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盾构区间连续穿越浅埋建筑物

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：王长彪

[导读] 摘要：随着我国的经济不断发展，城市的建成也不断的发展，随之而来的是人口越来越集中于大城市，随之而来是产生交通问题，而我国一些发达地区已经进入了大规模的利用地下空间的时代。

        中铁十局集团城市轨道交通工程有限公司广东番禺 511400
        摘要：随着我国的经济不断发展，城市的建成也不断的发展，随之而来的是人口越来越集中于大城市，随之而来是产生交通问题，而我国一些发达地区已经进入了大规模的利用地下空间的时代。而利用地下空间也是最有效最好的来解决交通等问题，地铁的建设将是我国21世纪下地下空间利用的重点，北京、上海和广州等地区已经设置新的线路，利用盾构连续穿越浅埋建筑物的方法向前推进。因为盾构区间的隧道工程投资多规模庞大，涉及到的各方面因素也相对较多，施工也较为复杂。所以对于盾构区间的工程进行分析和评价，为工程顺利的施工提供可靠的依据。本文将详细介绍了盾构掘进的参数对建筑物的保护措施，监测情况以及注浆情况等。
        关键词：盾构区间；浅埋；建筑物
        引言：随着城市的不断发展，大量的人口涌入大城市，而城市的人口家具必然导致城市基础设施相对滞后，交通拥堵已经成为了城市居民生活中最令人头疼的问题，人口密度大活动空间则显得相对狭小，而对于土地的面积是一定的，城市的人口又过于集中，原有的土地上已经不能满足居民对于生产生活的需要，拥挤已经成为了城市的象征，人口有了城市还给城市带来了环境污染，废气污染，噪音污染等等，面对城市空间有限的问题，应该把城市交通中一切问题进行客观的分析，除此之外，对于地下交通更不占用地上的房子等建筑物。在地下建立交通建筑更为了城市上建立居民小区商业广场提供了空间，所以地下建筑成为了城市经济发展中重要的标志。
        1.盾构掘进参数
        1.1盾构始发阶段
        在盾构的事发阶段往往为了防止地面的塌陷，为了保证土体强度的均衡，更有利于盾构姿态的控制等各方面原因进行了在端头土体进行加固，那么盾构始发的时候应该注意如下问题：
        ①因为始发阶段的硬度较大。掘进机的刀盘扭距很大，导致输送机较大推速较慢，加入泡沫时舱门喷射，有时还会有地面喷射等情况。②因为盾构机与地面之间的摩擦较小，这时在两侧焊接钢块儿作为防止扭动的装置进行加固。
        ③为了防止盾构机因工作向下“低头”，可在始发地洞口安装一个始发的导轨来保证始发地安全进行。
        ④在拼接负环管片的时候，防止两个临接块之间的失去稳定。可在盾壳之间焊接一个钢块来保护临接块。
        ⑤由于负管管片的转动或者松动导致的变形，应该立即停止对管片的支撑，并对管片进行加固。
        ⑥应该派专人进行观察和检测，发现特殊的情况应当立即通知司机停止向前推进，以保护始发阶段的安全。

1.2对于盾构的正常直线掘进
在正常接近十吨够的各个性能发挥到机器最佳的状态，刀盘转速较大扭距小，所以掘进的速度就更快，系统的压力没有太大的波动，但由于盾构掘进的速度较快，螺旋输送机酵素也随之增快，在单位时间内输出的碴量大。所以在皮带输送机上很容易造成打滑的现象。若人工监视器一旦发现这样的事情，就要立刻停止推进停止。刀盘的旋转将皮带进行人工清理，清理完成后还可以继续掘进，与此同时还要保证掘进机的盾构系统润滑情况，可以更好的减少部件的摩擦量，使之更持续的工作。我们可以通过出产量的状态来推断里面的情况，若出现大量的碴量可能里面出现了坍塌，若出碴量较小，则掌子面中可能存在着空洞或者裂隙，所以要控制出碴量。

