盾构隧道穿越既有建筑物施工技术

1、文章编号:盾构隧道穿越既有建筑物施工技术摘要 近年来,我国城市轨道交通建设发展迅速,但是面临着越来越复杂的周边环境和施工条件,研究和制定相应的施工技术和应对措施十分必要。本文针对盾构隧道穿越下沉式广场、下穿既有下立交以及下穿高架桥墩工程实例进行分析研究,提出了针对类似情况的施工技术措施。关键词 地铁隧道；盾构；穿越；施工技术中图分类号: 文献标识码: Construction Technology for Metro Shield Tunnel Traversing UnderExisting StructuresAbstract: Now that the speed of urban ra

2、il transit construction development becomes more fast, the environment of the construction becomes more complicated. Shield tunneling to undercross submerged square, submerged overpass and pier of fly-over crossing should be studied with corresponding technology and measures adopted. The paper prese

3、nts the construction technology for the above-mentioned situations.Key words: metro tunnel; shield; undercrossing; construction technology1 引言随着经济的快速发展和城市化建设的加速,国内城市轨道交通建设发展也越来越迅速。在轨道交通建设中,盾构工法由于其优越性应用越来越多。为了使轨道交通尽快形成网络达到预期的规模效应,轨道交通的建设也在加速。随着初期单条线的建成,后续线路建设的难度会越来越大。同时,伴随城市规划建设,特别是通常伴随地铁建设的沿线开发的增多,工

4、程建设所面临的是越来越复杂的周边环境,穿越障碍物或近距离通过既有建(构)筑物的情况也越来越多。工程施工时既需要对既有建(构)筑物进行保护,又要确保工程本身的安全性和进展顺利,因此对不同的情况采用相应的应对技术十分必要。本文以上海轨道交通10号线2标五角场站江湾体育场站区间隧道施工中的盾构隧道穿越障碍物为例,研究分析相应的施工技术。 2 工程概况五角场站江湾体育场站区间上行线起于SK27+775.181止于SK27+334.143，在里程SK27+500.200处设泵站一座；下行线起于XK27+333.876止于XK27+756.179，在里程XK27+504.900处设泵站一座。隧道最大覆土厚

5、度约为14.44m，纵坡成“V”字形，最大纵坡为28.08。2.1 地理位置及地质情况区间隧道位于淞沪路五角场中心、四平路、淞沪路下，掘进时土层主要在3-2灰色砂质粉土，灰色淤泥质粘土，1-1灰色粘土，局部1-2灰色粉质粘土，隧道的中心标高在-9.302-13.907m。2.2 周边环境区间隧道将穿越上海的城市中心之一五角场，该区域重要建筑物众多。隧道沿线东侧有百联又一城，区间距离地基下结构很近，水平距离仅6.4m；西侧有中环线和万达广场，尤其距离中环线桥墩钻孔灌注桩仅1.7m左右，上部是五角场下沉式广场。该区间下行线还将穿越淞沪路黄兴路下立桥抗拔桩区域，桩离盾构边缘的最近距离仅60cm。据设

6、计说明以及物探报告说明，盾构通过区域内存在2根锚杆桩。3 穿越既有建筑物施工技术3.1 穿越下沉式广场区间隧道上部是五角场下沉式广场，盾构施工过程中，上行线将贯穿下沉式广场约90米左右，下行线与下沉式广场相切约55米左右。五角场下沉式广场为L型重力式挡墙结构，中间地坪标高为0.2m，区间隧道距下沉式广场挡墙墙趾最小距离约为8.1m。重力式挡墙施工时围护为650水泥土搅拌桩，近挡墙1.1m范围内深18m，桩底标高-13.73m，外侧3.15m范围内深10.5m，桩底标高-6.23m。本区间隧道与较深搅拌桩相交长度为4m，与较浅搅拌桩距3.3m。同时下行线隧道还穿越下沉式广场2#、3#出入口，穿越

7、时与出入口结构底净距约为7.3m。出入口采用搅拌桩围护，与区间隧道相交。图1 区间隧道与下沉式广场挡土墙相对位置示意图施工应对技术：（1）精心施工：在盾构穿越过程中必须严格控制切口土压力，同时严格控制与切口土压力有关的施工参数，如推进速度、总推力、出土量等，尽量减少土压力的波动；严格控制盾构纠偏量，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构均衡、匀速施工，以减少盾构施工对土体的扰动和地层损失，控制下沉式广场及出入口通道变形量为+5-20mm，从而避免对建筑物结构造成破坏。（2）加强监测：积极监测为优化施工参数提供依据。盾构穿越前在下沉式广场上布置一定数量的沉降监测点，对建筑进行沉降、倾斜等监测

