復雜地層中盾構穿越8層住宅樓關鍵施工技術

1、復雜地層中盾構穿越 8層住宅樓關鍵施工技術王少鵬馮宏朝摘 要 近年來，隨著我國城市化建設的快速發(fā)展，城市地鐵工程建設越來越多，由于考慮車站 選擇，盾構隧道線路常存在下穿既有建筑物的特殊情況，當?shù)刭|條件惡劣或建筑物結構難以滿足施 工要求時，一般設計采用人員臨遷或建筑物拆遷來降低施工風險。本文依托深圳地鐵七號線（福民 站皇崗口岸區(qū)間右線）的盾構在上軟下硬復雜地層中穿越8層住宅樓段施工，詳細介紹了盾構在施工過程中采取的各項技術措施，安全穿越住宅樓，為類似工程施工提供借鑒經驗。關鍵詞 復雜地層盾構住宅樓施工技術1工程簡介深圳地鐵7號線7304-1標福民站至皇崗口岸站區(qū)間位于深圳市福田區(qū)，區(qū)間左線全長6

2、75.684m,右線全長 672.305m。區(qū)間在右線 DK18+678.0DK18+788.0 和左線 DK18+710.0 DK18+770.0段，下穿福民新村 20#、21#、22糊口 23#住宅樓，其中右線下穿20#、22#,側穿21#、23#住宅樓，左線下穿 21#、22#,側穿20#住宅樓，福民新村 4棟房屋與隧道平面關 系，區(qū)間隧道埋深在19.823.6m之間，區(qū)間平面位置如圖1-1。穿越建筑物段線路平面最小曲線半徑為400m,坡度為24.36%。，采用復合式土壓平衡盾構機進行施工?；蕧徔诎墩?、圖1-1房屋與隧道平面圖四棟房屋基礎均為自由落錘打入式灌注樁，樁長16m,樁尖位于圓礫

3、土層，單樁容許承載力為60噸，完成樁徑為 480mm樁頂才f筋用614,埋入樁內長度11500mm外露長 度560mm樁頂設有承臺。福民新村四棟房屋與隧道斷面位系如圖1-2圖1-5。圖1-2 延哺屋與隆道位罡斷面圖圖1T.揖房屋室道位置斷面圖圖1-5 2然房屋與陶B位荔斷面圖2工程地質與水文本區(qū)間范圍內上覆第四系人工堆積層（Q4mD、海積層（Q4n）、沖洪積層（Q4al+pl及Q3 al+pl ）、殘積層（Qel）,下伏燕山期花崗巖（丫 53）。下穿福民新村四棟房屋位置及房屋基礎地質情況如圖2-1 :圖2-1隧道下穿建筑位置地質斷面圖該段盾構掘進掌子面地層主要為微風化花崗巖、強風化花崗巖、礫砂

4、、礫質粘性土，隧道以上覆土層由上至下依次為5.106.25m素填土，3.205.30m淤泥質黏土、 3.204.30m中砂層、2.407.20m礫砂層。穿越地層的巖石特性如下：（1）素填土：褐黃、褐紅、青灰等色，稍濕，松散稍密。主要成份為黏性土，混砂礫，局部夾碎塊石，碎石粒徑2100mm（ 2）淤泥質粘土：淤泥質黏土：灰黑、深灰色，飽和，流塑，味臭，主要成分為黏性土，含少量貝殼、細砂及有機質。（ 3）中砂：灰白、深灰色，飽和，松散狀態(tài)，級配不良，主要成分為石英，含少量有 機質。（ 4） 淤泥質黏土：深灰、 灰黑色，飽和， 軟塑， 含腐殖質，局部夾有腐木及植物根系，具異味，易污手及黏手。（5）礫

