泥水盾構在富水粉砂層中穿越建筑物沉降分析及控制

摘要：為確保泥水盾構在富水砂層掘進過程中，有效控制其地表建筑物沉降，本文以具體工程為例，結合地形、地貌及工程地質(zhì)情況，主要介紹泥水盾構機在穿越老建筑群過程中沉降分析及控制，對盾構在側(cè)穿、下穿建筑物過程前后建筑物沉降進行歸納、總結與分析,并采取一定的控制措施，所得結論對類似工程有借鑒和指導意義。

關鍵詞：泥水盾構；沉降；建筑物；注漿

0引言

隨著我國基礎設施的大規(guī)模興建，越來越多城市開始修建地鐵，地鐵修建過程中將不可避免的影響周邊環(huán)境，隨著地鐵施工技術的成熟，對建筑物沉降提出更高的要求。

盾構法在城市地鐵中運用愈加成熟，城市地鐵不可避免的要穿越建筑物，部分為古老建筑物或者文物，在穿越過程中對盾構施工提出更高要求，在富水地砂層中采用泥水盾構掘進，沉降受建筑物自身基礎形式、建造年代、盾構穿越過程中的參數(shù)控制及同步注漿、二次注漿的影響。

1 工程概況

武漢軌道交通二號線土建工程第12標段【中山公園站~循禮門站~江漢路站】區(qū)間隧道，兩條隧道均采用氣墊式－泥水平衡盾構，盾構自中山公園始發(fā)，到達循禮門站進行過站，最后在江漢路站吊出。隧道結構覆土厚度10.5～22m，盾構穿越建筑物地段地層主要為全斷面粉砂，粉細砂層[4]，地下水靜態(tài)水位位于10米左右。隧道頂部主要為粉砂層，粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層中,下伏地層為粉細砂層，具體詳見圖和圖2所示。

2 區(qū)間沿線建筑物概況

2.1隧道施工對地面建（構）筑物的影響范圍

根據(jù)相關技術規(guī)程以及國內(nèi)城市地鐵盾構工程施工經(jīng)驗，結合武漢地鐵已施工盾構工程的施工實例，確定隧道對地面建筑物影響范圍為隧道邊線外3倍的隧道直徑范圍。

2.2隧道影響范圍內(nèi)地面建（構）筑物情況

中循區(qū)間隧道下穿位于規(guī)劃拆遷范圍外有15棟房屋，其中 3～8層房屋有13棟，這些房屋均為磚混結構，8層房屋以上2棟，為鋼混結構。省石油公司住宅樓、渣家村商鋪、循禮門飯店及配套樓六棟房屋為樁基外，其余均為天然地基或整板基礎。根據(jù)武漢市房屋鑒定站鑒定結論，這些房屋中有5棟房屋為D級整棟危房，1棟房屋為B級危房[2]。

3 隧道穿越建（構）筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.1 盾構下穿建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

以中循禮門區(qū)間西馬后路8#、10#房屋為例，該房屋為上世紀80年代房屋，8層磚混結構，砂墊層、整板基礎，經(jīng)鑒定，房屋為D級整棟危房[2]，建筑物監(jiān)測點[1]FL22-1~FL22-12布設在循禮門西馬后路8、10號樓上，對應管片環(huán)數(shù)為273環(huán)~296環(huán)，監(jiān)測點布置詳見圖3所示。左線盾構從刀盤開始穿越到盾尾脫出該房屋共計5天時間，第三方與施工方監(jiān)測數(shù)據(jù)對比、各點累計沉降與沉降差異統(tǒng)計見下表1所示，監(jiān)測點沉降變化趨勢詳見圖4所示。

表1：監(jiān)測點沉降變化值

根據(jù)圖4監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢分析，盾構機在下穿前后時間段內(nèi)該房屋變形基本比較穩(wěn)定，沉降主要是在盾構下穿該棟房屋期間造成的，各個監(jiān)測點變化趨勢比較接近。通過采取一定的控制措施，其沉降是可控的，盾構在下穿房屋過程中未對房屋建筑物造成較大損害。

3.2 盾構側(cè)穿建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)

以中循區(qū)間西馬后12#、14#房屋為例，該建筑物建于上世紀80年代，7層磚混結構，砂墊層、整板基礎，建筑物監(jiān)測點[1]布置FR3-1~FR3-13，對應管片環(huán)數(shù)為287環(huán)~308環(huán)，監(jiān)測點布置圖詳見圖5所示。該房屋經(jīng)鑒定為D級整棟危房[2]。右線盾構側(cè)穿該房屋，從盾構機刀盤開始進入該房屋止盾尾脫出該房屋共計5天時間，第三方與施工方監(jiān)測數(shù)據(jù)對比、各點累計沉降與沉降差異統(tǒng)計見下表2所示，監(jiān)測點變化趨勢詳見圖6所示。

表2：監(jiān)測點沉降變化值

根據(jù)圖6監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢分析，盾構在側(cè)穿建筑物前后監(jiān)測點變化比較穩(wěn)定。房屋建筑物沉降主要是在盾構側(cè)穿過程中造成的，并且距隧道中心線越近，其沉降越大，變形趨勢也越大。但通過采取一定的控制措施，其沉降是可控的，盾構在下穿房屋過程中未對房屋建筑物造成較大損害。

