崔建东
北京城建轨道交通建设工程有限公司
摘要：本文以广州市轨道交通十号线某区间为例，对地铁盾构下穿房屋沉降控制技术进行探究，介绍了房屋沉降控制措施，可为相关工程施工作业提供合理的技术方案支持。
关健词：盾构施工；下穿房屋；沉降控制
引 言
随着社会的发展，城市交通基础设施越来越重要。地铁建设主要分布在较发达的城市。主城区的地铁建设往往要穿过建筑物。建筑物沉降控制是地铁施工的重点和难点。如果沉降控制不好，会造成建筑物开裂、倒塌，影响人民群众的生命财产安全。为保证地铁盾构隧道施工的安全顺利进行，以广州市轨道交通十号线某站为例，提出了盾构隧道施工的控制措施。
1、工程概况
区间所属地貌为珠江三角洲冲积平原（海陆交互冲积区），场地地形较平坦，相对高差较小，地面高程一般为7.33～8.76m。以水道、道路、厂房、空地为主。区间右线长度1794.459m，设计起迄里程为YDK19+375.100～YDK21+166.000，采用土压平衡盾构法施工，区间隧道管片外径6.4m，内径5.8m，管片厚度0.3m，管片宽度1.5m，楔形量48mm。区间隧顶覆土约11.5m～27.7m。最大埋深位于进江前空地为27.7m，最小埋深位于珠江航道内为11.5m。区间主要穿越翠园路、电力管廊、高压电塔、工业厂房、珠江堤防工程、丫髻沙大桥、环城高速及其他道路等。区间线路出东沙站后向东敷设，约670m处下穿珠江，穿越珠江主航道后进入丫髻沙岛，出岛后穿越珠江航道，最后向东北穿越石溪社区、厂房等进入大干围站。区间地层对沉降较为敏感，对隧道施工要求较高。详见【图1大干围站～东沙站区间场地环境卫星图】。
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【图1 大干围站～东沙站区间场地环境卫星图】
2、工程地质、水文条件
2.1地质情况大致如下：
（1）杂填土<1-1>
杂色，有灰黑色、砖红色、褐红色、黄色等，主要成分为黏性土、碎石、砼块、生活垃圾、建筑垃圾等回填而成，路面段和厂区等地段上部10cm为碎石垫层或砼路面。杂填土主要呈松散～欠压实状，不均匀，为近代人为填土，填龄大于5年。
（2）淤泥<2-1A>
深灰、灰黑色，饱和，主要由粉黏粒组成，含少量粉细砂，局部夹团状粉砂，可见朽木，略带腥味，局部有机质富集相变为泥炭质土，局部有贝壳碎片或蠔壳。
（3）中粗砂<3-2>
呈灰黄、灰白色，饱和，以稍密～中密松散，颗粒成分以石英、长石为主局部，局部含少量黏粒，分选性差，级配良好，底部混有少量砾砂。
（4）粉质黏土<5N-1>
呈褐红、暗紫红色等，稍湿，可塑状，为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩风化残积土，土质较均匀，干强度韧性低，遇水易软化崩解，压缩性中等。
（5）全风化泥质粉砂岩<6>
主要呈全风化泥质砂岩和粉砂质泥岩，暗紫红色、青灰色，母岩多为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，岩石矿物风化强烈，原岩组织结构已基本风化破坏。
（6）强风化粉砂质泥岩<7-2>、强风化泥质粉砂岩<7-3>
褐红、紫红、紫褐色，母岩多为泥质粉砂岩，岩石矿物风化强烈，风化裂隙发育，原岩结构大部分破坏。
（7）中风化泥质粉砂岩<8-3>
青灰色，泥质结构，层状构造，泥质、钙质胶结，失水易干裂，岩芯较破碎，呈块状～短柱状，岩质软，锤击声哑。
区间盾构始发段200m左右为软土地层，拱顶及上部洞身范围内地层主要为<2-1A>淤泥层和<3-2>中粗砂层。
2.2水文情况：
