1、1盾构穿越临近建筑物施工中加固控制措施探究摘要：随着城市的现代化发展，土地资源越来越紧缺，充分利用地下空间成为了了城市发展的必然趋势。因此，地下铁路建设在一线发展城市中很常见。盾构是专门用于隧道挖掘的机械，可以尽量减少对地面建筑的影响。本文以广州地铁六号线大坦沙黄沙站为例，分析工程基本概况，探讨盾构在穿越临近建筑物施工过程中的加固控制措施。 关键词：盾构；穿越；临近建筑物；加固控制 中图分类号：G267 文章标识码：A 文章编号： 随着人口的迅速增长，以及城市经济的集中发展，土地资源紧缺成为了城市发展的一大难题。因此，充分利用地下空间，成为的我国一线发展城市的建设重点之一。盾构隧道挖掘机，简称
2、盾构，是一种专门用于隧道掘进的工程机械，具有测量导向，开挖切削土体，拼装隧道衬砌，输送土碴等功能，可以减少因施工而导致地面的沉降，降低对地面建筑的影响，而且受到施工场地限制小。所以，盾构法已成为了我国地铁建设的主要施工方法。本文以广州六号线的大坦沙黄沙站为例，探讨盾构穿越临近建筑物施工中的加固控制措施。 一、工程概况 广州市地铁六号线，全长 31.3 千米，西起金沙洲，然后向东南穿过荔湾、越秀、东山等区域，再折向东北到达天河区，整体走向呈“U”型。2其中，大坦沙黄沙站是使用盾构法为主要施工方法的路段之一。 该路段地面分布着众多的道路、高架桥以及民用建筑，例如珠江、广茂铁路、广佛高架桥、双桥公园
3、办公楼、广州市一中人行天桥、大坦沙岛电力铁塔、海角红楼等等。当中，广佛高架桥的桩基主要位于隧道下行线的第250 环450 环之间，河床处覆土 16 米。而海角红楼大约距隧道平面 7米位置。为了尽量减少施工对这些地面建筑的影响，并顺利通过水面对为减少对其影响，施工单位主要采用的是盾构的方法进行施工。 二、工法概要 采用盾构法在地下扩挖地铁车站就是在两条已经建成的相邻盾构隧道之间，相向分别暗埋开挖，让两条隧道贯通，暗挖空间要达到方案预先设定的规模，这样就可以达到在隧道中建设车站的目的。施工原理是：首先在需要建立车站的地方挖一个盾构施工工作井，大小按照施工地的实际情况来决定。接着按方案完成两条相邻隧
4、道的开挖。之后，在工作井内准备隧道扩挖，例如在扩挖空间建立管棚支护，在隧道内建临时支撑，改良隧道周边不适合施工的土体等等。最后，从隧道内进行相对暗挖施工，完成结构的基本构筑。 三、具体加固控制措施 (1)结构加固技术 首先，地面跟踪注浆加固。为了避免临近的建筑物受到工程的影响而变形，当盾构穿过建筑物的时候，应当要采取相应的结构加固措施，如基础加固、地基改良或者隔断防护等。施工单位在进行结构加固之前，先要考虑到施工的实际环境，包括施工的经济性、安全性、施工工期、3重难点以及现场环境等，另外，还要结合国内外的施工经验，选择最恰当的结构加固方案。在本施工工程中，盾构需要穿过海角红楼以及双桥公园，广州
5、地铁施工方主要采用的是地面跟踪注浆法来对建筑物进行加固。第一，钻孔设计。根据大坦沙至黄沙一段的实际地势情况，设计钻孔的位置、深度、斜度和排水等。第二，确定注浆次数和顺序。一般来说，需要进行两次注浆，首先是外围注浆，这是第一道屏障，其作用是防止第二次注浆时浆液流失。接下来就是第二次注浆了，即地基加固注浆。在注浆之前，在现有的桩基旁边安置两排劈裂注浆孔，每个注浆孔相隔一米左右，外围孔深约 4 米，内围孔深约 2 米。注浆量按照现场的实际数据来决定，通常是每米注浆 200 升。第三，浆液要求。要保证工程的质量，注浆浆液配合比例一定要严格控制，粘度要恰当，通常来说，水玻璃、水、水泥的配合比例是 0.0
