泥水盾构在富水粉砂层中穿越建筑物沉降分析及控制
泥水盾构在富水粉砂层中穿越建筑物沉降分析及控制
摘要：为确保泥水盾构在富水砂层掘进过程中，有效控制其地表建筑物沉降，本文以具体工程为例，结合地形、地貌及工程地质情况，主要介绍泥水盾构机在穿越老建筑群过程中沉降分析及控制，对盾构在侧穿、下穿建筑物过程前后建筑物沉降进行归纳、总结与分析,并采取一定的控制措施，所得结论对类似工程有借鉴和指导意义。
关键词：泥水盾构；沉降；建筑物；注浆
0引言
随着我国基础设施的大规模兴建，越来越多城市开始修建地铁，地铁修建过程中将不可避免的影响周边环境，随着地铁施工技术的成熟，对建筑物沉降提出更高的要求。
盾构法在城市地铁中运用愈加成熟，城市地铁不可避免的要穿越建筑物，部分为古老建筑物或者文物，在穿越过程中对盾构施工提出更高要求，在富水地砂层中采用泥水盾构掘进，沉降受建筑物自身基础形式、建造年代、盾构穿越过程中的参数控制及同步注浆、二次注浆的影响。
1 工程概况
武汉轨道交通二号线土建工程第12标段【中山公园站~循礼门站~江汉路站】区间隧道，两条隧道均采用气垫式－泥水平衡盾构，盾构自中山公园始发，到达循礼门站进行过站，最后在江汉路站吊出。隧道结构覆土厚度10.5～22m，盾构穿越建筑物地段地层主要为全断面粉砂，粉细砂层[4]，地下水静态水位位于10米左右。隧道顶部主要为粉砂层，粉质粘土、粉土、粉砂互层中,下伏地层为粉细砂层，具体详见图和图2所示。
2 区间沿线建筑物概况
2.1隧道施工对地面建（构）筑物的影响范围
根据相关技术规程以及国内城市地铁盾构工程施工经验，结合武汉地铁已施工盾构工程的施工实例，确定隧道对地面建筑物影响范围为隧道边线外3倍的隧道直径范围。
2.2隧道影响范围内地面建（构）筑物情况
中循区间隧道下穿位于规划拆迁范围外有15栋房屋，其中 3～8层房屋有13栋，这些房屋均为砖混结构，8层房屋以上2栋，为钢混结构。省石油公司住宅楼、渣家村商铺、循礼门饭店及配套楼六栋房屋为桩基外，其余均为天然地基或整板基础。根据武汉市房屋鉴定站鉴定结论，这些房屋中有5栋房屋为D级整栋危房，1栋房屋为B级危房[2]。
3 隧道穿越建（构）筑物监测数据统计
3.1 盾构下穿建筑物监测数据分析
以中循礼门区间西马后路8#、10#房屋为例，该房屋为上世纪80年代房屋，8层砖混结构，砂垫层、整板基础，经鉴定，房屋为D级整栋危房[2]，建筑物监测点[1]FL22-1~FL22-12布设在循礼门西马后路8、10号楼上，对应管片环数为273环~296环，监测点布置详见图3所示。左线盾构从刀盘开始穿越到盾尾脱出该房屋共计5天时间，第三方与施工方监测数据对比、各点累计沉降与沉降差异统计见下表1所示，监测点沉降变化趋势详见图4所示。
表1：监测点沉降变化值
根据图4监测数据变化趋势分析，盾构机在下穿前后时间段内该房屋变形基本比较稳定，沉降主要是在盾构下穿该栋房屋期间造成的，各个监测点变化趋势比较接近。通过采取一定的控制措施，其沉降是可控的，盾构在下穿房屋过程中未对房屋建筑物造成较大损害。
3.2 盾构侧穿建筑物监测数据
以中循区间西马后12#、14#房屋为例，该建筑物建于上世纪80年代，7层砖混结构，砂垫层、整板基础，建筑物监测点[1]布置FR3-1~FR3-13，对应管片环数为287环~308环，监测点布置图详见图5所示。该房屋经鉴定为D级整栋危房[2]。右线盾构侧穿该房屋，从盾构机刀盘开始进入该房屋止盾尾脱出该房屋共计5天时间，第三方与施工方监测数据对比、各点累计沉降与沉降差异统计见下表2所示，监测点变化趋势详见图6所示。
表2：监测点沉降变化值
根据图6监测数据变化趋势分析，盾构在侧穿建筑物前后监测点变化比较稳定。房屋建筑物沉降主要是在盾构侧穿过程中造成的，并且距隧道中心线越近，其沉降越大，变形趋势也越大。但通过采取一定的控制措施，其沉降是可控的，盾构在下穿房屋过程中未对房屋建筑物造成较大损害。
3.3穿越过程中盾构机停机沉降分析
