的地层变形对房屋的影响，通过控制盾构掘进参数、注浆参数来减少对地层的扰动。盾构下穿平房区平面位置如图1所示。

图1 盾构下穿平房区平面位置示意图

2 施工总体方案设计

为保证施工质量，降低对既有平房造成的影响，在施工方案设计之前，先进行了全方位的地质勘查和实地走访调查，获得了十—潘区间里程段隧道埋设、地质情况和下穿风险工程之间的空间关系，提出相应的施工指导方案，可简单概括为“安全、连续、快速、均衡通过”，并确定施工原则为“压力合理、防范失水、快速掘进、严密监测、快速反馈”。通过加强监测，控制好盾构机的掘进参数等，可有效保证盾构施工影响一级风险工程范围内的交通安全。同时在通过一级风险工程区之前，做好停机检查、维修保养盾构机等相关工作，以保证盾构机处于良好的运行状态，安全、顺利、连续、均衡地通过一级风险工程区。

3 盾构试验段施工

按照穿越10～50环试验段的情况，为最大限度降低对平房区一级风险工程造成的不良影响，本工程在盾构穿越平房区之前，选择长度为50 m的路段里程作为试验段。在试验段中每道工序都遵循一级风险工程的规定要求施工，且依据类似工程经验指导试验段施工。在整个试验段施工中，需要注重对盾构掘进状态、出渣量、地表沉降数据的检查和记录，作为调整盾构穿越平房区参与调整的主要依据，以保证盾构姿态、掘进参数、出渣量、注浆量、注浆压力、脱出盾尾及径向二次补浆效果等全部符合施工要求。通过对记录数据的分析，总结出在平房区地层施工中的最佳掘进参数，从而更加科学合理地指导和掌握一级风险工程的盾构施工，以保证平房区的地铁施工任务能够顺利完成[2]。

4 盾构长距离小半径曲线平行下穿平房区

4.1 做好房屋保护

4.1.1 做好观测工作

平房区属于典型的一级风险工程区，在盾构长距离小半径曲线穿越平房区时，需要做好房屋保护工作，对房屋的结构特点、地表沉降、附近管线情况等进行全面查询，一旦发现问题及时向项目部进行汇报。在案例工程施工中，为及时、准确地掌握盾构长距离小半径曲线穿越平房区时对房屋沉降造成的影响，布置了很多沉降观测点，沿既有建筑沿线布设垂直沉降观测点、裂缝观测点[3]。同时按照地铁沿线建筑物基础形式和地铁隧道之间的对应关系和技术规范，确定最大的沉降量和沉降差的警戒值。

4.1.2 小半径曲线段严格控制盾构纠偏量

盾构长距离小半径曲线段中需要严格控制盾构的纠偏量，以便在正面沉降良好的情况下，完成穿越平房区的施工任务，严格控制盾构姿态变化量和变化的频率。在正常推进时不应急纠偏和猛纠偏，以降低对周围土体造成的扰动程度。此外，还要严格控制同步注浆和壁后二次注浆质量，同步注浆量应在盾尾间隙的150%～180%之间，按照房屋沉降监测反馈的数据，及时采取处理措施，调整浆液配合比和注浆量，保证压浆工序的施工质量，从而将屋面沉降控制到最小范围中，保证施工质量[4]。本工程施工中采取的预偏方式如图2所示。

图2 预偏示意图

4.1.3 控制同步注浆及壁后二次注浆质量

施工前对拌浆工进行技术交底，严格按照浆液配比进行浆液拌制。采用同步自动注浆，保证浆液匀速、均匀、连续地压注，防止推进尚未结束而注浆停止情况的发生。在盾构掘进过程中根据地表影响范围内房屋监测反馈数据，必要时采取盾尾后3～5环进行壁后二次注浆以控制房屋后期沉降，壁后每隔1环进行二次补浆，注浆材料为双液浆。

4.2 盾构掘进中的控制

就案例工程而言，穿越的平房区为典型的一级风险工程区，存在很多不确定的风险。为保证施工质量和安全性，降低对平房区造成的影响和扰动，在盾构掘进中需要做好控制措施，可从以下4个方面同时入手：

