复杂地质盾构隧道下穿建筑物关键技术

摘要：选取某工程出入场线盾构段作为研究对象，分析下穿房屋、隧道和高速公路的特点及主要难点。采用土压平衡施工模式进行掘进，实时监测土压值以保障隧道稳定。介绍同步与二次注浆技术及参数，填充土体缺陷和控制地表沉降。进行多点精密监测对房屋及管线实时监测。研究结果显示，同步、二次注浆联合应用可有效解决土压问题，优于单独注浆。多点监测提高监测准确性和系统性。这些关键技术措施为类似工程提供依据，有助于安全施工管理和下穿建筑工程技术优化与应用。

关键词：隧道下穿施工变形特征关键技术

ResearchontheKeyTechnologyofShieldTunnelingThroughBuildingsinComplexGeology

ZHENYakun

RailTransitBranch，ChinaCommunicationsConstructionCo.，Ltd.，Beijing，100000China

Abstract：Thispaperselectstheshieldsectionoftheaccesslineofaprojectastheresearchobject，andanalyzesthecharacteristicsandmaindifficultiesoftunnelingthroughhouses，tunnelsandexpressways.Itusestheearthpressurebalanceconstructionmodeforexcavation，andmonitorsearthpressurevalueinrealtimetoensurethestabilityofthetunnel.Itintroducessynchronousandsecondarygroutingtechnologiesandparameters，fillsoildefectsandcontrolsurfacesettlement.Itconductsmulti-pointprecisionmonitoringtomonitorhousesandpipelinesinrealtime.Researchresultsshowthatthecombinedapplicationofsynchronousandsecondarygroutingcaneffectivelysolveearthpressureproblem，whichisbetterthanindividualgrouting，andthatmulti-pointmonitoringimprovestheaccuracyandsystematizationofmonitoring.Thesekeytechnicalmeasuresprovidethebasisforsimilarprojects，andcontributetosafeconstructionmanagementandtheoptimizationandapplicationoftunnelingconstructionengineeringtechnology.

KeyWords：Tunnel；Tunnelingconstruction；Deformationbehaviour；Keytechnologies

盾构施工技术在城市地下工程中广泛使用，随着城市轨道交通和市政工程的发展，对下穿现有建筑物的需求增多。下穿结构距离较近且地层复杂，增加了工程施工难度和安全隐患。

白倩倩[1]采用型钢支撑、预备注浆和同步二次注浆，全天候实时监测，保证了交叉路口下穿盾构隧道和地下过街通道的结构安全和地面沉降控制。秦帅[2]通过三维差分法模拟研究地铁盾构下穿既有隧道的变形规律。金康[3]建立模型计算分析表明通过控制土压、及时注浆可有效控制高速路基变形和沉降。吴广磊等[4]以天津某地铁项目为例，探讨了盾构下穿建筑物时地表沉降变形的分析和控制对策。杨博等[5]通过某市地铁五号线项目的三维模拟和实测分析，研究了盾构下穿多栋建筑物时的建筑变形规律和有效控制措施。张斌等[6]针对南通地铁1号线盾构下穿森大蒂花苑老旧居民区，通过监测和数值模拟发现合理的土压力、注浆和衬砌措施可减小地表沉降。

1工程概况

某工程的盾构段隧道下穿一隧道和高速公路，线间距为9～12m。平面线形从盾构接收井往西南偏西方向延伸，左线由1个半径350m和2个半径250m的平面曲线及夹直线组成，右线由1个半径400m和2个半径250m的平面曲线及夹直线组成。

2工程难点与风险分析

2.1下穿房屋概况

区间右线下穿一食堂及海关楼，食堂为2层框架结构，隧道埋深约14.5m，穿越地层为淤泥质黏性土、砾砂及卵石，覆土为淤泥质黏性土、素填土。海关楼为4层框架结构，隧道埋深17m，穿越地层为淤泥质黏性土、粉质黏土、圆砾及全风化花岗岩，覆土为淤泥质黏性土及素填土。

区间左线侧穿一管理局，房屋为7层框架结构，隧道埋深14.5m，穿越地层为淤泥质黏性土、卵石及全风化的花岗岩，覆土为淤泥质黏性土及素填土。

2.2下穿隧道概况

隧道为矩形框架结构，基础为直径550mm预应力管桩，平均桩长30m。区间隧道与该隧道22根桩基冲突，采用盾构机直接截桩通过。

下穿段区间隧道埋深约10.5m，距该隧道承台基础底约6.2m，地铁隧道及桩基所处地层依次为素填土、淤泥、淤泥质黏性土、粉质黏土。

2.3下穿高速公路概况

区间隧道下穿高速公路，隧道顶距路面净距8.5～9.5m，盾构穿越段地质为淤泥质黏性土，隧顶覆土为淤泥及素填土。

2.4主要工程难点

2.4.1下穿房屋的难点

房屋基础情况不明确，年代久远的海关楼和管理局建筑基础资料难以获取。隧道与房屋距离较近，土体受影响范围大，尤其海关楼仅距隧道1.9m。穿越地层为黏性土层，易发生不可逆变形，给排水和排土带来困难。

2.4.2下穿现有隧道的难点

截断22根直径550mm、长30m的预应力钢桩，需研究有效的桩截断方案控制应力释放；两者埋深相近，需精准掌控隧道位置以防突变淹没地铁隧道；淤泥质黏性土层强度差，难以用堰门隔断水土交替影响。