6、3：0.5：1。这样浆液才能在规定的时间内凝固，土体的加固作用才能有效体现出来。第四，注浆时间和压力。注浆的效果关键是要看注浆的时间和压力。当填充注浆时，初始压力是 0.01-0.05MPa 左右,注浆结束后，压力约为 0.2-0.4MPa，在注浆完毕后要加入速凝剂，尽量在 1 到 3 小时之内让浆液凝固。 其次，改良施工土体。由于大坦沙黄沙路段下行线第 250-450 环的 300 多米路段主要是砂性土地区，其中 286 环-436 环更是全断面的砂性土层。由于砂性土的孔隙比、渗透系数越大，其不均匀的系数就会越小，土壤容易液化，那地面的稳定性和安全性就会受到威胁。尤其是该路段还是广佛高架桥桩
7、基的分布路段，危险性就更大。因此，必须要采取相应的加固措施。可以通过加泡沫剂的方法来改良施工地段土体，确4保桥面和地表的安全性和稳定性。泡沫剂的注入装置见下图： 之所以采用加泡沫剂改良土体的方法来进行加固控制，主要有三点原因：一，泡沫剂中的气泡具有填充及润滑的作用，可以把压力舱中渣土的流动性提高，同时减少砂性土的内摩擦角，从而避免压力舱堵塞、渣土结饼等情况出现。这样盾构在使用过程中的推理就减少了，有利于提高施工的速度，并延长盾构的使用年限。二，气泡可以把渣土中的孔隙都填充满，从而减少渣土渗透，这样就可以预防喷涌了。而且气泡具有收缩作用，工作面的变动比较小，只需要恰当地配置好，就可以让工作面维持
8、在动态的平衡状态，这样盾构在进行施工的过程中对地面建筑的影响就可以降到最低程度。三，砂土在加入泡沫剂之后，性质会受到一定程度的改变，形成“塑性流动状态” ，变形性好，稠度软，内摩擦角变小，渗透度也得到了改变。这样，砂性土层常见的施工技术难题如喷涌、开挖面失稳等就可以得到有效的解决了。 当然，泡沫剂并不是随便注入的，在土仓压力、刀盘转速、总推力、推进速度、泡沫用量等方面都有严格控制。具体参数见下表： 5表一广佛高架桥加注泡沫各技术参数 （2）控制盾构推进参数。 盾构推进参数包括盾构推进的速度、正面土仓压力、出土量以及推进姿态等。如果在施工过程中，不注意相关参数的控制，就有可能导致地面变形，建筑物
9、下沉，对地面建筑物形成巨大的干扰。 首先，控制盾构推进速度。当盾构在穿越建筑物的时候，如果不控制速度，就会出现过度挤压，从而导致内外土仓的压力产生差异，对土层造成一定的干扰，大压力超出一定范围，就会对桥桩基形成威胁。所以，本工程中，当盾构穿越广佛高架桥进行施工的时候，盾构的推进速度是每分钟 3cm 左右。故此，盾构在推进过程中所形成的应力就全部得到释放了，有效降低了盾构推进过程中对土体的破坏程度，同时也避免了对桩基下土地的过度干扰。 其次，控制盾构正面土仓压力。盾构在穿过建筑物的过程中，要把切口土的压力控制在有效范围之内，从而让盾构可以很好地进行正面沉降，在推进过程中，控制梯度压力，以尽量降低
10、土仓压力的扰动，这样就可以达到盾构匀速平衡施工的目的，此时，盾构推进对地面的影响也就降到了最低程度。 6第三，控制出土量。出土量对土仓压力的稳定有直接的影响。由于本路段的开挖断面以砂土层为主，其中还有一部分是全断面的砂土层。因此，施工的出土量要严格控制，与进尺量保持均衡，一般来说，每次出土的出土量和车斗的上沿基本平行。用相关公式把出土的松散系数计算出来，让每环的出土量都在计算值范围允许范围内。另外，除了控制出土量之外，还要收集每环土质样本，进行地质水文分析，一旦发现开挖段面地质与之前的探测结果不一样时，要立刻商讨，转变施工方法。 第四，控制盾构姿态。盾构在推进到建筑物之前，要先调整好姿态，以最
11、佳的状态进行推进。在穿越建筑物的过程中，再次检测控制网、隧道内和井下的各个测量控制点，在确保一切正常后，盾构机械依据测量数据，调整到最佳姿态，进行推进，轴线误差不能超过 10mm,尽量小幅度，匀速地施工，而且施工时间越短，其对地面建筑的影响就越小。盾构在穿越广佛高架桥时的盾构姿态如下图： （3）沉降控制 首先，设置沉降控制监测点。把工程附近的建筑物作为重点监测对象，对监测对象的结构、基础形式、距离工程远近、对工程的重要性等方面进行综合考量，设定沉降控制监测点。如双桥公园办公楼、大坦沙电力铁塔等，都是容易出现倾斜或裂缝的建筑，盾构的施工必然会对其产生巨大的影响，因此，这几个地方是沉降监测的重点，