一是盾构在穿越平房区之前，不能急于求成，要停机检修，保证盾构机各构件和性能都处于良好状态，再一次性通过[5]。

二是做好小半径曲线盾构状态控制，盾构在穿越平房区前，需要对各个测量控制点进行复核校正，保证盾构水平控制不超过100 mm/环，垂直控制在5 mm/环左右，具体的掘进参数控制如表1所示。

表1 盾构掘进参数控制

图3 盾构掘进中的控制

四是加强施工监测对盾构穿越施工进行全过程监测，变形控制标准：平房区周边地面沉降量≤15 mm、隆起量≤5 mm、最大变形速率≤1 mm/d、倾斜控制值≤0.002。盾构刀盘与平房区域的水平距离表示为L。L≤20 m时，监测频率为1～2次/d；20 m

4.3 地表滞后沉降控制

在盾构长距离小半径曲线穿越平房区的地铁施工中，地表滞后沉降控制是重中之重，为提升控制效果，需要结合滞后沉降的成因选择有针对性的控制措施。在盾构施工中以前地表沉降的因素包括：1)出土量太大，每阶段螺旋输送机出土量大于对应的推进距离；2)发生了喷涌问题；3)注浆量不足，无法填充上盾构推进之后形成的空隙。针对这3种原因，可采取如下技术措施：

1)对每环出土总量核查是否超出限制，特殊情况下，适当加大检查频率。应急措施为：迅速关闭螺旋输送机，停止出土，分析成因，采取减少出土推进和停止出土的方法。

2)对可能发生喷涌的地段，需先对土仓下部进行气压疏水操作，并加强渣土改良力度，以提升其和易性。应急措施：立即关闭螺旋输送机，停止出土，分析成因。先用气压疏水，如效果较差，及时改良土仓下部的聚合物[7]。

3)保证同步注浆量≥4.43 m3，且注浆压力>1.0～3.0 Pa。应急措施：立即停止盾构掘进，在保证压力达标的情况下，加大同步注浆量，及时对脱出盾尾的管片进行二次注浆填充。具体地表滞后沉降控制如图4所示。

图4 地表滞后沉降控制

在具体的注浆施工中需要严格控制注浆量，案例工程在盾构施工中，盾构机的直径比管片圆环直径大，所以管片在脱离盾尾之后会和周围土体之间存在一定的空隙，该空隙大小的理论值计算公式为：

(1)

式中：D为盾构的外径，m；d为管片的外径，m；lG为管片的长度，m。在进行同步注浆中，浆液在填充该空隙时也会渗透到周围的土体上，所以所注浆量应该还包括渗入土体的量。其计算公式为：

V′=β·V。

(2)

式中：β表示注浆量调整系数，这和土体的性质、注浆压力、浆体材料等密切相关[8]。每环压入量应为建筑空隙的130%～180%，本工程同步注浆量≥4.43 m3，满足施工要求。

4.4 施工效果分析

在盾构施工中，经采用盾构长距离小半径曲线穿越平房区施工方法，在施工之前进行全方位勘察，结合周围地质情况，并加强对穿越平房的保护力度。在施工中密切关注上部平房的情况，合理调整盾构推进参数。经检测平房区周边地面沉降量≤15 mm、隆起量≤5 mm、最大变形速率≤1 mm/d、倾斜控制值≤0.002。各数据均满足施工要求，有效保证了施工安全和施工质量，值得类似工程参考借鉴。

5 结语

综上，结合工程实践分析了盾构长距离小半径曲线穿越平房区的地铁施工要点，结果表明：平房区属于典型的一级风险工程区域，在地铁施工中，如果需要穿越平房区，可采取盾构长距离小半径曲线穿越施工技术。但在具体施工中，需要加大管理力度和质量控制力度，在进行盾构水平或垂直纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。因此在盾构机进入一级风险工程影响范围之前，将盾构机调整到良好的姿态，并保持良好姿态穿越平房区。在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进，最快不大于80 mm/min；盾构纠偏不可过大、过频，控制每环纠偏量≤5 mm(垂直、水平)，以减少盾构施工对地层的扰动影响。严格按照相关规范和标准进行施工，才能最大限度上保证地铁施工质量，避免对既有平房造成影响，从而获得更大的效益。