盾构机穿越建、构筑物施工方法浅析

盾构机穿越建、构筑物施工方法浅析

摘要：在盾构法隧道施工中经常要穿越既有建筑物，可能造成建筑物隆起或沉降，导致建筑物产生裂缝或破坏，而产生较大的经济损失。本文通过盾构施工穿越西安朝阳门古城墙为例，简要论述了盾构施工穿越既有建筑物时的施工工艺方法，以为今后同类工程施工积累施工经验，并起到借鉴和指导作用。 关键词：盾构施工 穿越 既有 建筑物 0 引言

根据西安地区的地质特点，地铁区间隧道施工主要采用盾构法施工，盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的混凝土管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。目前在西安地铁区间隧道建设中以土压平衡式盾构应用最为广泛。地铁盾构法隧道施工技术难度大、施工风险高、质量要求高、不可预测因素多，本文对西安地铁一号线9标盾构掘进穿越既有建筑物的施工方法进行了初步总结，积累了一些初浅的施工经验，以下就以土压平衡式盾构为例，对隧道掘进施工穿越既有建筑物的施工重点及采取的对策，谈一点体会，以起到抛砖引玉的作用。 1 工程概况

1.1 工程概况西安市地铁一号线（后围寨～纺织城段）工程的五路口站～朝阳门站区间隧道（简称：五朝区间）起迄里程为z(y)dk21+536.250～z(y)dk22+384.200（其中

zdk22+274.282=zdk22+270.274长链4.008m)，左、右线区间分别长：851.958m和847.95m，均是典型的盾构施工。右线在里程为ydk22+165.234～ydk22+203.232段下穿朝阳门明城墙，本城墙于1993年重新修缮，城墙北部为含两层地下室的钢筋砼框架结构，基础采用静压桩基。左线下穿朝阳门北城墙下的地下室，地下室底板埋深约3.7m，地下室底板下双排静压桩，桩长14.4m，盾构隧道与静压桩平面最小净距约为2.441m。区间隧道右线下穿朝阳门城门洞，门洞基础为5排静压桩基，桩长为15.5m，与右线竖向最小净距约0.742m，平面最小净距约为2.863m。

1.2 工程地质及水文地质盾构在穿越朝阳门门洞下部时主要位于4-1老黄土层和粉质粘土层中，左线区间隧道与城墙地下室基础最小净距约为15.4m，右线区间隧道与城墙门洞基础最小净距约为15.5m。地下水位埋深约6.5m。 2 城墙、门洞两侧及其周围地表加固 2.1 加固范围

2.1.1 朝阳门门洞结构基础两侧

2.1.2 朝阳门北城墙加固范围为沿城墙方向盾构中线向北16m范围，城墙东西两侧各打设一排。 2.2 加固方法

2.2.1 预埋袖阀管在盾构通过城墙前在地表沿城墙四周对城墙基底下方预埋ф42袖阀管注浆加固，袖阀管埋深在地下水位以下。袖阀管间距0.6m×0.6m，梅花形布置，加固范围为地面下3m。当

地表沉降或城墙倾斜值达到报警值时，立即进行跟踪注浆。 2.2.2 袖阀管施工方法。①为达到加固土体的目的，袖阀管施工方法至关重要。它的机理就是让钻孔机钻孔再通过孔向地层中压入水泥浓浆或速凝型浆液，让其随着地层的压密和浆液的挤入，并在压浆点周围形成大小不一的固化浆泡，形成一层固化浆泡层，这样土地的强度和抗渗能力就得到了提高，从而达到加固土体的目的。②袖阀管注浆的施工工艺要求：a钻孔：钻孔的垂直度必须精确。b安装袖阀管：安装袖阀管工作纷繁复杂，具体包括安装套壳料、袖阀管并连接、钻孔封口等。c安装pvc管：首先要检查的是注浆头的状况，典型的代表是单向阀的状态是否良好，管路是否通畅，各节管路的连接质量是否良好，这些都是必须的，因为一旦袖阀管有堵塞的现象发生，就必需立即洗管，并力求使pvc管伸至孔底。d浆液制作：浆液的制作要依照一定的数据，即设计和现场工程师提供的配合比，浆液的比重在规定的范围之内，添加剂的添加也要符合试验人员确定的参量，保证水泥浆液的配制质量。e开注浆机：在上述工作任务完成之后便可开注浆机进行注浆工作。f双液混合：双液注浆有严格的时间要求，其凝固时间一般控制在60~120s，浆液凝固时间的调整主要根据注浆要求和作用的不同，通过调整浆液的配合比和水泥液的浓度比重来实现。g清洗及文明施工：在注浆工作完成后，药剂师清洗所用工具（包括注浆机、搅拌机和各种管路），保持他们的情节，此工作至关重要，不容忽视。 3 盾构机施工掘进方法

