盾构下穿敏感建筑物监理技术研究

喻正国

[铁四院（湖北）工程监理咨询有限公司，湖北 武汉430061]

0 引言

在城市化进程不断加速的背景下，地下空间的开发和利用日益重要，而盾构作为一种先进的地下隧道施工技术，被广泛应用于城市交通、供水、排水等基础设施建设中。但是，盾构下穿敏感建筑物的工程施工往往面临着巨大的挑战。敏感建筑物的保护、施工质量以及监测控制等问题，都需要精确应用监理技术，以确保工程施工顺利进行并保障其质量可靠。

1 工程概况

某轨道交通项目建设长度为4563.291m，区间线路出车站后向南前行，侧穿京广铁路客运专线，下穿东湖后向东偏转，大角度下（侧）穿多座铁路高架桥（京广高铁高架桥、武汉普客联络线下行高架桥、滠武线上下行高架桥）、多处铁路路基（武汉普客联络线上行、动车组走行右线、动车组走行左线）及三环线路基后，继续向东下穿大量民房、仓库等建筑物，过青化路后向南偏转下穿厂房、武东编组站后向东偏转沿武东路进入武东站。线路平面最小曲线半径500m，线间距约10～32.4m。该区间纵断面线路采用“W”形坡，线路最大纵坡为23.518‰，结构覆土厚度约11.5～30.4m。该项目需要穿越7 路线，是当地重要的地下交通项目，对于改善道路交通运行以及交通状况有着重要的意义。

工程地质：线路所在地段均属剥蚀堆积垄岗区（长江Ⅲ级阶地）。地面高程一般在20.2～38.6m 之间，最大高差约18.4m，线路高程由北向南呈增大趋势，地形整体较为平坦。隧道主要位于（10-1）粉质黏土、（13-1）残积土、（13-3）残积土、（15a-1）强风化泥质粉砂岩、（15a-2）中风化泥质粉砂岩。

2 盾构下穿敏感建筑物监理技术

2.1 管片设计监理

在轨道交通施工区域的下方进行管片衬砌的设计和施工是一项关键的工程环节，需要监理人员充分把握各项技术要求，以确保结构的安全和性能符合工程标准的要求。

第一，监理应确保管片的设计符合工程的具体要求，这包括对地下交通隧道的负荷、使用条件和环境特点进行全面掌握，确保管片的设计能够满足这些需求。监理需要检查设计图纸，包括管片的尺寸、厚度、强度等技术参数，以确保其符合规范和标准。此外，监理还需要确保管片的设计考虑地下水位、地下岩层、土壤条件等因素，防止日后出现渗水、渗透或地质灾害等问题。

第二，监理需要密切关注管片的材料选择和质量控制。监理应确保所选用的材料符合相关规范和标准，并且具有必要的质量认证。此外，监理需要检查管片材料的质量检测报告，以确保其性能和强度满足设计要求。监理还需要监督材料的储存和运输，以确保在施工过程中不会受到污染或损坏。

第三，监理要关注管片的配筋布置。监理需要检查配筋图纸，确保钢筋的种类、规格和数量符合设计要求。特别是需要关注管片的受力部位，如梁、墙等，确保其有足够的钢筋配备，以满足承载和抗震要求。监理还需要确保钢筋的安装质量，包括钢筋的间距、嵌入深度和固定方式等，以防止在施工过程中出现质量问题[1]。

2.2 盾构下穿风险分析及评估

为保证盾构施工过程中的风险管理，确保现场监理人员熟悉各个潜在风险环境因素的具体位置，监理部门需要组织人员对盾构下穿施工进行风险分析和评估。根据风险评估的结果，监理人员应按照相应的风险控制措施向工程人员做专门的风险说明，特别强调沿线的潜在风险环境点位和对这些环境点位的穿越风险[2]。

2.3 设置盾构下穿试验段，总结技术储备

在盾构下穿工程中，监理需要合理设置试验段以总结技术储备。

首先，应根据工程的具体情况选择合适的位置，通常选取工程难度相对较低的区域，以降低风险。

其次，监理团队要确保试验段的尺寸、地质条件、地下水位等要素与实际工程相符，以保证试验的可比性。在试验段施工中，监理需密切关注施工工艺、机械设备的性能、材料质量等关键因素，确保其符合工程要求。同时，监理人员应对施工过程中的问题和挑战进行及时记录和分析，并提出改进建议。