8、。在盾构穿越过程中加强监测，及时反馈监测结果，以指导施工和制定更合理有效的保护措施。（3）有效注浆：在盾构穿越过程中利用盾构同步注浆系统及时充填盾构推进留下的空隙，减少地层损失，若下沉式广场沉降量接近预警值范围时，待盾构通过后及时置换浆液，可使用隧道内管片注浆孔进行壁后单液注浆，通过二次注浆，控制滞后沉降。（4）制定有效的应急预案，在施工中若发现异常情况，立即启动应急预案，疏散人员，确保人民生命安全。3.2 穿越下立交以及中环线桥墩区间隧道下行线将穿过淞沪路黄兴路下立交抗拔桩和锚杆桩区域，上行线隧道在SK27+505SK27+585穿越下立交区域约为80m，下行线隧道在XK27+545XK27

9、+700穿越下立交区域约为155m，该区域距离江湾体育场站的距离为140m左右。上行线隧道穿越段最低点结构底标高为-8.9m，此处隧道顶标高为-10.7m，与隧道净距仅1.8m；最高点结构底标高为-6.0m，此处隧道顶标高为-9.9m，与隧道净距约为3.9m.另外下立交底板下采用700双轴搅拌桩进行了加固，加固厚度为底板下2m，水泥掺量13%15%，盾构与下立交结构净距小于2m时将切割加固层；下行线隧道穿越段最低点结构底标高为-6.4m，此处隧道顶标高为-10.4m，与隧道净距约为4.0m，最高点结构底标高为-1.4m，此处隧道顶标高为-6.9m，与隧道净距约为5.5m。图2 隧道上行线与下立

10、交最小间距示意图区间隧道上行线在SK27+475SK27+490、下行线在XK27+465XK27+485处从中环线桥墩边穿过，影响范围约15m，上行线隧道距桥墩桩基较远，约为7.0m,下行线距桩基较近，最近处仅1.7m，中环线桥墩桩基为800钻孔灌注桩，桩长60m，此处隧道覆土约为13m，隧道底埋深约为21m，桥墩桩基远深于隧道。控制盾构机掘进引起的地层变形及全面调查桩基承台结构形式及使用状况非常重要。图3 隧道与中环线桥墩的平面位置示意图施工应对技术：（1）施工方法对地层的影响程度的设定盾构机掘进而产生的地层变形按其位置可分为以下几种类型a. 开挖面前方的地层变形盾构机在掘进时若前仓压力过

11、大将导致地表隆起，这是施工中要尽量避免的。其次前仓压力过小将导致地表下沉，所以掘进的施工管理是减少地层变形的主要因素之一。b. 盾构机通过时的地层变形在盾构机通过时，由于盾构机壳体与地层之间有摩擦，以及超欠挖、纠偏和过大的“蛇形”推进，是引起地层扰动的主要因素。c. 盾尾脱离后的地层变形由于盾构机施工，管片外存在环形间隙，推进时必需同步向盾尾注浆。注浆不及时或注浆量过大和过欠都将导致地层变形。此外，如果出土口发生涌水，也会发生大面积的沉降。在软弱的粘土层中掘进，过大的扰动，会引起长期的后续沉降。一旦地层发生了上述的变形，桩基承台处的外力条件和支承状况就发生了变化，从而造成承台发生沉降，倾斜和断

12、面变形等情况。（2）针对性技术措施a. 地层加固处理措施该桩基按摩擦桩考虑，盾构掘进必然会削弱桩身和土体之间摩擦力，周围土体会变的比较松散，从而降低了桩基的承载能力，所以在同步注浆后及时二次注浆，并严格控制盾构推进的速度和轴线偏差。在沉降超过设计规定+5mm-5mm时，可以通过在桩身周围注浆，增加桩身和周围土体的固结，使桩基的承载能力得到提高。b. 推进施工管理技术措施在盾构推进过程中，严密关注盾构机的运行姿态，及时有效的纠正偏差，使其按设计的轴线推进，尽可能地减小“蛇形”轨迹出现。推进过程中密切关注土压力的变化，使其保持在恒定的范围内。为了增加开挖面的稳定性，调整千斤顶推力和螺旋机的转速，使

13、压力舱与开挖面土压力相对应，正面土压力的设定可比正常推进时略大，同时选派有经验的盾构司机进行操作。另外可根据需要，注入适当的添加剂增加开挖土的塑性流动化，使压力舱内不产生空隙。盾构施工对土层的过大扰动，容易造成对下立交基础的不利影响，为防止这种现象的发生，在推进过程中，严格控制轴线，勤纠、少纠，尽可能防止蛇行发生。在同步注浆施工时，必须控制注浆压力的大小以及浆液质量，同时保证充分的注浆量，以避免桩基发生倾斜。在穿越桩基群期间，可适当提高管片拼装状态的千斤顶压力。若有较大的波动发生，必须停止推进，采取有效措施予以解决。严格禁止盾构机后退现象，切实执行盾构机操作规程，防止发生意外的地层扰动和地表塌