        2.盾构掘进对建筑物的保护措施
        2.1盾构掘进对建筑物的损伤的分析
        通过法的施工效果会引起地层的移动，而导致地层的变形，所以采用先进的盾构技术也无法防止这种变形。也就是说当变形达到一定程度的时候，就会影响周围建筑物和轨道的正常使用。
        2.2盾构掘进对地层变形的影响分析
        在盾构掘进的过程当中，对周围土壤产生震动，在土体初始的状态下发生变化而导致整个土层的变形孔隙等一部分物理作用参数群发生了改变，最直接的表现是地表隆起或者是下降。在盾构施工的过程当中，对土壤的施工水平和地层条件等很多因素有关。对于土体的变形也可以有一定的规律性有如下几个特点可以分开为五个阶段：首先是对于土体受到挤压，地表的表现是上升或者是下降。其次在盾构开始的时候，对于刀盘和物理作用的影响下，土体发生了变化，很容易造成土体的隆起或是下降。三在盾构通过的时候，通过盾构和土体之间的应力状态减少两者之间的摩擦。四在盾构尾部通过土地的水压有发生了下降的状态土体产生沉降，当土体为黏土时可以发现它继续沉降，但是在沙石和过硬的材质中将无法下沉。
        2.3盾构穿越建筑物技术保护措施
        掘进前应该有项目负责人对此次施工进行一次全面系统的技术分析，确保该工程能够顺利安全地进行。其次还要确定施工的参数，根据工程经验和盾构的参数正确的平衡压力和推进速度。对于施工的出土量和注水量都要进行。准确的分析还要结合实际情况，在施工的过程中，根据地面监测的报告进行调整压力的大小。应当控制盾构机推进的速度，保证盾构能够匀速的前进并进行连续的施工，当扭距和推力发生较大的变化时，应当降低盾构的推进速度。在考虑曲线推进的情况下，出土量应当适当增加根据加水量的大小和扭据出土情况等进行分析从而调整推进策略，保证工程顺利进行。
        2.4盾构螺旋及控制措施
        盾构机碰撞桩之后，钢筋从螺旋机旋转出来，而螺旋机的压力将增大，在压力大的情况下，应当密切关注压力值当压力过大螺旋机则不能正常运转，无法正常的进行排除，那么可以采用以下三种措施。（1）螺旋机反复的旋转，慢慢的可以使之运转正常。有利于出土又有利于处理钢筋等障碍物，而土体压力的变化不超过80KPa，必要的时候可以关闭螺旋机前闸门，减少土体引起的下降。
        （2）如果螺旋机仍然不能够顺利的排土，那么可以采用加压或者是伸缩的办法来排除故障。
        （3）当螺旋机不能旋转后，可以打开螺旋机的观察口，观察机器卡死的情况，如果不能观察到情况，则需要根据发出的异常声响判断其故障位置，并用气焊的方法切开螺旋机，清除障碍物继续施工。
        2.5盾构建筑物的防裂措施
        在施工时增加对建筑物的监测频率，对于建筑物的安全性要多次检测，并采用技术精心施工，若建筑物发生下沉或者是等异常时，进行二次注浆或跟踪注浆，确保建筑物的安全。
        2.6监测数据分析及施工措施评价
        监测点布置如图1所示，其中1-15号是监测点为房屋检测点，其余均为围墙检测点，隧道左线从房屋右侧进行穿越，各监点沉降曲线如图2和图3所示
        根据相关规定，地基不均匀等因素引起的变形，对于副体承重结构应有局部倾斜控制，砌体承重结构沿纵墙6-10m内基础两点沉降差与其距离的比值对中、低压缩性土为0.002，对高压缩性土为0.0031-7号监测点相邻两点距离约为10m，最大差异沉降为8.35mm，比值为0.0008，16-29号监测点相邻两点距离约为5m，最大差异沉降为6.45mm，比值为0.0013，均在控制范围之内。
        在左线道施工过程中，由于突遇桩基础而停止施工，监测点6和门沉降如图4所示。在停止施工阶段，6点沉降量增加约8mm，7点增加约1m，两点的沉降几平都是在这一阶段产生的。盾构在楼房底下会使房屋下沉趋势越来越大，对建筑物结构产生不利影响。