5、砂：淺灰、灰白色，飽和，稍密中密狀態(tài)，級配良好，主要成分為石英，局部含黏性土。（6）礫質黏性土：褐紅、褐黃、灰白色，可塑硬塑。由粗?；◢弾r風化殘積形成。（ 7）強風化花崗巖：褐黃、褐紅色，巖體呈砂土狀，局部呈砂土狀夾塊狀，碎塊手可 掰斷。（8）中等風化花崗巖：淺肉紅、灰白等色，巖體呈碎塊塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育。巖芯 較破碎，巖石質量等級為V級。根據(jù)臨時場地試驗資料，巖石飽和單軸抗壓強度最小值為 7.1MPa,最大值為 65MPa平均值為 27.3 MPa。（ 9） 微風化花崗巖：淺肉紅、灰白等色，巖體呈碎塊、塊狀、 巨塊狀， 節(jié)理裂隙發(fā)育。巖芯較破碎，巖石質量等級為IV級。巖石飽和單軸抗壓強度最小

6、值為22.4MPa,最大值為140 MPa,平均值為 68.3 MPa。深圳市的氣候屬亞熱帶季風氣候，熱量豐富，日照時間長，雨量充沛。地下水含量豐富，按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水。地下水位位于隧道以上19.121.30m處。3 施工重難點分析3.1 控制沉降，確保建筑物安全是的重點也是難點住宅樓為八層框架結構，建筑物荷載較大，沉降變形控制尤為重要。在盾構下穿過程中，勢必引起對隧道上部富水粗砂層和礫石層的擾動、水位下降，造造成地表出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象，進一步加劇樁基及上部結構的沉降或引起上部建筑物結構損傷。3.2 設定適當掘進參數(shù)和刀具磨損管理是核心也是難點線路穿越福民新村四棟房屋范圍洞身

7、地層從上到下主要為粗砂和礫石（厚13m不等）、強風化花崗巖（厚 04m不等）、中風化花崗巖和微風化花崗巖（厚 04m不等），屬 于上軟下硬的復合地層，且樁基距離隧道上部距離較近，盾構掘進過程中將加劇刀具磨損，縮短刀具使用壽命。如何進行合理設定的盾構掘進參數(shù)，保護好刀盤、刀具，防止發(fā)生非 正常磨損。3.3 預防結泥餅是本工程的重點在穿越福民新村八層住宅樓時，盾構機須在510粗砂、512礫石、8強微風化地層中掘進，該地層水崩解后粘性大，刀盤、土倉容易產生泥餅，從而導致無法掘進， 需開倉處理。開倉期間容易引起地層失水、沉降，樓房裂縫及沉降加大。因此，盾構掘進 防泥餅是本工程的重點。3.4 出土量與注

8、漿量控制是本工程的重點也是難點盾構穿越建筑物時的出土量控制非常重要，尤其在上軟下硬地層中，下部巖石堅硬，上部土層較軟，砂土流動性高，易發(fā)生坍塌涌入土倉，造成出土量超標，地面沉降量大。管片壁厚注漿可有效填充盾構機開挖后土體與管片之間建筑間隙，減小地面沉降。3.5 施工監(jiān)測是關鍵施工監(jiān)測是施工的眼睛，盾構機下穿前后加強施工監(jiān)測，以便及時掌控建筑物的安全變化情況，以便及時有效的采取措施。4盾構施工前采取的主要技術措施4.1 對隧道范圍內圓礪層、砂層進行深孔注漿加固對20#、22#樓之間右線頂部圓礪層、砂層進行加固，加固長度15m,加固寬度9m,隧道兩側各3m,洞頂3m,入強風化1.5m?？组g距1.0

9、 x 1.0m梅花型交錯布置。注漿壓力0.5 1.2MPa。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿。減少軟弱地層沉降量。注漿平面圖見圖4-1。圖4-1 房屋外深孔注漿平面圖4.2 淺層注漿房屋基礎加固根據(jù)現(xiàn)場情況，結合房屋周邊管線、占地協(xié)調實際情況，對隧道左、右線影響范圍，在具備加固條件的范圍從房屋外墻1.5m2m范圍采用。50?3.5m的袖閥管注漿加固，并預埋袖閥管，在下穿過程中根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，及時進行跟蹤注漿，減少盾構施工對建筑物 的影響。房屋基礎淺層加固平面圖見圖4-2。圖4-2房屋基礎淺層加固平面圖4.3 主動換刀根據(jù)詳勘和補堪的地質資料，區(qū)間建筑物的地質條件復雜、上軟下硬，為保證安全下穿，