2.4.3下穿高速公路的难点

高速公路施工安全管理困难，隧道顶部距路面仅8.5～9.5m，易影响路面结构。淤泥质黏土层导致地表隆起，增加道路使用影响。

2.4.4多下穿结构增加整体难度

存在三种下穿类型结构，工程难度增加。

3关键技术措施

3.1控制掘进参数

根据隧道地层实际情况和技术总结，采用土压平衡掘进模式，严格控制掘进参数，总结出适合各地层的掘进参数。盾构通过建筑物和其他风险源时，对沉降或隆起非常敏感，土仓压力应适中，不可过高或过低。

3.2土压控制

根据土压平衡工况的特点，确定和保持合理的土仓压力是关键。因此，在确定掘进参数时，应以土仓压力为基准，并制定掘进控制程序以维持土仓压力稳定。

3.2.1土仓压力值的计算

采用近似上覆土重理论分段进行土压力计算。设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P1，则

式（1）中：γ为土的加权平均重度；

h为刀盘中心至地表的垂直距离。

设土仓压力值为P，则

式（2）中：K为土的侧向静止土压力系数；

P2为附加荷载，取20kPa

3.2.2实际土压力取值

根据不同地层分类计算，并视地表监测结果进行调整。具体见表1。

3.3同步注浆

3.3.1注浆目的

在盾构施工中，管片衬砌后的注浆工序至关重要，主要目的如下。

• 填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，控制地表沉降。
• 注浆后的浆液形成首道防水屏障，增强隧道的防水能力。
• 提供管片早期稳定性，与周围岩体融为一体，有助于控制盾构掘进方向和确保隧道最终稳定。

3.3.2注浆方式和特点

采用边掘进边注浆的方法，填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，防止地层过度变形对环境的威胁。使用盾构机自身的同步注浆系统，采用双泵四管路对称注浆，确保注浆与盾构尾部建筑空隙同时进行。

3.4二次注浆

3.4.1注浆目的

通过同步注浆填充盾尾建筑空隙，但可能出现局部不均匀或因浆液固结收缩而产生空隙。为提高背衬注浆层防水性和密实度，可进行二次注浆，填补空隙形成紧密防水层，同时加强隧道衬砌。

3.4.2注浆方式和特点

在同步注浆有不足时，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，填补未注浆部分和体积减小部分，减少后期沉降和管片上浮，降低隧道防水压力。

4安全监控与管理

4.1监测目标与内容

监测的目的是保证建筑物的结构稳定、使用安全，并保护周围环境，避免沉降和倾斜。盾构施工应根据监测数据进行信息化施工。

4.2监测项目与警戒值

（1）建筑物沉降、倾斜警戒值：沉降差报警值取沉降限值的70%，建筑物倾斜报警值取0.002。

（2）裂缝开展宽度：对于建筑物既有裂缝，每天发展不超过0.1mm；对于工程施工引起的新裂缝，发现后即做报警处理并随时监测。

（3）根据规范设计要求，管线监测报警控制值为-10～+2mm。

4.3监测点布设与方法

根据实际情况，监测主要包括地面和房屋段基础沉降。地下管线沉降可与地表沉降水准监测共用基点和工作基点。布置原则如下。

• 重点布设在煤气管、给水管、污水管、大型雨水管及市政管线上，考虑与工程相对位置关系。
• 宜布置在管线接头处或对位移变化敏感的部位。
• 有特殊要求的布置管线管顶测点，无特殊要求的布置在管线上方对应地表监测点处。

在管线附近的地表埋设观测点，采用窖井或钻孔形式，穿透路面结构层，深入管线下方土层。测点应加保护盖，孔径不小于150mm。沉降监测测点应平整埋设，不影响通行，稳固且清晰标记。

4.4监测频率与数据处理

盾构机机头前后20m范围每天监测1～2次，50m范围内每两天监测1次，50m范围之外每周监测1次。异常情况下增加监测频率和范围，每2～4h监测1次。盾构机通过20m后，如测点沉降变化仍较大，每天监测2次。每天沉降小于2mm后，每天监测1次，连续监测1周。沉降基本稳定后，每两天监测1次，连续监测1个月或直到沉降稳定。及时处理和整理内业资料，提交监测报告。分析同一监测点数据趋势，及时发现问题和调整监测频率。

5结语

本研究以某隧道下穿建筑为例，探讨相关关键技术措施。使用同步和二次注浆技术有效解决土压问题，优于传统单独注浆方法。提出了多点实时监测技术，相较传统方法更准确系统。研究结果为类似工程提供参考，为解决下穿建筑安全问题提供了技术支撑，对优化施工管理和技术措施具有重要意义，扩展了相关工程实践。

参考文献：

• 白倩倩.盾构隧道近距离下穿过街通道施工技术[J].国防交通工程与技术，2024，22（1）：61-64，23.

[2]秦帅，黄杰，陈雾航.地铁盾构区间隧道近接下穿既有隧道影响研究[J].科技创新与应用，2024，14（1）：83-87，92.

[3]金康.盾构隧道下穿高速公路路基变形特征及控制研究[J].交通科技与管理，2023，4（22）：53-55，48.

[4]吴广磊，温良涛.盾构施工下穿既有建筑物沉降变形分析与控制[J].散装水泥，2023（5）：101-103，106.

• 杨博，潘东峰，王婷，等.地铁隧道盾构连续下（侧）穿不同基础形式建（构）筑物变形影响分析及应对措施建议[J].测绘与空间地理信息，2023，46（7）：194-196，200.

[6]张斌，王瑞，汪优.南通地铁盾构下穿既有建筑诱发基础沉降分析[J].土木与环境工程学报（中英文），2023，45（3）：24-33.