陈迪猛

（福州地铁集团有限公司）

1 工程概况

福州地铁4 号线某盾构区间右线长度929.012m，区间隧道地形总体较平坦，隧道埋深为10.3～21.8m。管片内径5.5m、外径6.2m，每环宽1.2m。

本工程采用复合土压平衡盾构机，刀盘开挖直径6.51m，采用全断面切削刀盘。

盾构机在右线460～580 环侧穿挡墙，此挡墙为高大仰斜式浆砌片石挡墙，长约144m、高度10～12m、厚度约1.5m、坡度2.7，基础埋深约3.5m。挡墙与盾构切削面距离4.5～7.1m，紧邻道路，墙背原状土，上方是小学教学楼，教学楼高约21m，距挡墙最近约11m。挡墙与隧道位置关系如图1、图2 所示，实景如图3 所示。

2 工程地质水文情况

盾构侧穿挡墙段土层自上而下依次为：＜1-2＞杂填土、＜5-2＞残积砂质粘性土、＜6-1＞全风化花岗岩、＜7-1＞强风化花岗岩（砂土状）、＜7-2＞强风化花岗岩（碎块状）。隧道所处地层主要为＜7-1＞、＜6-1＞、＜7-2＞层。

3 沉降风险分析

该挡墙为高大挡墙，圬工材料重力大，地基沉降大。盾构机在侧穿过程中引起的地层损失、变形，会造成挡墙地基的滑移，导致地基沉降，建筑物发生重心偏移，引起附加应力重分布，使结构内应力发生变化，严重时使建筑物丧失稳定性而破坏。

4 盾构机侧穿挡墙施工技术措施

盾构推进时会导致不同程度的地面和挡墙沉降，需要加强监测。同时要优化掘进参数，采取可靠的措施。

4.1 监控量测

盾构穿越期间应对侧穿挡墙区段进行重点监测保护，监测主要有：地表沉降、建筑物沉降、变形。

4.1.1 监测布点及频率

⑴在隧道中心线20m 内建筑物关键点位布设，测点间距约9～15m，如图4 所示。

⑵监测频率根据监测点到开挖面的距离而定，如沉降变化异常时进行加测，必要时24 小时跟踪监测，如表1 所示。

表1 监测频率

4.1.2 监测控制值

根据设计图纸及《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013），监测控制值如表2 所示。

表2 监测控制值

4.1.3 沉降监测预警处置

在施工过程中如发现地表、挡墙沉降值超过预警沉降限值，立即采取应急措施：

⑴立即停止盾构推进，保持上部土仓压力1.5～1.6bar，并立即通知相关单位，启动处置措施。

⑵适当加大盾尾注浆压力和注浆量，在沉降区洞内二次注浆，并提高监测频率。

⑶对沉降区进行跟踪注浆，控制沉降，及时反馈数据，以调整注浆参数。

⑷待沉降稳定并处理完成后方可继续掘进。

4.2 盾构机穿越段掘进施工技术

4.2.1 确定试验段

在盾构机侧穿挡墙前50 环（410～460 环）范围做试验段掘进，对推进参数和沉降数据进行分析，预测侧穿时可能出现的沉降，制定最优推进参数。

4.2.2 穿越前的准备工作

⑴对距离挡墙前30 环时停机开仓，对盾构设备、系统、应急物资设备等进行全方位的评估、检查、维修。

⑵施工前，技术人员根据掘进参数每班下达推进指令，及时跟踪调整，掘进过程中严格执行指令，避免出现“蛇形”。

4.2.3 合理设定施工参数

根据土压气平衡盾构机的工作原理，土仓中的压力需与开挖面的正面压力平衡。

⑴土仓内压力：拟设定上部土压力为1.5bar 左右，同时视沉降情况调整。

⑵推力F：掘进时控制推力控制在1000～1800t。

⑶刀盘转速n1：满足转速和扭矩曲线，刀盘转速控制在1.2～1.5rpm。

⑷刀盘扭矩T：穿越挡墙段扭矩控制在1000～2500kN·m。

⑸螺旋器转速n2：根据维持土仓压力或视出土口处的出土情况进行调整。

⑹掘进速度v：推进时速度宜控制在1cm/min 左右。

⑺管片与盾尾的间隙δ1～δ4：δ1～δ4 由拼装机上的设备测得（或由人工测量）。

4.2.4 推进出土量控制

严格控制盾构出土量，减少超挖和欠挖。每环理论挖土量＝π/4×D2×L＝π/4×6.52×1.2＝39.819m3/环。出土量系数1.1 ～1.2，即出土量为43.8 ～47.782m3/环。