3.3穿越過程中盾構機停機沉降分析

西馬后路16#、18#樓，該樓為上世紀80年代修建房屋，8層磚混結構，基礎為整板基礎，經(jīng)鑒定，該房屋為基本完好房[2]，隧道正下方穿越該房屋，盾構刀盤從開始開始進入該房屋到盾尾全部脫出該房屋共計時間5天，由于機械故障原因，盾構機在中間停機1天，建筑物監(jiān)測點布設為FL25-1~FL25-13，對應管片環(huán)數(shù)位312環(huán)~332環(huán)，監(jiān)測點布設詳見圖7所示，第三方與施工方監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，各點累計沉降與沉降差異統(tǒng)計見下3所示，監(jiān)測點變化趨勢詳見圖8所示。

表3：監(jiān)測點沉降變化值

根據(jù)圖8監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢分析，盾構在穿越該棟房屋過程中沉降變化較大，并超過報警值，其主要原因是盾構機在穿越過程中由于設備故障導致停機，盡管設置泥水壓力采取保壓措施，但總體沉降較大，可見盾構機在停機過程中周邊地層損失較大，掌子面可能出現(xiàn)局部坍塌現(xiàn)象，進而導致房屋沉降較大，但通過采用二次補強注漿等措施，穩(wěn)定住房屋沉降，未對房屋造成過大損壞。

4 沉降控制措施

4.1 合理選擇泥水倉壓力

盾構機在穿越建筑物過程中主要以頂部泥水倉壓力作為參考，通過設定氣墊倉壓力調(diào)整頂部泥水倉壓力，頂部泥水倉壓力可根據(jù)地層埋深計算，同時需要考慮地面建筑物自重而產(chǎn)生的附加應力，泥水壓力設定值時比正常掘進壓力偏大0.1~0.2bar。

4.2 優(yōu)化泥漿性能

泥漿的參數(shù)主要包括泥漿比重和粘度2個指標來控制泥漿性能，在富水砂層中，泥漿比重往往會下降，可通過噴閏土及制漿劑來調(diào)整泥漿的參數(shù)，盾構每掘進1環(huán)，必須對泥漿指標進行檢驗，一般泥漿比重控制在1.2~1.3g/cm3，泥漿粘

度控制在18~22s左右，泥漿性能是確保掌子面臨時穩(wěn)定的關鍵所在，泥漿性能越好，掌子面瞬間形成的泥膜質(zhì)量越好，從而提高掌子面瞬間穩(wěn)定性能。

4.3同步注漿

同步注漿砂漿配合比及砂漿注入量是控制房屋沉降的關鍵，在富水砂層中盾構穿越建筑物，應選擇凝結時間較短的漿液配合比，通過加大水泥參入量調(diào)整砂漿凝結時間。另外同步注漿量必須足量，在盾構穿越建筑物掘進中，同步注漿量按照盾構機開挖輪廓與管片外壁之間形成空隙的1.8~2.0倍。

4.4及時二次補強注漿

對脫出盾尾的管片及時進行二次補強注漿可有效控制房屋建筑物后期沉降，可將建筑物后期沉降在最短時間內(nèi)穩(wěn)定于一定數(shù)值。二次補強注漿主要采用水泥-水玻璃（35波美度）雙液漿，水灰比1:1，注漿部位選擇管片拱頂150度范圍，注漿應遵循“少量、多次”的原則，注漿壓力控制在0.7~1Mpa。本區(qū)間為確保拱頂150度范圍內(nèi)有更多注漿孔，特在每塊管片上額外增加2個預埋注漿孔，將每環(huán)管片的預埋注漿孔數(shù)量由原來的6個增加至16個。

4.5重視信息化施工

高度重視信息化施工、強化現(xiàn)場管理，特別是增強掌子面管理的執(zhí)行力度，確保施工安全。加強對穿越建（構）筑物段的施工監(jiān)測、加大監(jiān)測頻率，監(jiān)測數(shù)據(jù)應準確、可靠、全面并及時分析、反饋，并正確指導施工。

4.6加強設備維修保養(yǎng)

要加強盾構機尾刷和鉸接等部件的性能和施工過程中的控制，確保其密封性能。盾構在穿越建筑物前加強對盾構機設備的維修及保養(yǎng)，確保盾構機以最佳性能穿越建筑物，避免盾構機在房屋建筑物下的停機，以減小后期沉降。要高度重視泥水分離設備的選擇，確保其分離能力、處理能力，必要時采用添加化學添加劑的方法增強其分離能力。

5 結論

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，泥水盾構在富水砂層中穿越房屋建筑物過程中，由于地層損失，沉降是不可避免的，但可通過優(yōu)化盾構掘進參數(shù)、加強同步注漿及二次補強注漿等措施控制其沉降。房屋建筑物沉降與房屋基礎形式、房屋建筑年代及盾構穿越期間控制參數(shù)均有一定的關系。盾構在富水砂層中穿越建筑物前，首先應對盾構穿越影響范圍內(nèi)所有房屋基礎及布置形式進行調(diào)查，邀請具有資質(zhì)的專業(yè)鑒定單位對房屋進行鑒定。穿越前應加強盾構機的維修保養(yǎng)，排除機械故障隱患，同時應調(diào)整好泥漿性能、泥水倉壓力及同步注漿等參數(shù)，及時二次補強注漿，加強對房屋建筑物的檢測等措施來控制建筑物沉降。

參考文獻：

[1] GB 50308-2008城市軌道交通工程測量規(guī)范（2008） 中國建筑工業(yè)出版社

[2] JGJ 125-99危險房屋鑒定標準（2004年版）。中國建筑工業(yè)出版社

[3] CJJ 1-2008 城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范中國建筑工業(yè)出版社

[4] GB 50307-1999地下軌道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范中國計劃出版社。

[5] 侯占鰲隧道涌水對環(huán)境的影響及其控制對策研究