盾构穿越邻近建(构)筑物施工控制技术

1 盾构穿越临近建(构)筑物施工控制技术

361009 中铁十七局六公司（ 福建厦门莲花南路七号） 路明鉴

内容提要：上海M8线地铁线盾构施工沿线穿越附近的建筑物虹口足球场、鲁迅公园中的越虹桥、人工湖、假山及中原证券大厦、曲阳小区、梅园村酒家、沙泾港桥等，我们利用了对正面加注泡沫剂、对临近建筑结构进行了加固、对盾构推进参数进行控制、采取信息化施工等一系列相应措施，顺利的通过了施工风险地段

关键词：盾构 穿越 建(构)筑物 施工技术

一、概况分析

本区间盾构沿线附近的建筑物有虹口足球场、鲁迅公园中的越虹桥、人工湖、假山及中原证券大厦、曲阳小区、梅园村酒家、沙泾港桥等，其中中原证券大厦离隧道平面位置约为6米，其中在砂性土全段面中穿越沙泾港桥桩基，桩基底隧道底板净距不足2米，沙泾港桥桩基主要分布在第970环~第1010环之间，隧道河处覆土约为12米。近距离穿越以上地下构筑物，为减小对其影响，我们利用了对正面加注泡沫剂、对临近建筑结构进行了加固、对盾构推进参数进行控制、采取信息化施工等一系列相应措施，顺利的通过了施工风险地段。

图一、盾构近距离穿越沙泾港桥桩基

二、结构加固及处理措施 2 2.1在盾构穿越临近建（构）筑物时，为防止建（构）筑物变形，必须考虑对结构加固及其他处理措施，加固措施可以考虑地基改良、基础加固、隔断防护等。我们在选择这些防护加固方法时，除应考虑施工的难易、安全性、经济性、工期、环境条件等之外，还借鉴了以往的施工实例经验。最重要的是必须根据每个建（构）筑物现场的实际情况选择最为合适的加固方案。

在盾构穿越鲁迅公园越虹桥和曲阳小区时，我们采用在地面跟踪注浆的方式来进行对建筑物的加固。根据具体情况，首先须进行钻孔设计，内容包括位置、排数、深度和斜度；其次须确定注浆顺序和次数，一般第一次是外围注浆，形成一道屏障，防止以后注浆浆液流失，然后进行地基加固注浆。

在需要保护各建（构）筑物或其桩基边预先布置了2排劈裂注浆孔，孔距为1.0米，孔深具体数值是由现场具体标高而定的，在施工时先施工外排的注浆孔，注浆深度设计约为4米；在内侧布置一排斜孔，注浆厚度设计约2.0米，待地铁盾构穿过时根据监测数据，如影响较大时，则进行跟踪注浆。

注浆量：根据现场数据，一般每米注浆200L左右。

注浆压力及时间：注浆压力和时间是影响注浆效果的重要因素。充填注浆压力初始值很小（约0.01-0.05MPa），注浆到结束时可达到0.2-0.4MPa，并加入速凝剂使浆液的凝固时间控制在1-3小时之内。压密注浆的压力稍高，但不大于0.5MPa，注浆时间和注浆材料要根据不同的需要而定，充填注浆的浆液流动性要好，易于充填空隙；凝固时间要快，以防流失。

浆液的要求：注浆的浆液要有一定的粘度，凝固要快，收缩要小，对土体的加固作用明显；压密注浆的浆液要坍塌度要小，依靠压力对周围土体产生挤压作用。

采用的配合比为：水：水泥：水玻璃=0.5：1：0.03

2.2在该桥墩分布区为全段面砂层，为控制正面稳定和地面安全，除采用地面加固保护措施外，通过正面注入泡沫剂已改良土体，保持正面稳定和土压平衡，保护地表和桥面安全。

1）设定土仓压力2.6Bar,推进速度2-3cm/min，泡沫用量15-21L/环，各推进参数如图二所示：

三、盾构推进参数控制

当盾构穿越建（构）筑物时，施工技术要求高，要严格加强对推进参数的控制，同时要紧密依靠地表建（构）筑物沉降、变形监测数值，及时调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺。

3.1 盾构正面土压力控制

在盾构穿越过程中必须严格控制切口土压力，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，推进时设置梯度压力以尽量减少土压力的波动。使盾构均衡匀速施工，以减少盾构施工对地面的影响。根据本区间的临近穿越经验认为实际设定的压力应在理论值的数值上加0.2——0.3BAR（即预备压），即为理论值的105～115%，推进阶段必须将实测的地面沉降值与盾构推进诸要素进行分析研究，不断对其进行调整，直至找到最佳值。 3 拼装环号 推进速度（mm/min） 土仓压力(bar) 总推力(t) 主刀盘扭矩(bar) 出土情况及有否流砂

980 23-28 2.54 1238 89 无

990 22-28 2.53 1235 90 无

1000 25-31 2.42 1245 88 无

1010 26-30 2.31 1235 85 无

1020 24-32 2.26 1239 87 无

1030 22-29 2.24 1240 89 无

1040 26-32 2.20 1238 91 无

1050 21-25 2.21 1250 90 无

1060 20-28 2.20 1244 92 无

1070 24-28 2.20 1241 93 无

图二、过砂泾港桥加注泡沫各技术参数

0.214.5011.0013.0011.00深 度

(m) 管理土压

(kg/cm ) 预备压

(kg/cm )停止时土压

(kg/cm ) 0.2 0.21,0101，00018.5015.50 0.2 2.5 0.2 2.318.50970990985 2.25 2.1 2.45 2.30 2.0 2.2 2.0 2.2