        3.检测情况
        3.1自动化检测项目
        使用精密水准对轨道的结构进行检测，对自动化检测进行复活测试，在断面的布设与轨道结构竖向变形的自动检测一致，在轨道结构上测点布置方法，在每个隧道口设置布设测点12个。在12个测点中有几种点一个共24个测点。到床的结构与隧道结构相似，也是由12个测点组成一个24个测点。在点位布设时应当避开隧道的设施，不应该影响轨道的正常运营，在轨道的特点上将其固定在道路一旁的排水沟中，同时应该注意静力水准仪安装不要进入列车行车的界限。用来保证静力水准点的在同一水管路。对监测点进行明显的标识，提醒线内的人员注意保护管路。
        3.2人工检测项目
        检测方法可以通过行走轨的几何变形，通过水平轨道前后高低等各种情况，根据要求进行检查。平面布局通过结构沉降和差异沉降的方法来实现。隧道结构及土体的沉降差异，用自动化的方式进行检测，把检测点进行明显的标志。用来提醒施工人员注意保护线路和管道之间的安全。在不设数量和位置上，上下线路应当布置相同的测点，测点在行轨的上方的轨道上。其中以轨道中线为中心，以10m为半径的一个监测断面，10m以外的区域每10m一个监测断点共有22个监测断面。在检测时应使用精密的仪器进行监测，用自动化的方式进行复核检测，断面位置和人工监测的断面应当一致。
        3.3针对盾构掘进方式的风险评价
        盾构穿越的特点风险评价应该包括以下两个方面，风险识别和风险评估。应当对风险识别的定向分析，既有地铁区间的沉降变形，这会导致超过原有的结构，要求威胁轨道的安全，而轨道运行公司对轨道的设计有严格的要求，一般要小于3mm，否则这会给交通带来极大的危险。在盾构区间的距离可以看出施工过程中的关键是最地下水土体进行的保护，而这些环节最关键的是水文地质的情况。
        3.4穿越位置关系
        在盾构隧道和地铁的区间范围内大小具有决定的作用，而穿越位置关系来确定风险等级划分十分重要。根据日本铁路发布的“既有铁路隧道近距离施工指南”来看，从这个指南来看，施工对于近距离的作业来说，施工队应当采取有效的措施谨慎施工密切关注土体的变化。

        4.注浆情况
        4.1严格控制注浆情况
        盾构注浆的方法是通过管片上的注浆口向其进行注浆，浆液包括水泥、化学和混合浆液等等，已达到填充空地控制地表沉降的作用，从而达到堵水加固的技术效果。注浆还包括了同步注浆和二次注浆盾构注浆的施工方式。通过上述的方法会出现土体变形或是建筑空隙等情况，考虑到盾构姿态的调整，具体的注浆情况根据地面的监控信息及时调整注浆速度，要保证与掘进机的速度一致。这是确保隧道防水质量以及成型线性质量的关键。
        4.2同步注浆的工艺原理
        在盾构掘进的同时插入注浆泵，在背部和刀盘的轮廓面之间进行注浆，它可以具有长期的稳定性，会有一定的流动性，在短时间内将其填满充实，从而可以达到一个支撑的效果，有效地防止土体坍塌，控制地表下降。
        4.3二次注浆的工艺原理
        通过水泥或者水泥姜水玻璃液等这样的介质，把注浆填充管片背后的空隙填满，从而控制地表下沉阻断漏水的作用。
        4.4同步注浆和二次注浆的工艺特点
        通过注浆的压力和量的大小以及注浆速度可以有效地降低地层的震动，可以促进隧道的早期稳定避免地表下沉，材料上选择到的浆液工艺简单，操作性强更安全。更有助于保护土体的稳定。适用范围是在涂压平衡盾构掘进过程中采用这两种注浆方法进行施工。
        结语：盾构区间的隧道工程投资多规模庞大，涉及到的各方面因素也相对较多，施工也较为复杂。所以对于盾构区间的工程进行分析和评价，为工程顺利的施工提供可靠的依据。为了解决此类问题，城市中应该采用地下的交通方式人们提供出行的方便。城市地下的空间是一个未开发的区域，人类对地下空间是一个自发到自觉的过程。所以应当大力发展城市地下空间，而地下空间能够快速的发展，是因为交通设施有着更快捷更方便的优点，它安全可靠准时方便能够大量地为城市输送乘客，将地上的交通移到地下，更有助于城市上的交通安全。
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        [4]孙宗军居构施工与基础相互作用的三维力学分析与研究D南京：东南大学，2018
        [5]张海波地铁道盾构法施工对周围环境影响的数值模拟DJ南京河海大学，2018