泥水盾構(gòu)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(gòu)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(jié)合地形、地貌及工程地質(zhì)情況，主要介紹泥水盾構(gòu)機在穿越老建筑群過程中沉降分析及控制，對盾構(gòu)在側(cè)穿、下穿建筑物過程前后建筑物沉降進行歸納、總結(jié)與分析,并采取一定的控制措施，所得結(jié)論對類似工程有借鑒和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu)；沉降；建筑物；注漿

0引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)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(shù)的成熟，對建筑物沉降提出更高的要求。

盾構(gòu)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(gòu)施工提出更高要求，在富水地砂層中采用泥水盾構(gòu)掘進，沉降受建筑物自身基礎(chǔ)形式、建造年代、盾構(gòu)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(gòu)，盾構(gòu)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(jié)構(gòu)覆土厚度10.5～22m，盾構(gòu)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(gòu)）筑物的影響范圍

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程以及國內(nèi)城市地鐵盾構(gòu)工程施工經(jīng)驗，結(jié)合武漢地鐵已施工盾構(gòu)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(gòu)）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(jié)構(gòu)，8層房屋以上2棟，為鋼混結(jié)構(gòu)。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(chǔ)。根據(jù)武漢市房屋鑒定站鑒定結(jié)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(gòu)）筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.1 盾構(gòu)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(jié)構(gòu)，砂墊層、整板基礎(chǔ)，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(shè)在循禮門西馬后路8、10號樓上，對應(yīng)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)，砂墊層、整板基礎(chǔ)，建筑物監(jiān)測點[1]布置FR3-1~FR3-13，對應(yīng)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(gòu)側(cè)穿該房屋，從盾構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為整板基礎(chǔ)，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(gòu)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(gòu)機在中間停機1天，建筑物監(jiān)測點布設(shè)為FL25-1~FL25-13，對應(yīng)管片環(huán)數(shù)位312環(huán)~332環(huán)，監(jiān)測點布設(shè)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(gòu)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(gòu)機在穿越過程中由于設(shè)備故障導(dǎo)致停機，盡管設(shè)置泥水壓力采取保壓措施，但總體沉降較大，可見盾構(gòu)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(dǎo)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(gòu)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(shè)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(yīng)力，泥水壓力設(shè)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(gòu)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(guān)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(guān)鍵，在富水砂層中盾構(gòu)穿越建筑物，應(yīng)選擇凝結(jié)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(jié)時間。另外同步注漿量必須足量，在盾構(gòu)穿越建筑物掘進中，同步注漿量按照盾構(gòu)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(yīng)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(yù)埋注漿孔，將每環(huán)管片的預(yù)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(gòu)）筑物段的施工監(jiān)測、加大監(jiān)測頻率，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)準確、可靠、全面并及時分析、反饋，并正確指導(dǎo)施工。

4.6加強設(shè)備維修保養(yǎng)

要加強盾構(gòu)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(gòu)在穿越建筑物前加強對盾構(gòu)機設(shè)備的維修及保養(yǎng)，確保盾構(gòu)機以最佳性能穿越建筑物，避免盾構(gòu)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(shè)備的選擇，確保其分離能力、處理能力，必要時采用添加化學(xué)添加劑的方法增強其分離能力。

5 結(jié)論

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，泥水盾構(gòu)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(gòu)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(chǔ)形式、房屋建筑年代及盾構(gòu)穿越期間控制參數(shù)均有一定的關(guān)系。盾構(gòu)在富水砂層中穿越建筑物前，首先應(yīng)對盾構(gòu)穿越影響范圍內(nèi)所有房屋基礎(chǔ)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(yīng)加強盾構(gòu)機的維修保養(yǎng)，排除機械故障隱患，同時應(yīng)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：

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[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

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[5] 侯占鰲隧道涌水對環(huán)境的影響及其控制對策研究