图三、 盾构穿越沙泾港桥桩基分布区土压设定

推进施工时，要经常监视土仓压力值并且控制千斤顶的推进速度、出土螺旋机的转数及出土阀门的大小。（预备压是对地面的沉降、隆起等地面变化、施工性勘察所得出的。），实际施工土压所用参数如图四所示。 4 3.2推进速度控制

盾构机推进速度是盾构穿越建（构）筑物的一个重要参数，过度的挤压，势必产生前仓土压内外压力差，增加对土层的扰动，盾头不能硬挤压土体，防止积土造成较大压力对桩基等不利。在穿越砂泾港桥时，一般保持中低速推进，实际推进中控制在2～3cm/min之间，这样可使盾构推进所产生的应力充分释放，避免由于推进应力过大或过于集中造成土体破坏；也使桩基下土体的扰动降到最低，也有利于盾构纠偏。由于隧道埋深和砂性土断面分布差别，故控制盾构推进的速度也有不同。由于码头区域土层受早期群桩密集施工影响，土层固结度发生改变，均一性较差，在推进过程中需密切注意千斤顶油压，并加强盾构姿态监测。

拼装环号 推进速度（mm/min） 土仓压力(bar) 泡沫注入量（L） 姿态是否正常

970 23-26 2.51 16.5 正常

985 23-28 2.49 17.2 正常

990 22-29 2.40 18.5 正常

1000 22-28 2.34 18.5 正常

1010 23-27 2.28 19.1 正常

图四、穿越砂泾港桥桩基时主要技术参数

3.3盾构姿态控制

盾构在穿越桩基过程中，要小幅、均匀纠偏，均衡匀速施工，尽量缩短穿越时间，减少施工产生的影响。在桩基分布段段盾构姿态变化曲线都较为缓和且变化范围都比允许范围(-50mm，+50mm)要小。穿越沙泾港桥时盾构姿态如图五所示。

3.4、同步注浆和二次注浆控制

对于盾尾后的地面沉降和隧道结构的稳定可以通过同步注浆以及后期补压浆的控制来达到理想结果。同步注浆主要用于填充盾构与隧道之间产生的建筑空隙，同时对隧道结构也起到保护作用。同步注浆量原则上依据理论计算值，但实际施工中注浆量为理论建筑空隙的140％—250％，需根据施工情况和实时地面沉降监测结果进行及时调整。注浆压力最终确定为0.5～0.6MPa，注浆时间应掌握在管片脱离盾尾。

在穿越砂泾港段注浆量整体都比邻近段有所提高，由于此处穿越土层砂性较高、孔隙比较大、易产生流变，注浆量整体比前段时有所提高。实际施工中，在刚进入桩基分布区时同步注浆量大多为2.5m3左右，是理论值的175％，根据沉降监测结果及施工情况，部分地段调整到2.8mm3，是理论值的200％；穿越浦西码头时同步注浆量根据沉降结果大都控制在2.1—2.4m3之间，是理论值的145％—160％，具体注入量如图七所示。 5

图五、穿越沙泾港桥时盾构姿态控制

可硬性浆 浆液投料量(公斤)/1.25m3

备注

水泥 粉煤灰 砂 SY-1 ND-105 水

125 1150 260 13 5.2 400

注：每拌1.25 m3；水泥：425#普硅 ；粉煤灰：三级灰；砂：细度模数0.7。

图六、同步注浆浆液初步配比

环号 同步注浆量（m3） 注浆压力（bar） 环号 同步注浆量（m3） 注浆压力（bar）

970 2.50 0.5 1025 2.30 0.5

975 2.55 0.5 1030 2.20. 0.5

980 2.55 0.6 1035 2.18 0.5

985 2.60 0.6 1040 2.25 0.5

990 2.60 0.5 1045 2.30 0.5

995 2.70 0.5 1050 2.40 0.5

1000 2.70 0.6 1055 2.50 0.5

1005 2.80 0.6 1060 2.50 0.5

1010 2.80 0.6 1065 2.55 0.5

1015 2.60 0.5 1070 2.50 0.5

1020 2.50 0.5 6 图七、穿越砂泾港桥时同步注浆量和注浆压力

隧道内进行二次注浆砂泾港桥由于盾构推进时同步注浆的浆液在填补建筑空隙时可能会存在一定间隙，且浆液的收缩变形也存在地面沉降的隐患，因此在隧道掘进的同时，根据地面建筑物和隧道的监测情况，则需在隧道内通过管片注浆孔进行壁后双液注浆来保护建筑物。液浆的配比如下：

水泥 粉煤灰 水 稠度

1 3 适量 9～11

图八、砂泾港桥二次注浆液浆配比

要求浆液满足泵送要求，泌水率<3‰，浆液一天强度≥0.2Mpa，28天的强度≥3Mpa，并确保在列车振动和7°地震下不液化。壁后补压浆的压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据而定。并根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，从而使地层变形量减至最小。

四、沉降监测方案

4.1 监测点的布设

1）本工程邻近建（构）筑物的沉降点的布设我们考虑到监测对象的特定情况，诸如重要性、距离远近、结构和基础形式等。如由于隧道施工过程对周边建(构)筑物影响较大并导致裂缝甚至倾斜，如在曲阳小区和鲁迅公园的越虹桥和假山则进行裂缝、倾斜监测，以确保其安全。

根据建筑物情况及重要程度，在每幢建筑物上面至少设置二个观测点，测量其位移、倾斜等。

2）砂迳港桥沉陷测点布置 在砂泾港桥处隧道轴线上每隔5m布置一沉降测点，并在垂直隧道轴线方向上各布置2排横向监测点，以便于在施工过程中根据监测结果及时优化调整各类施工参数，确保地面安全。