杨世彦

(中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

随着城市化建设步伐的加快，轨道交通建设的紧迫性也在增加，城市地铁工程盾构法施工对地表既有建构筑物的影响也日益在各工程中突显。如何将对环境的影响减小到最低限度，便成了盾构施工中的核心问题。杭州地铁自2007年开工以来，盾构法施工在杭州地区软弱富水地层中尚无成熟的施工经验。本文结合某区间隧道下穿大量民房的施工经验，以盾构穿越A23房屋为例，探讨在该类土层中的盾构施工技术控制措施，以促进盾构法施工在杭州地铁施工中的应用。

1 工程概况

杭州地铁1号线某区间隧道连续下穿11幢民房。该房屋建于20世纪80年代初，是杭州老城区目前较老的小区之一。房屋鉴定结果为:房屋部分材料老化趋势明显，部分房屋存在结构拆改现象，致使房屋结构受力存在严重问题。早期该区域下方都为农田，房屋地基为天然地基，其抗变形能力相当差。

其中房屋A23被鉴定为危房，该房屋修建于1978年，5层大板结构，6 m桩基。该幢房屋一单元2楼阳台在盾构推进前曾经掉落过。房屋A23与隧道平面关系见图1。

图1 A23与隧道平面关系图Fig.1 Plan layout shows the relationship between A23 citizen house and the tunnel

2 地质情况

2.1 工程地质

工程所在场地主要为临钱塘江的冲海积平原，地势相对较平坦。区间沿线地质构造和地层为河口相冲海积堆积的粉性土及砂性土，区间隧道洞身主要穿越④2、④3、⑥1和⑥2淤泥质粉质黏土层，该类土层都具有流塑、高灵敏度等特点。含水量为38% ～45%，液性指数为1.4～1.51。

2.2 水文地质

沿线浅部地下水属潜水类型，主要赋存于上部填土层及粉土、砂土层中，补给来源主要为大气降水及地表水，静止水位一般在地下1～4 m，并随季节变化。沿线承压含水层主要分布于深部的圆砾层中，隔水顶板为其上部的黏性土层。该层承压水对混凝土结构无腐蚀性。

3 盾构穿越民房技术控制措施

3.1 土压力选择

对于土压平衡式盾构，使密封仓内的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡至关重要。如果密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力，地表将发生隆起，反之，地表将发生沉陷［1］。

本工程借鉴上海地区常用的土压力计算方式，即静止土压力修正法。静止土压力为处于静止的弹性平衡状态下的原状天然土体的土压力，在深度h处，在竖直面的主应力，即静止土压力

式中:P0为平衡压力(包括地下水);γ为土体的容重，kN/m3;h为计算点深度，m;k0为土的侧向静止平衡压力系数。

静止侧压力系数k0按以往的经验确定为0.7。通过前期的试验段推进摸索和监测数据分析，控制盾构切口微微隆起，静止土压力需上浮0.02 MPa。

试验段掘进平衡土压力修正对地表影响的沉降曲线见图2。

图2 土压力修正对地表影响的沉降曲线Fig.2 Curves of effect of earth pressure correction effects on ground settlement

3.2 盾构姿态控制

控制良好的盾构姿态，既能确保良好的管片拼装质量，也能大大减小地表建构筑的沉降值。盾构姿态良好，就减少了因盾构纠偏而引起的地层扰动，减小了土体后期固结沉降值［3］。盾构在穿越房屋A23前，就要调整好盾构姿态，避免在房屋下进行盾构纠偏。房屋A23下隧道管片姿态曲线见图3。

图3 隧道管片姿态曲线Fig.3 Curves of deviation of tunnel lining

3.3 同步注浆控制

盾构推进中的同步注浆是充填土体与管片间的空隙和减少后期变形的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。

1)同步注浆量计算。每推进1环的建筑空隙为1.2π(6.362-6.22)/4=1.89 m3(刀盘外径 6.36 m，管片外径6.2 m)。

通常，在黏土中每环的压浆量一般为建筑空隙的130% ～180%［4］，即每推进1环同步注浆量为2.46～3.4 m3。泵送出口处的压力为0.3～0.5 MPa，大于周边水土压力，但要略小于盾构机盾尾密封舱的设计压力。根据前期的施工参数摸索，本工程地质注浆量要比规范要求的大，直线段注浆量达4～5.5 m3才能确保脱出盾尾的沉降稳定在±0.3 mm左右;填充率达210% ～290%。

因穿越房屋A23区段，盾构在曲线上掘进，盾构轴线纠偏，引起盾构掘进土体的超挖［5］。理想状态下盾构曲线掘进超挖土体体积简化成三角形如图4所示。

图4 盾构曲线掘进超挖土体体积Fig.4 Shield tunneling advance dug soil volume

当半径R=350 m时，理想状态下盾构曲线掘进超挖土体体积，简化成三角形近似计算为:

代入数值后:V超=1.2×3.18×Δα+1.2×ΔE×L/2=1.2×3.18×0.021+1.2×0.031×4.5=0.25 m3(Δα为设计轴线半径为R时的隧道超前量;ΔE为设计轴线半径为R时任意一切线上，盾构刀盘位置和设计轴线的偏移值;L为盾构机长度)。

穿越房屋时的浆液应为建筑空隙为2.14的2.1～2.9倍，即:4.5～6.2 m3。实际注浆量右线掘进时注浆量为5 m3;左线曲线半径R=330 m，但因土体二次扰动，注浆量有所增加，达到6 m3。

2)同步注浆浆液质量。同步注浆采用的浆液材料主要有粉煤灰、砂、膨润土和水泥等。本工程浆液配比如表1所示。

表1 同步注浆浆液配比Table 1 Proportions of synchronous grout

浆液胶凝时间为3～6 h;固结收缩率＜3%;固结体强度应1 d＞周围土体强度，28 d≥1.0 MPa;稠度为9～10.5 cm。

3.4 二次注浆控制

当管片脱出盾尾后，根据监测情况及时进行二次注浆工作，二次注浆遵循“多点、少量、多次”的原则［6］。根据沉降出现的峰值，二次注浆时间分别为盾构通过后的第2天、第3天、第7天、第10天和第15天。二次注浆采用单液浆，水灰质量比为0.4～0.6，单次注浆量为0.2 ～0.5 m3，注浆压力为0.3 ～0.4 MPa。

4 房屋A23沉降控制效果分析

目前，盾构穿越房屋A23右线已经9个月，左线6个月。经一次扰动的A23-7监测点累计沉降值为-9.27 mm，经二次扰动的A23-1监测点累计沉降值为-28.5 mm，差异沉降率最大为0.28‰。符合规范要求的-30～10 mm。房屋A23典型点位历时沉降曲线见图5。

图5 A23典型监测点位历时沉降曲线Fig.5 Time-dependent curves of settlement at typical monitoring points of A23 citizen house

穿越危房A23按照上述施工要点实施后，施工安全得到保证，房屋沉降得到较好的控制。盾构穿越时的沉降较小，可控制在-3 mm左右，但经二次扰动后，沉降值明显增大，达到5 mm左右。盾构在淤泥质软土地层中施工，施工后期沉降周期较长，达6个月，沉降值较大，占累计沉降的64%。沉降所占比例见图6。

图6 沉降所占比例示意图Fig.6 Proportions of settlement of different construction phases

5 结论与建议

1)盾构通过时，切忌隆起或沉降过大，一般在2mm以内较为适宜，后期沉降较小。

2)在软弱富水地层中施工，因注浆量偏大，要防止注浆压力过大，造成压力击穿盾尾或盾构机壳体背土现象。

3)盾构在该类土层中施工，施工后期沉降较大，目前还没有找到有效的控制措施，需在以后的施工中继续研究探索。

［1］ 冯国冠.基于某地铁盾构隧道施工地表沉降的分析研究［J］.中国安全生产科学技术，2010(4):81-84.(FENG Guoguan. Based on the subway shield tunnelling construction of surface subsidence analysis［J］.Journal of Safety Science and Technology，2010(4):81-84.(in Chinese))

［2］ 宫秀滨，徐永杰，韩静玉.隧道盾构法施工土压力的计算与选择［J］.筑路机械与施工机械化，2007(11):46-48.(GONG Xiubin，XU Yongjie，HAN Jingyu.Selection and calculation of the earth pressure for shield tunneling［J］.Road Machinery＆ Construction Mechanization，2007(11):46-48.(in Chinese))

［3］ 高俊强，胡火山.盾构推进和地表沉降的变化关系探讨［J］.南京工业大学学报:自然科学版，2005(4):44-48.(GAO Junqiang，HU Can.Research on relation between shield propelling and grand surface settlement［J］.Journal ofNanjing University ofTechnology: NaturalScience Edition，2005(4):44-48.(in Chinese))

［4］ GB 50446—2008盾构法隧道施工与验收规范［S］.北京:中国建筑工业出版工业出版社，2008.

［5］ 陈枫，胡志平.盾构偏航引起的地表位移预测［J］.岩土力学，2004，25(9):1427-1431.(CHEN Feng，HU Zhiping.Analytical prediction of tunneling induced surface movements due to shield-deviation in undrained soil［J］.Rock and Soil Mechanics，2004，25(9):1427-1431.(in Chinese))

［6］ 周文波.盾构法隧道技术及应用［M］.北京.中国建筑工业出版工业出版社，2004.