12、要设置两个以7上的监测点，对倾斜和位移进行准确的测量，这样才能保证建筑的安全和稳定。另外，广佛高架桥是连接广州和佛山的重点交通路段，交通繁忙，容易出现路面沉降的情况，因此也是监测的重点。广州地铁施工单位在隧道的垂直轴线上，设置了两排横向的监测点，每隔 5 米就有 1 个沉降点。这样的布置，可以在施工过程中随时反馈监测结果，及时进行调整，有效避免了盾构施工导致地面沉降的情况出现。 其次，控制监测频率。在盾构开挖施工的前期，每天需要观察 2-3次，为确保数据的准确、无误，以 3 次观察的平均值作为初始值。当盾构完成穿越后，对建筑物的影响逐渐减少，建筑物的变形渐趋稳定，此时可以适当减少监测次数，可以
13、一天监测一次。在穿越完成 7 天后，地面的变形就基本稳定了，可以停止监测。另外，海角红楼等重点建筑物要加设警报装置或自动记录仪，对地面建筑物的变形进行随时的监测和控制，避免安全事故发生。 第三，广佛高架桥沉降监测结果。下图是盾构穿越广佛高架桥时一周的地面沉降监测数据： 根据上图可知，盾构穿越广佛高架桥的一周内，地面沉降量基本控制在-30mm 至+10mm 之间。随着盾构的推进以及盾尾的注浆，在盾构切口还没有到达监测点的时候，一些监测点就已经隆起了。当盾尾全部通过监测点时，各点的沉降就回落，并逐渐缓和。由此可以得知，后期补压8浆，可以有效控制各个监测点的后期沉降，将其控制在可允许的变动范围之内，
14、确保建筑物的稳定。 第四，信息化的控制管理。盾构推进穿越过程中，影响因素多，而且复杂，一定控制不及时，不仅会使地面建筑产生巨大的变形，而且还有可能埋下安全隐患，出现安全事故。因此，在此过程中，施工人员需要时刻监测，观察结构变形情况，这就需要借助先进的信息化技术了。用先进的计算机技术以及通信技术，准确监测建筑物情况，并把数据及时传送到中央控制室，中央控制室再根据具体情况，及时做出判断，下达命令，调整相关参数，保证盾构穿越过程顺利进行。 四、结束语 终上所述，广州六号线大坦沙站黄沙站的盾构施工之所以能够顺利、成功地完成，主要原因有：施工前，详细调查工程沿线经过的建筑物，经过现场勘察后，共同商讨，根
15、据施工地的实际情况，采取最佳的施工方案；施工过程中，严格监测和控制各种数据，把沉降控制在允许范围之内，其中，重点是控制后期沉降以及差异沉降；施工后，继续监测，本工程中所涉及的重点保护建筑，其监测时间都在一周以上，并根据数据及时调整，保证建筑物安全与稳定。 参考文献： 1 吴占瑞. 盾构扩挖修建地铁车站对临近建筑物影响研究D. 西南交通大学硕士学位论文，2009. 2 辛永波. 成都地铁盾构机穿越建筑物注浆施工技术J. 都市快9轨交通, 2012，25(1). 3 廖 屹 王东冬 陈万强. 盾构机穿越建筑物等不良地层的技术措施J. 水电站设计, 2011，27(3). 4 李进军 王卫 黄茂松. 地铁盾构隧道穿越对建筑物桩基础的影响分析J. 岩土工程学报, 2010，32(2). 5 田世文 杜新飞 张柏. 北京地铁 10 号线盾构下穿既有建筑物的控制措施J. 施工技术, 2008,(12). 6 杜志田 李颖 胡浩盾构法施工在天津地铁中的应用J铁道标准设计，2006(6) 7 施仲衡地下铁道设计与施工M西安：陕西科学技术出版社1998 8 李早 黄茂松隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响分析J岩土工程学报,2007. 9 卿伟宸 廖红建等隧道开挖对桩基影响的有限元分析J土工基础，2006. 10 夏才初 李永盛.地下工程测试理论和监测技术M.同济大学出版社，1998,（1）.