最后，监理要求承包商充分配合，提供必要的技术资料和数据，以便进行综合评估和总结技术储备的工作。

2.4 微型钻孔灌注桩施工监理控制

在进行微型钻孔灌注桩施工前，监理人员需负责指导设计人员进行试成孔操作，通常需要进行至少2个以上的试成孔操作。该步骤的目的是核对地质资料是否符合要求，同时审查施工设备和施工工艺是否满足现场实际需求。监理人员在检测过程中，需着重关注孔径、垂直度、孔壁稳定性以及回淤等方面的情况。如果发现任何不符合要求的情况，需迅速组织技术人员进行整改处理。

2.4.1 钻机就位

在具体施工环节，当工作平台搭设完成，便可以开始进行钻机的安装工作。首先，需要将钻机移动至指定位置，确保钻机的转盘中心与护筒中心完美对齐。这一步骤至关重要，因为钻机的准确对正直接影响着后续工作的顺利进行。在此过程中，起吊钻头设备是必不可少的，其主要作用是确保钻机与桩位之间的对准准确无误，以保证误差不会超出设计方案规定的范围。

按照目前的技术标准，桩位的偏差应该控制在20mm 以内，而垂直度误差则不能超过1%，只有在这些要求得到满足的情况下，钻孔才能被认为是合格的。在钻机就位后，必须确保钻机的底盘处于水平状态。监理人员将对钻机的各项参数进行仔细检查，以确保其达到设计要求。只有当钻机的状态完全符合要求时，方可开始进行钻孔作业。对于需要进行斜桩成孔的情况，需要采用特殊的方法，通常是通过使用钻机脚板进行垫高。这样可以确保钻孔的倾斜度能够达到设计要求，从而满足工程的需要。这一过程需要特别小心和精确，以确保斜桩成孔的质量和精度[3]。

2.4.2 成孔及清孔

需要监理人员全程参与监督和指导，综合考虑现场的地质条件，采用适宜的方法进行施工。根据具体情况，选择干式成孔或者采用泥浆护壁循环成孔的方式。此外，监理人员应确保高压水枪的压力和流量在合适范围内，以有效清除掉盾构机前方的土壤和岩石。

同时，监理要密切关注清孔过程中产生的沉渣，确保它们被有效处理和清除，以避免堵塞和影响盾构机正常推进。监理还需要检查清孔工作是否符合环保要求，包括废水排放的处理和处理液的储存等方面，确保施工过程对环境没有负面影响。此外，监理要时刻关注清孔工作的安全，确保操作人员采取适当的安全措施，减少意外事件的发生。

2.4.3 安放加筋材料及回填石料

在该工程中，主要采用钢筋、钢管或其他型钢制作加筋材料，并将它们设置于微型钻孔中。为确保工程质量符合要求，监理人员需要密切与技术人员合作，以确保加筋材料的选择和应用符合工程规范。在这个过程中，监理人员需要引导技术人员严格控制碎石粒径，以满足微型桩的施工标准，通常要求粒径不超过微型桩直径的1/10，这可以有效避免粒径过大导致卡滞等问题。完成钻孔后，回填石料是一个关键环节，但也容易出现缩径、塌孔等问题。为掌握这些潜在问题，监理人员需要现场督促施工人员加快加筋材料的吊放速度，并缩短注浆时间，以避免可能导致结构损坏的情况[4]。

2.5 盾构下穿铁路应急控制监理

为确保盾构机下穿铁路的安全，监理部需要采取一系列措施，包括对应急物资、人员落实情况进行检查确认，并与项目部、应急人员合作，对现场进行查勘，同时进行相关人员的监理工作交底，以应对可能出现的突发情况。

第一，监理部需要查验下穿铁路所需的应急物资是否已经充分落实。这些物资包括但不限于紧急救援设备、防护用具等，确保在发生紧急情况时能够迅速投入使用，降低事故的影响。

第二，要求项目部及安全监理、现场监理人员在盾构机穿越期间加强巡视，以保证能够第一时间发现任何异常现象，如地面冒浆等。通过密切监测现场情况，可以及时采取措施来避免事故的发生。