西马后路16#、18#楼，该楼为上世纪80年代修建房屋，8层砖混结构，基础为整板基础，经鉴定，该房屋为基本完好房[2]，隧道正下方穿越该房屋，盾构刀盘从开始开始进入该房屋到盾尾全部脱出该房屋共计时间5天，由于机械故障原因，盾构机在中间停机1天，建筑物监测点布设为FL25-1~FL25-13，对应管片环数位312环~332环，监测点布设详见图7所示，第三方与施工方监测数据对比，各点累计沉降与沉降差异统计见下3所示，监测点变化趋势详见图8所示。
表3：监测点沉降变化值
根据图8监测数据变化趋势分析，盾构在穿越该栋房屋过程中沉降变化较大，并超过报警值，其主要原因是盾构机在穿越过程中由于设备故障导致停机，尽管设置泥水压力采取保压措施，但总体沉降较大，可见盾构机在停机过程中周边地层损失较大，掌子面可能出现局部坍塌现象，进而导致房屋沉降较大，但通过采用二次补强注浆等措施，稳定住房屋沉降，未对房屋造成过大损坏。
4 沉降控制措施
4.1 合理选择泥水仓压力
盾构机在穿越建筑物过程中主要以顶部泥水仓压力作为参考，通过设定气垫仓压力调整顶部泥水仓压力，顶部泥水仓压力可根据地层埋深计算，同时需要考虑地面建筑物自重而产生的附加应力，泥水压力设定值时比正常掘进压力偏大0.1~0.2bar。
4.2 优化泥浆性能
泥浆的参数主要包括泥浆比重和粘度2个指标来控制泥浆性能，在富水砂层中，泥浆比重往往会下降，可通过喷闰土及制浆剂来调整泥浆的参数，盾构每掘进1环，必须对泥浆指标进行检验，一般泥浆比重控制在1.2~1.3g/cm3，泥浆粘
度控制在18~22s左右，泥浆性能是确保掌子面临时稳定的关键所在，泥浆性能越好，掌子面瞬间形成的泥膜质量越好，从而提高掌子面瞬间稳定性能。
4.3同步注浆
同步注浆砂浆配合比及砂浆注入量是控制房屋沉降的关键，在富水砂层中盾构穿越建筑物，应选择凝结时间较短的浆液配合比，通过加大水泥参入量调整砂浆凝结时间。另外同步注浆量必须足量，在盾构穿越建筑物掘进中，同步注浆量按照盾构机开挖轮廓与管片外壁之间形成空隙的1.8~2.0倍。
4.4及时二次补强注浆
对脱出盾尾的管片及时进行二次补强注浆可有效控制房屋建筑物后期沉降，可将建筑物后期沉降在最短时间内稳定于一定数值。二次补强注浆主要采用水泥-水玻璃（35波美度）双液浆，水灰比1:1，注浆部位选择管片拱顶150度范围，注浆应遵循“少量、多次”的原则，注浆压力控制在0.7~1Mpa。本区间为确保拱顶150度范围内有更多注浆孔，特在每块管片上额外增加2个预埋注浆孔，将每环管片的预埋注浆孔数量由原来的6个增加至16个。
4.5重视信息化施工
高度重视信息化施工、强化现场管理，特别是增强掌子面管理的执行力度，确保施工安全。加强对穿越建（构）筑物段的施工监测、加大监测频率，监测数据应准确、可靠、全面并及时分析、反馈，并正确指导施工。
4.6加强设备维修保养
要加强盾构机尾刷和铰接等部件的性能和施工过程中的控制，确保其密封性能。盾构在穿越建筑物前加强对盾构机设备的维修及保养，确保盾构机以最佳性能穿越建筑物，避免盾构机在房屋建筑物下的停机，以减小后期沉降。要高度重视泥水分离设备的选择，确保其分离能力、处理能力，必要时采用添加化学添加剂的方法增强其分离能力。
5 结论
根据监测数据显示，泥水盾构在富水砂层中穿越房屋建筑物过程中，由于地层损失，沉降是不可避免的，但可通过优化盾构掘进参数、加强同步注浆及二次补强注浆等措施控制其沉降。房屋建筑物沉降与房屋基础形式、房屋建筑年代及盾构穿越期间控制参数均有一定的关系。盾构在富水砂层中穿越建筑物前，首先应对盾构穿越影响范围内所有房屋基础及布置形式进行调查，邀请具有资质的专业鉴定单位对房屋进行鉴定。穿越前应加强盾构机的维修保养，排除机械故障隐患，同时应调整好泥浆性能、泥水仓压力及同步注浆等参数，及时二次补强注浆，加强对房屋建筑物的检测等措施来控制建筑物沉降。
参考文献：
[1] GB 50308-2008城市轨道交通工程测量规范（2008） 中国建筑工业出版社
[2] JGJ 125-99危险房屋鉴定标准（2004年版）。中国建筑工业出版社
[3] CJJ 1-2008 城镇道路工程施工与质量验收规范中国建筑工业出版社
[4] GB 50307-1999地下轨道、轻轨交通岩土工程勘察规范中国计划出版社。
[5] 侯占鳌隧道涌水对环境的影响及其控制对策研究
辽公网安备 21020302000024号工信部备案号: 辽ICP备15011726号-5