10、在進入20#樓前范圍145環(huán)、158160環(huán)分別進行帶壓檢查主動換刀和設備檢查維修， 同時，在右線福明新村 20#、22#樓之間190193環(huán)為下穿22#樓進行第二次換刀，換刀點 已加固完成，考慮砂層時加固效果不易保證，采取帶壓檢查換刀。完成22#樓穿越后到達接收井前進行一次帶壓檢查換刀，計劃為220環(huán)處，確保盾構機順利進入接收井。換刀點布置平面圖見圖 4-3 ?；蕧徔诎墩?、圖4-3換刀點布置平面圖4.4 設備維護與保養(yǎng)盾構穿越住宅樓前，利用停機換刀時間，加強對盾構機、門機、拌合站、電瓶車、冷 卻塔等主要施工設備進行檢修保養(yǎng)，備足備用件，確保盾構均勻、快速穿越住宅樓，避免 不必要的故障停機。5

11、盾構掘進施工主要施工方法5-1所示:5.1 施工流程根據(jù)住宅樓區(qū)域地質條件及本工程盾構施工特點，方案施工流程如圖物資啟動應急預案或備選方案不可行盾構姿態(tài)調整盾構設備檢修盾構穿越掘進可行J繼續(xù)掘進結束監(jiān)測布點初始數(shù)據(jù)采集施工監(jiān)測施工監(jiān)測二跟蹤監(jiān)測圖5-1盾構穿越福民新村住宅樓段施工流程圖5.2 掘進關鍵技術控制(1)盾構姿態(tài)調整在盾構掘進至距建筑物 50m前，嚴格控制、調整盾構姿態(tài)，對地下導線控制點進行嚴 密復測；在盾構掘進至距建筑物 10m處，對盾構姿態(tài)和地下導線控制點再次進行嚴密復測， 嚴格平差。對盾構機 MVT導向系統(tǒng)數(shù)據(jù)重新進行校核，以確保盾構機按隧道設計軸線方向 順利掘進。(2)采取土

12、壓平衡模式施工土倉壓力的確定：盾構穿越建筑物段隧道埋深最大22.5m,根據(jù)朗肯定律進行計算，考慮建筑物安全系數(shù)增加 0.2bar 土壓力，盾構下穿建筑物時土倉壓力設定為2.22.4bar。土倉壓力和出渣量的控制在采取土壓平衡模式掘進時，必須密切關注土倉壓力的變化，主要通過嚴格控制掘進 速度與出土量關系，使進入土倉土量與出土量之間達到一種動態(tài)平衡，從而保持土倉壓力 與掌子面之間處于平衡狀態(tài)，保證掌子面的穩(wěn)定。因此在掘進時，盾構司機必須密切關注 土倉壓力的變化，當實際土倉壓力與設定理論壓力不平衡時，及時調整螺旋機排土量或泡 沫發(fā)泡率，使切削進入土倉土量與出土量之間達到一種動態(tài)平衡。掘進時每環(huán)出渣量

13、嚴格 控制在60±2n3,防止因超排土導致地層失穩(wěn)造成沉降。停機土倉壓力控制為保持土倉壓力，停機時主要采用土倉堆積土和適當加注膨潤土泥漿進行保壓，使土 倉壓力不得小于最小設定壓力值。(3)推力、刀盤轉速及掘進速度控制為最大程度的降低下穿福民新村施工對周邊土層的擾動以及控制施工震動，盾構到達 福民新村八層住宅樓樁基前，根據(jù)實際施工情況調整推力和推進速度，減小刀具貫入度，控制出土量并時刻監(jiān)視土倉壓力值，避免較大的地表隆陷。到達樁基礎前1 環(huán)，進一步調整盾構掘進推力，下穿時掘進推力控制在1500t2000t、刀盤轉速1.21.6r/min、貫入度510mm掘進速度控制在 620mm/min