第三，建议项目部与铁路维护单位建立畅通的联系机制，确保在发现任何异常情况时，能够迅速组织人员进行抢险。这种协作机制将有助于更快地解决潜在的问题，降低事故风险。

第四，要求所有人员和所需物资都要在工地附近储备，并能够在接到通知后的短时间内（例如15min内）到达现场开展作业。这确保在发生紧急情况时，能够迅速动员人员和物资，采取必要的措施。

第五，监理部还应要求盾构机厂家对铰接螺旋机闸口进行安全检查，并出具检查记录，以确保其正常运行。这一步骤有助于预防机械故障，确保盾构机能够顺利穿越铁路。

3 盾构下穿敏感建筑物监理控制要点

3.1 盾构机的选定和施工方案的制订优化

监理人员应与设计单位和施工方合作，针对地质特点考察和选配盾构机，该段大多穿越泥岩段，应选择直径6.9m 的土压平衡盾构机进行掘进，根据工期及场地要求，采取两端始发同向掘进的四台盾构机进行施工。制订详细的盾构下穿敏感建筑物的施工方案，包括施工的时间节点、施工方法、控制参数等内容。在制订方案时，应根据敏感建筑物的结构特点、地质情况和周边环境，选择合适的施工方法和控制策略，以确保施工安全。在该工程中，监理人员对盾构方案提出的近十条审查意见均在过程中得到实施，起到很好的控制作用。

3.2 实时监测系统建设

因铁路部门规定不允许外部单位进入线内，该项目只能获取铁路部门监测结果。为更加直观及时掌握铁路变形情况，监理部要求施工单位采取周边变形观测和轨道间地表监测的方法，根据实时监测系统采集的数据，进行分析和判断。倘若监测数据超出安全范围，监理人员应及时发出预警。下穿铁路临近段每5m 设置一道监测断面，监测段共计11 处，区间掘进期间，每间隔6h 进行一次监测。此处节选左线隧道正上方监测点进行统计，具体监测数据显示，单点累计最大沉降均在2.0mm 以内。

监理人员应确保在施工现场安装完备的实时监测系统和监测设备，包括地面沉降、振动、变形等多方面。这些设备能够实时采集数据，并通过数据分析判断是否出现异常情况，为及时调整施工参数和措施提供依据[5]。

3.3 控制施工参数

盾构下穿铁路最佳施工参数如下，土仓压力：1.85～2.05bar（路基段+0.2bar）；注浆量及注浆压力：6～6.5m3（每4 环补浆）；油缸伸长：平均1950mm，出土平均5 斗半，每班每环渣重平均120±6t；掘进速度：50±10mm/min。

监理人员应对盾构施工参数进行严格控制，包括刀盘推进速度、推力、注浆压力等。合理控制参数能够减小对敏感建筑物的影响，避免出现过大的地面沉降或振动。

3.4 实时数据分析

为能够更加准确掌握现场情况，确保盾构下穿铁路施工平稳安全，监理人员需24h 对盾构主要参数、每斗出土方量（精确到0.1m3）、掘进时间、同步注浆方量、盾卫间隙等数据进行旁站登记。根据现场实际施工情况及数据汇总分析，个别下穿点位变形极大是由同步注浆补浆及二次注浆过于集中造成，其中779 环注浆约1.33m3、781环补浆约1m3、782环注浆约1.3m3，最后通过及时的补浆作业控制管片上浮及地面变形，起到很好的控制作用。

4 结语

总之，在盾构下穿敏感建筑物的工程施工过程中，监理人员的严格履职是基础要素，丰富扎实的监理技术对盾构的顺利掘进和应用至关重要。通过精确的监测、控制手段，能够确保盾构上部敏感建筑物的结构安全，有效避免因施工而引发的损害风险。今后，在类似工程开展时，监理人员还要不断创新监理、做好监理方案优化，为盾构下穿敏感建筑物的工程施工提供安全监管方案，确保工程能稳定开展。