3.1 盾构机选型及性能要求。本标段全线地层为黄土、饱和黄土等，强度极低，属软土地层掘进，为达到良好的效果，减少不必要的附加沉降，在掘进方法上均采用土压平衡模式。适时的将土仓压力与地面沉降观测结果对比参照，保持土仓压力合理的同时保持土层平衡。盾构机要时时跟踪检查，使其保持良好的运转状态，避免因机械故障造成停机等延误时间。

3.2 盾构试掘进及掘进参数确定。为了选择更合适的盾构机，通常会选择盾构通过城墙前的10环管片，作为盾构过城墙时的模拟段进行掘进，以确定在无城墙加载时的地层参数，根据模拟段的掘进参数，总结并制定详细的城墙段盾构掘进参数，保证城墙段施工的安全。

3.2.1 碴土改良的目的。①提高碴土的不透水性，使其具有较好的止水性，从而达到控制地下水流失的目的。②保持碴土的良好土压平衡，其目的在于稳定开挖面，控制地表沉降。③防止因开挖的碴土粘结刀盘而产生泥饼的现象。④提高碴土的流动性，有利于螺旋输送机排土。⑤降低刀盘和螺旋输送机的扭矩，同时减少对刀具和螺旋输送机的磨损，实现提高盾构机掘进效率的目的。⑥避免在螺旋输送机排土时出现喷涌现象。

3.2.2 改良的方法碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓内或螺旋输送机内注入泡沫或膨润土，利用刀盘、土仓搅拌装置或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，达到碴土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以

满足在不同地质条件下盾构掘进可达到理想的工作状况。 3.2.3 碴土改良的主要技术措施根据本工程的地质条件和盾构施工的经验，采取如下主要技术措施。在含水地层采用加泥土压平衡模式掘进时，为了增加对螺旋输送机内注入的泡沫量，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止喷涌，在拟向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入泡沫或膨润土。

3.3 管片拼装要求。管片拼装是盾构法施工的重要环节，其安装质量的好坏不仅对盾构机能否继续顺利推进有直接的影响，而且直接关系到隧道成洞的质量。

3.4 同步注浆与二次补强注浆。采用盾构施工法，在管片和地层之间将产生空隙，该空隙必须充填，否则，隧道周围的地基会有较大变位（主要由盾尾空隙引起）。因此，及时进行背后注浆是盾构工法中必不可少的环节。同时，背后注浆具有提高隧道的止水性能和确保管片衬砌的早期稳定性。

3.5 用实时监测数据指导盾构施工。对盾构掘进时的监测数据实时反馈，不断调整、优化掘进参数，以验证选择施工参数的合理性。

3.6 设定沉降和隆起指标并在掘进施工中严格控制。在工程施工前结合掘进情况计算预测地层沉降量，将预测计算结果作为预控参数，设定沉降控制指标为-30~10mm，沉降变形预警值为-20~7mm。适当减小出碴量，防止土层损失。 4 应急施工措施

4.1 盾构继续保持土压平衡掘进，分析沉降所产生的原因。 4.2 若沉降是由于盾构穿越致地层损失而引起，则：①加强洞内二次注浆，确保注浆压力与注浆量。②对地层变化较大地段，在地面采取二次注浆加固措施。③加大监测频率，密切观察地层变化速率，及时反馈信息，修正施工参数。

4.3 若沉降非盾构引起，汇同文物部门共同协商制定可行的补救方案。

4.4 城墙基础范围管片环内采取内支撑加固措施，以帮助管片承受外部的压力，控制管片的变形及滑动。

4.5 在城墙门洞通道上方挂设防护网，防止城墙砖体掉落。 5 施工效果

在采取了前文所述的施工方法和控制措施后，朝阳门隧道竣工后，其所穿越城墙沉降控制在-13～5mm范围之内，地表沉降控制在-15～5mm范围之内，各项指标达到优良工程标准。 6 结语

盾构穿越既有建筑物掘进施工时：①要对建筑物周围一定范围内进行注浆或其他方式的全面加固，保证其整体性和坚固性。②必须严格控制盾构掘进参数如土压力、掘进速度、同步注浆压力、同步注浆量、二次注浆压力等，将盾构掘进过程中引起的隆起或沉降值控制在规范允许的数值范围内。③盾构掘进过程中必须随时对建筑物上、极其周围监测点进行监控量测，并及时反馈给盾构操作人员作为停机检查和调整掘进参数的支持性依据，达到监测指导施工

实践的作用。 参考文献：

[1]刘建航，侯学渊.《盾构法隧道》1991.

[2]尹旅超.日本隧道盾构新技术[m].武汉:华中理工大学出版社，1999.