赵俊淞
北京住总集团有限公司轨道交通市政工程总承包部，北京市
摘 要：盾构施工法在实际应用中优点众多，现如今逐渐成为城市地下隧道修建的首选工法。但盾构法施工不可避免地会对周围土层产生扰动，改变原地层的状态，引起一定的地层位移和地表沉陷，危及邻近建筑物的安全，对周围的环境造成一定损害。因此，盾构施工能产生多大的沉降或隆起，会不会影响相邻建筑物的安全，是地铁隧道盾构施工中最关键的问题。要在地铁工程施工前对工程可能引起的地面沉降问题有所估计，首先需要了解盾构穿越建筑物的主要施工安全风险及施工引起地地面沉降的一般规律和机理，进而提出相应的控制措施，达到事先防控的目的。一般情况下，在盾构隧道施工前采用地面地基加固的方法对邻近重要建筑物基础或管线进行地基预加固处理是盾构隧道施工过程中常用和可靠的措施。但在建筑物群间距小、密集度大，没有地面加固所需空间的情况下，只能从设计和施工本身来解决地层损失，减少对地层的扰动，达到最终控制地面沉降，保护建筑物的目的。为研究盾构下穿既有建筑物引起的地表和上部建筑物的沉降变形规律，本文依托某地铁隧道盾构下穿街道项目，采取全过程分阶段风险控制措施，并建立三维数值模型，分析沉降规律，将模拟结果与实测结果进行比较，验证数值模拟的可靠性，以便为类似隧道盾构下穿既有建筑物项目的施工提供参考。
关键词：盾构施工；下穿；既有建筑物；沉降变形；控制措施
引 言
地铁盾构施工不可避免会穿越城市建筑物下部结构或其邻近区域，下穿施工扰动了原有土层，使施工近接区的地层、地表及建筑物产生一定的沉降变形，影响既有建筑物的使用寿命，危及人们的生命安全，对城市地铁隧道工程建设产生负面影响，因此，在盾构施工中，近接建筑物防护技术的系统化和完善愈来愈重要。
1 盾构施工区既有建筑物的防护
为控制盾构下穿施工对施工区域既有建筑物结构沉降的影响，应对该区的既有结构物进行防护。
1.1 调查、评估
施工前，应调查近接施工区建筑物的产权单位、建设年代、结构形式、结构层数（包括地上和地下）、基础形式、基础埋深等。根据设计施工图，利用测量放线，放出近接施工区建筑物的隧道中线在路面上的实际位置，确定隧道与近接施工区建筑物的平面关系与垂直关系。对近接施工区建筑物进行评估，确定危险等级，编制建筑物结构调查及评估报告。
1.2 地层空洞超前探测
为避免施工前存在的地层缺陷和因施工干扰产生的地层隐患造成的地质灾害，施工前对盾构近接施工区地层进行超前探测。采用探地雷达进行地层超前探测的操作流程为：根据监测点的位置，沿隧道中线及中线左、右两侧2m处各布置一条测线，确保精确探测到盾构近接施工区域内的地层特性[1]；对道路、管道、各种建筑物基层以下的各类土层进行探测，根据探测对象产生的反射波形状和强度，确定探测参数；根据预先确定的不同结构、物质反射波的强度和波形，分析雷达图像并提供检测结果和建议，形成最终的检测报告。
1.3 施工前加固处理
依据对既有建筑物结构调查及评估报告和探地雷达探测报告，确定是否实施加固、处理以及实施的范围。若有需要，可以采用双液注浆技术及时对地层进行加固处理，抑制地层沉陷。
1.4 施工过程数值模拟
结合以往数值模拟经验、施工图设计、岩土勘察和雷达探测报告、建筑物结构调查评估报告以及试验段确定的施工参数和地表沉降数据等，确定计算参数，建立盾构近接施工的计算模型。编制盾构近接施工数值模拟报告，并给出施工建议。
1.5 施工过程控制
1.5.1 施工前预防措施
依据工程概况，理论计算和室内的试验结果，结合100m试验段掘进情况，确定盾构施工的关键参数，例如出土量、土压力、注浆压力、同步注浆量等。注浆液中水泥、粉煤灰、膨润土、砂、水的质量比为100∶450∶60∶600∶500。对盾构机及其配套设备进行全面、彻底的检修，对可能产生的故障预先做好应急预案，确保盾构机24h连续、匀速推进或尽量缩短停机时间，减少因长时间停机导致建筑物产生沉降、裂缝等[2]。配备充足的管理人员和施工人员，保证人不离岗。与施工物资供货商签订协议，确保物资供应的连续性。将盾构机的姿态调整到最佳状态，复测隧道内的测量控制网、地面控制点及井下测量控制点，确认无误后，根据测得的盾构机姿态，将盾构机轴线误差调整到小于10mm，保证盾构机以准确的姿态推进。
1.5.2 施工中控制措施
盾构机掘进中，将轴线高程或平面偏差控制在30mm以内，避免不必要的大纠偏对周围土体的扰动[3]。结合对每环土样的地质情况分析，及时调整掘进参数。严格控制出土量，防止超排，避免因此造成周围存在空洞或形成地层隐患。采用同步注浆量和同步注浆压力控制双重控制标准，以确保节段后面孔隙填充的致密性。指派专人每天24h进行检查，监测注浆量和注浆压力，如果发现任何异常，根据情况采取适当的措施进行处理。
1.5.3 施工后控制措施
继续对盾构近接施工区进行监控量测，直至沉降速度≤5mm/d，发现异常状况，立即采取措施进行处理。
2 盾构施工下穿既有建筑物沉降变形分析与控制措施
2.1 工程实例