本区间地下水按赋存方式为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水，初见水位埋深0.7-2.9m，稳定水位埋深0.8-3.6m。
（1）第四系松散层孔隙水、
第四系松散层孔隙水主要赋存于海陆交互相沉积层淤泥质粉细砂<2-2>、淤泥质中粗砂<2-3>、冲洪积粉细砂<3-1>、中粗砂<3-2>中。
渗透系数K<2-2、2-3>=3.5m/d，K<3-1>=8.0m/d，K<3-2>=12.0m/d，本站第四系松散层孔隙水主要为承压水，局部为潜水。
（2）层状基岩裂隙水
基岩裂隙水主要赋存于砾岩和泥质粉砂岩强风化带及中等风化带中，地下水的赋存不均一，在裂隙发育地带，水量较丰富，具承压性。渗透系数一般为0.99～1.40m/d。
3、盾构下穿建筑物总体施工方案
盾构下穿建筑物总体施工方案，在盾构机挖掘过程中严格采用全土压平衡模型掘进，优化了渣土改良措施，根据理论计算方法和龙门吊称重相结合等手段控制盾构机的出土数量；在盾构机的掘进中及时地同步进行注浆，其注水的速度和持续时间应该是盾构机的掘进速度相同，对于隧道管片和地层间隙分别进行了注水和填充，从而有效防止了地面的沉降，在施工下穿高层建筑物时通过对于每台盾构机刀盘掘进的同步自动化施工控制，按照本项目工程掘进标段其他相关兄弟企业单位在相同的掘进地层中所综合研究总结分析得出的同步掘进量和自动化控制参数对每台盾构机掘出进行了控制施工，其中主要包括总掘进推力、刀盘掘进转速、刀片托盘掘进扭矩、出土掘进量、同步物料注入灌浆注入容量、同步物料注浆注入压力等，严格控制了每台盾构机的同步掘进量和自动化施工速度，并需要和其他螺旋式物料输送机的刀盘转速相当或同步，加强同步注浆量的控制。
3.1 盾构推进和地层变形的控制
本标段工程采用土压平衡盾构机，利用土仓内的土压力来平衡开挖面上的土体，从而实现对盾构刀盘的控制开挖前工作面支护的目的。水土平衡压力的设置为土压找平衡式盾构机施工的关键，是保持和调整设定压力值飞机推进操作的主要步骤包括总推力、推进速度和挖土量这两个因素之间的关系对盾构施工线和地表变形的控制起主导作用因此，在盾构施工过程中，应考虑不同的地质条件和覆盖层厚度通过对监测数据的反馈分析，实现了土仓压力的动态调整在力值上，盾构机推进盾构姿态保持相对平衡，即垂直姿态和水平姿态如果状态控制在±50 mm以内，则每次校正量不足以减少对土壤的干扰，同时，根据总推力、推进速度、开挖量和工程造价地层变形监测资料。根据不同穿越地层调整同步注浆浆液配比为使盾构姿态与设计轴线和地表变形相适应，应及时调整注浆量形状控制在允许范围内。
3.2渣土改良
盾构掘进过程中，参数正常，盾构姿态准确可控，掘进顺利，减少了刀盘的冲击和磨损。在盾构施工过程中，隧道开挖面土体特性得到了改善在地质软土层中，通过盾构刀盘设计的气泡注浆喷嘴将气泡剂注入前方土体中，有效降低刀盘扭矩，降低刀盘压力，使渣土适宜、易处理。施工工艺为避免土仓形成泥饼，应严格控制弃渣改良，保证设备的完整性和弃渣运输的连续性，确保穿越建筑物的稳定进行。
3.3土仓压力控制
穿越建筑物地段洞顶理论主动水土压力为0.12mpa。考虑建（构）筑物荷载和道路荷载，盾构混凝土筒仓顶部压力控制在0.14MPa。防护罩内盾构机通过建（构）筑物过程中，应根据各阶段盾构体通过建筑物监测分析结果的反馈信息，动态调整土仓压力，保证土仓压力与盾构机压力一致为防止土压力强度波动引起的沉降，应与其他建筑物的速度相匹配，土压力强度的变化应严格控制在±0.02mpa以内。
3.4盾构机姿态及盾尾间隙控制