14、。下穿階段密切關注盾構各系統(tǒng)參數(shù)使盾構快速 平穩(wěn)通過建筑物。（ 4）預防結泥餅措施盾構機需穿越5號粗砂礫石、8號全微風化花崗巖軟硬不均地層，該地層粘性較強。采用土壓平衡模式掘進容易產生泥餅，從而導致刀具非正常磨損，降低刀具破巖效率甚至無法掘進。在施工過程中嚴密監(jiān)視渣土的成分變化，預判前方地層情況，及時調整掘進參數(shù)，同時關注渣土流塑狀態(tài)和渣溫變化，防止渣土過干（塌落度2025cm為宜）、渣溫過高（不大于38）形成泥餅。如出現(xiàn)結泥餅現(xiàn)象，可加大艙壁加水或泡沫用量，使倉內渣土符合要求后方可掘進。 （ 5）同步注漿與二次注漿 在盾構掘進時，嚴格按照“不注漿、不掘進”的原則進行控制同步注漿，及時對管片壁

15、后空隙填充飽滿，減少土層沉降。注漿材料：選用可硬性混合漿液，漿液凝固時間不大于10h， 28 天抗壓強度不小于2.5MPa。注漿壓力：注漿壓力達到土倉設定壓力的1.52倍，即3.55bar。注漿量：每環(huán)同步注漿量為理論注漿量的150%200%, Q=6.5m38.7m3。為保證注漿質量，同步注漿量控制在8.5m3以上。二次注漿在盾尾脫出盾構機5環(huán)及時進行二次注漿，二次注漿壓力一般為0.50.8MPa， 宜采用水泥-水玻璃雙液漿，及時填充同步注漿由于凝固收縮或注漿不飽滿時造成的空隙，有效控制地面沉降。 （ 6）刀具配置與維護 盾構施工段地層復雜，刀具磨損較大，為減小在盾構在掘進時在住宅樓底換刀機

16、率、減少停機換刀對穿越地層的擾動，在過各住宅樓前先選擇適當位置進行主動刀盤檢查更換。20#樓穿越距離長，距離下一換刀點約28 環(huán)，巖面較高，大多在一隧道直徑一半以上，超出正常刀具壽命范圍，該地段擬使用全新進口優(yōu)質刀具。22#樓穿越段巖面較低，在隧道直徑半徑一下，距離下以換刀點長度約22 環(huán)， 因此邊緣刀具采用進口優(yōu)質刀具，正面滾刀采用國產優(yōu)質刀具。另外，盾構掘進過程中加強渣土改良，防止結泥餅導致刀具偏磨。嚴格安裝制掘進參數(shù)，尤其扭矩和刀盤轉速不能過大，防止?jié)L刀刀圈斷裂或刀體變形。發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常應及時 分析原因，必要時開倉檢查，確保刀具完好。（ 7）施工監(jiān)測在原施工監(jiān)測基礎上對住宅樓監(jiān)測點進行加密

17、，監(jiān)測點布置如5-2 所示，盾構穿越時需24h進行監(jiān)測并及時發(fā)布，出現(xiàn)異常情況后進行加密至每天35次。圖5-2房屋監(jiān)測點平面圖(8)主要應急準備工作由于盾構穿越住宅樓風險較大，必須做好足夠的應急準備工作。本段施工期成立應急 指揮小組，實時收集地面監(jiān)測數(shù)據(jù)和盾構掘進參數(shù)變化，當發(fā)生異常時及時進行控制，如 采取洞內多次注漿、加大同步注漿量、進行地面跟蹤注漿、人員撤離等各工作，確保人員、 財產安全。6施工體會?；蕝^(qū)間右線盾構穿越此段住宅樓共計用時20d,其中組織帶壓換刀 2次，共用時8d,盾構日平均掘進 6環(huán)，實現(xiàn)了快速、平穩(wěn)穿越了該住宅樓，達到了預期施工強度目標，盾 構穿越期地面沉降量最大值僅9mm未對建筑物造成任何影響，沒有發(fā)生安全事故。結合深圳地鐵7號線施工，在復雜地層中進行盾構穿越建筑物時，施工體會如下：(1)盾構施工前，應做好現(xiàn)場環(huán)境調查和地質補勘工作，詳細掌握