以某地铁线路隧道盾构施工为例，阐述其盾构近接施工区的防护措施，通过数值模拟分析盾构近接施工区地表和建筑物结构的沉降变形情况。
2.2 工程概况与风险评估
该地铁某线隧道盾构施工区域位于主干道梁路下方，东西方向下穿一条主街道，周边遍布居民住宅，沿线电力、电信、雨水、污水、燃气、路灯、军用电缆等地下管道线路众多，且工程地质条件复杂，土质软硬不均、地下水丰富，故下穿街的盾构施工存在一定风险，需采取有效措施对盾构施工区的街道进行防护。
盾构隧道顶部与街道基础之间的距离小于1倍的隧道掘进直径（6．16m)；街道基础为柱下独立基础，整体性差，对不均匀沉降敏感，且双线隧道的中线位于结构柱正下方；结构建成至现在已近15a，建成时间较久；街道内商贩林立、人员众多，往返不断；街道位于城市繁华区主要交通干道路下方。因此，下穿街道盾构施工为I级风险项目[4]。
2.3 附近地层空洞探测情况
采用探地雷达探测，下穿区间街道南北两端外8m、主干路东西两侧宽32m，地面以下4m范围内存在土层脱落空区。
2.4 街道附近地层的加固处理
施工前采取双液注浆的方式进行加固处理。加固平面范围为街道周围，两端外8m，两侧外4m，如图1所示。加固深度为12．5m（街道基础以下1m)。试验段注浆参数：注浆压力为0．3MPa，注浆量为理论注浆量的1．5倍，浆液初凝时间为20～30s；水灰比为1．5；水玻璃与水泥浆的体积比为0．35，水玻璃的密度为1．19～1．22g/cm3。
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图1 土层脱空区加固平面图
2.5 盾构下穿街道的过程控制
2.5.1 下穿前预防措施
1）增设试验段。下穿前100m范围内进行试验掘进，确定切实可行的技术参数和措施。2）设备检修。对盾构机及其它辅助设备进行彻底检修，保证掘进工作顺利运行。3）复测。对隧道内的所有测量控制点进行全面复测，并将盾构轴线误差调整到小于10mm[5]，尽可能减小隧道下穿过程中因测量误差造成的不利影响。
2.5.2 下穿时加固措施
1）根据盾构刀盘推进线路的地面情况，在刀盘尚未完全穿越街道建筑物且位于其基础正下方时，发现刀盘推进速度持续降低，推进困难，为防止刀盘刀具损坏，采用在常压下更换刀具的方法，同时实施3种注浆法。①在房屋地下刀盘的前方位置，采用袖阀管进行注浆以加固地面。分为2部分：在刀盘前方钻15个深17．4m的孔进行超前注浆，以加固掌子面；在盾构机上方钻14个深10m的孔，固结地面建筑土体。②在盾构机内部进行注浆，主要利用中盾处6道超前注浆管钻孔注浆，固结盾构体上方，对掌子面进行超前注浆加固。③地面上房屋周边采用三重管高压旋喷桩对土体进行加固，在加固区设置2口降水井进行降水。
2）选取合适的注浆压力控制每孔注浆量，如果压力太小将无法有效的加固填充缝隙，压力过大则会引起地面的隆起，所以压力控制设定为2～4MPa。注浆顺序由中心到顶部进行，注浆压力达到设定压力范围后观察30min，如压力下降，继续进行注浆，当压力不再下降时，关闭灌浆端阀门，每孔浆液注入量约为4m3。在盾构开挖面前方1．5m上部形成约为120°范围的混凝土保护层，保护上方土体不坍塌，从而确保安全开仓更换刀具[6]。
3）跟踪注浆，每2h监测一次，如有必要，增加监测频率，及时给予反馈，并根据反馈调整注浆量。注浆必须按程序进行，每部分的注浆量必须准确，并且注浆压力必须由专人严格控制和操作。
4）合理布置测点，确定监测频率。5）采用探地雷达对下穿施工进行全过程跟踪探测。
2.5.3 下穿后控制措施
1）继续对施工区段进行监控量测，直至沉降速度收敛。
2）及时对盾构上方120°范围的地层进行二次补浆或多次补浆，采取地表注浆加固。
结束语
总而言之，盾构施工不可避免会产生地面沉降和隆起，穿越建（构）筑物时存在较大安全风险，故应充分了解盾构施工导致地面沉降的规律，详细分析盾构施工存在的安全风险，有针对性地采取措施，控制风险。通过精细化施工、合理设定盾构掘进参数，调整和控制盾构姿态、合理配置注浆浆液，采取同步和多次注浆、加强监测、信息化施工等综合技术措施，可将盾构上方建筑群的地面和建筑物沉降及变形控制在安全范围之内。
参考文献
[1]盛超.盾构下穿贡街变形影响分析及风险控制[J].安徽建筑，2019，26(04):148-150.
[2]辛亚辉.盾构隧道下穿建筑物受力影响分析[J].施工技术，2018，47(S4):1440-1444.
[3]胡国喜.双线盾构隧道连续下穿老旧建筑群施工技术[J].公路，2018，63(11):319-325.
[4]卫晓英.盾构下穿对不同基础形式建筑物的影响分析[J].山西建筑，2018，44(24):151-153.
[5]孙峰.盾构下穿楼房桩基主动托换优化技术研究[J].铁道工程学报，2018，35(09):93-97.
[6]卫晓英.盾构下穿对不同基础形式建筑物的影响分析[J].山西建筑，2018,44(24):151-153.