14、陷。c. 盾构穿越措施由于盾构须从中环支撑桩侧穿越，施工中必须提高盾构掘进轴线控制精度。在盾构穿越该区段前30米进行一次全面的轴线复测，通过人工复核与自动测量相结合的方式，将盾构机调整到最佳姿态。 从桩侧穿过时，可将盾构姿态适当调整为偏向无桩的一侧，但必须控制在设计误差允许的范围内； 从桩间穿越时，必须将盾构轴线控制精度提高，通过加强测量和及时调整，将盾构掘进姿态与设计轴线的偏差控制在20mm以内，确保盾构穿越时与旁边桩基之间保持一定的净距。d. 施工监测措施在施工过程中，加强对下立交的监测，监测的内容应包括沉降监测、位移监测以及侧斜等。监测管理可分为通过前、通过中、通过后三个阶段来实施。特别

15、是在接近下立交区域的前方区段，对相似土层条件的地点进行监测，掌握盾构施工对土层的影响，进一步优化施工参数。通过时的监测是为监测下立交的安全进行的，如发现监测值或监测变化值超过警戒限时，需停止盾构施工，查明原因，并及时采取有效加固措施，对下立交进行保护。在确认下立交安全后再开始推进。通过后的监测，一般此时变化数值逐步变小，在变化逐渐稳定之前一直要进行，但可以适当减少监测的频率。e. 信息化施工增加测量频率，监测数据及时向技术人员提交。组织专人分析监测数据，及时调整推进参数或采取相应的保护措施。为保证下立交结构安全，盾构穿越下立交时，控制变形量为+5-10mm。盾构推进时控制桥墩隆起量为+5mm-

16、5mm。3.3 盾构施工对下立交抗拔桩基及锚杆桩的保护区间隧道下行线将穿过淞沪路黄兴路下立交抗拔桩和锚杆桩区域，土层锚杆为180钻孔桩，桩长24.0m，桩配筋为322，区间隧道距锚杆最近距离0.91m；抗拔桩为直径800的钻孔灌注桩，桩底标高-36m，桩配筋为1428，桩离盾构边缘的最近距离仅0.60m左右。下立交暗埋段为单箱双孔结构，外包尺寸20.9m×6.85m，孔内净尺寸为9.25m×5.05m，结构沿纵向20m左右设置一条变形缝。隧道共穿越了D15D21共7节暗埋段结构，下立交敞开段为U型结构，宽20.5m，结构底标高最深为-3.043m。结构纵向20m左右设置一条

17、变形缝。其中下立交暗埋段及敞开段底板下（D20节D26节）设有抗拔桩及土层锚杆，设计时考虑预留了地铁通道，以确保地铁盾构能够顺利穿越。根据设计提供的图纸中施工说明,有关区间隧道下行线穿越下立交抗拔桩区域，在预留地铁通道内存在21#、33#二根锚杆桩，建议采用拔桩方式予以处理。然而，江湾体育场车站正在施工，淞沪路周边道路车道有限，勘察探孔条件受到限制，不具备拔桩工作条件，采用不拔桩直接穿越，采取一定的施工措施并增加设备投入，具体措施为：（1）选用刀盘扭力较大的盾构机，再调整大刀盘的刀具，以便顺利绞断该桩基。（2）盾构施工中，用经验丰富的盾构司机操作，密切注意盾构机工作压力变化，如发现盾构刀盘卡死

18、现象，采用顺时针旋转刀盘和逆时针旋转刀盘相结合的方法，缓慢磨断前方障碍物，使施工继续顺利进行。（3）盾构推进过程中，如遇到锚杆等障碍物，用刀盘磨断障碍物，在磨绞过程中，严格控制千斤顶的总推力、盾构掘进速度、刀盘扭力和刀盘速度等参数，并在盾构头部适量加水，增加润滑度。4 结语盾构施工穿越既有建(构)筑物等障碍物时,施工前首先要对既有建筑物进行调查,充分了解具体边界条件后，分析可能产生风险的原因，有针对性地制定相应的施工应对措施，并做好施工过程中的监测工作，依据监测数据及时调整盾构推进参数。同时针对穿越障碍物的风险,制定相应的应急预案,以保证在出现意外情况时仍然可以按预案进行处理而不致手足无措。上海轨道交通10号线2标五角场站江湾体育场站区间隧道在采用上述施工技术后，圆满完成盾构穿越既有建(构)筑物等障碍物的施工难题，经监测发现，穿越对周围建(构)筑物影响很小，地面沉降在规范允许范围内，取得了很好的效果，可为类似工程提供参考