施工过程中，盾构机姿态调整应控制在±5mm以内/在环内，避免快速矫正和剧烈矫正，减少因姿势调整引起的超挖，达到目的沉降控制的目的。同步注浆和二次注浆是盾构施工过程中控制地表沉降的主要方法根据施工经验，盾构推进过程中盾构姿态异常容易造成严重破坏因此，盾构穿越建筑物期间，应及时拟合盾构推进轴线和设计轴线，以控制盾构机姿态，保证盾构尾部间隙均匀为防止泥浆冲破盾尾，应加大盾尾油压注浆量。必须使用可使用性能优良的屏蔽尾油。
3.5推进速度控制
在下穿构（构）筑物期间，粉砂软土地层的推进速度应控制在30~40mm/min，避免推进速度太慢而导致切割机刀盘长期地位于建筑物下方受到较大时间的扰动，保证粉砂软土同步灌注后能充分均匀地被注入。严格控制同步注浆流量应与推进速度匹配。下穿（构）越建筑物时还需要特别注意如何保证其横向推进力的运行力和速度
的恒定和稳定，严格控制盾构的横向推进力和运行速度方向，减少其滑动纠偏，特别重要的一点是大量盾构值得注意纠偏，确保盾构机持续稳定推进。在穿越期间的推进率和速度管理核心是否平稳，尽可能地减小其对周围土体的干扰。④施工时禁止因为了提高推移速度，随意增加土仓的压力。在盾构下穿期间，每60cm至60cm测量一次盾构机的推进运行方向，尽可能地减少其纠偏，同时应使盾构机在下穿期间，保持匀速推进，从而有效地保证盾构机平稳地穿越到天然气和地下建筑物。
3.6 刀盘扭矩控制
盾构穿越建（构）筑物时，应控制刀盘速度严格控制穿透力，降低刀盘扭矩，保护刀盘。同时，应根据实际情况调整不同种类的渣土改良剂保证渣土良好的和易性和流动塑性，减小刀盘扭矩。交叉段刀盘扭矩控制在3000kN·M以下。
3.7螺旋机转速控制
螺旋机与盾构掘进的P值平衡压力的关系至关重要，假定螺旋机调整后的平衡压力为P 0,当P 0＞P时，应适当减少螺旋机的转速以达到P 0=P，反之，当P 0＞P时，应适当增加螺旋机的转速以达到P 0=P。螺旋机的排土容积应与推进速率相匹配，当地层含水量较大时，应适当地调整螺旋机的转速，控制螺旋机在地层中的出土嘴压力，并合理地控制螺旋机的闸门启动程度。
3.8盾尾密封控制
铁建重工盾构机盾尾密封由三排密封刷组成，防止浆液漏进盾体内部。在土压平衡状态时还有保持压力的作用。三排密封刷形成的两个环形空间内充满油脂，每个环形空间均由油脂管注入。确保盾尾密封效果。
4、同步注浆控制
本标段盾构刀盘开挖直径6680mm，管片外径设计尺寸为6400mm。在盾构尾部安装管片之前，盾构尾部之间的间隙以米为单位进行测量管道组装完成后，再次测量盾尾间隙，盾构机向前移动为充分填补管片与土体之间的空隙，应严格控制同步注浆量140mm环形建筑间距的主要目的是防止和减少地面沉降，保护环境确保地面环境安全；确保地层压力径向均匀地作用在管段上，并限制地层压力控制管片的位移和变形，提高隧道结构的稳定性；作为第一道隧道防御对于水层，应加强隧道防水，管片入井前应粘贴管片防水材料合格后，邀请监理人报验，并形成验收记录。节段装配密集，需要选点准确，无渗漏，无裂纹，周向和隧道方向错开控制在标准范围内范围内。
5、结束语
通过以上的施工技术控制，房屋最大沉降值为-13mm，最大隆起3mm，均在允许范围以内。因此，在监测数据及时的情况下，通过调节土仓压力及增加同步注浆量是能够有效控制地表沉降的。
参考文献
[1]地铁盾构施工对邻近建筑物的影响研究[J].甄精莲,贾瑞晨.山西建筑.2020(05)
[2]双线盾构隧道开挖地表沉降变形规律研究[J].刘俊生,卢金芳,徐栋栋.城市勘测.2019(05)
[3]盾构施工地表沉降的控制措施探讨[J].张乃洲.建材与装饰.2019(22)
[4]地铁盾构穿越密集建筑物群施工技术研究[J].徐福旺.工程技术研究.2018(08)