4.2.5 渣土改良

根据本工程的地质条件和施工经验，采取如下渣土改良措施：

⑴通过盾构机的土体改良系统，将泡沫和膨润土注入刀盘前部、土仓内、螺旋机内对土体进行改良。

⑵泡沫和膨润土通过管路泵送到注入点，4 个独立的注入点在刀盘的辐条上，每个注入点通过一条独立的管路来提供。

4.2.6 同步注浆

盾构推进中的同步注浆要及时、均匀、足量，确保空隙充填到位。每推进1 环的建筑空隙为：V1=1.2×π×（6.512－6.22）÷4=3.711m3。

每环注浆量一般为建筑空隙的1.5～1.8，侧穿挡墙区段按1.8 考虑，即每推进1 环同步注浆量6.679m3。注浆压力P2 在注浆处的水土压力的基础上相应提高0.05～0.3MPa。浆液初定配比见表3。

表3 同步注浆初定配比（重量比）

4.2.7 二次注浆

根据沉降监测情况，可采取管片壁后二次注浆，浆液可采用单液浆和双液浆。浆液初定配比见表4。

表4 二次注浆浆液配比（重量比）

4.3 挡墙注浆加固措施

4.3.1 地面袖阀管预注浆

⑴在挡墙区段，地面预设注浆孔（如图5），采用可重复注浆的袖阀管注浆，孔间距3m，孔深16～18m。注浆孔的布置同时根据地下管线、交通条件等局部调整。

⑵每一孔注浆结束标准以压力控制为主，拟定注浆终压力为0.3～0.6MPa，注浆前先进行注浆试验，压力以现场试验确定，不宜过大；注浆过程根据跟踪监测数据进行压力控制。单段注浆压力达到要求时，即可停止注浆，进行下一段注浆。

⑶加固效果检测：加固后土体承载力不低于200KPa。

4.3.2 穿越段跟踪注浆

盾构穿越期间，在原有袖阀管部位进行跟踪注浆，当监测数据显示沉降成加剧状态时进行注浆。注浆孔的选择根据掘进情况、监测数据等进行调整。

4.3.3 穿越后补偿注浆

盾构穿越后，土体受扰动不可避免会产生下沉趋势，视变形发展情况进行补偿注浆，直至挡墙沉降变形稳定注浆才终止。

5 沉降控制效果分析

5.1 盾构推进参数调整对沉降控制的影响

⑴合理且较高的土压力、顶推力，均匀且较快的推进速度，平稳且较低的刀盘转速，可减小刀盘对地层的扰动，维持开挖面稳定，有效地减小施工对路基、挡墙的沉降影响，确保快速侧穿挡墙。

⑵推进过程中加强同步注浆也有助于减小沉降影响。每环推进同步注浆比原来多注2 次，注浆压力提高0.2bar。

⑶隧道内的二次补浆也能够加强盾体周围土体的强度，减小土体、挡墙的沉降。

5.2 地表注浆对挡墙沉降控制的影响

在注浆前设置试验段，每排袖阀管中每间隔5 根试注浆1 根，每孔多次注浆，注浆时间间隔24h，如图6。试验段注浆期间，挡墙波动上浮至+2.7mm；停止注浆后，因基础受到扰动，挡墙随注浆压力释放、浆液固结而下沉至+0.2mm。

预注浆期间，注浆压力、注浆速度分别稳定在0.3～0.5MPa、60～80L/min 时，基础的竖向整体性较强，对注浆压力、注浆速度等参数的变化较为敏感，随着注浆的停止和浆液的固结，挡墙产生了下沉趋势；盾构穿越期间，为了控制沉降，先后进行3 次跟踪注浆，每次注浆的压力为0.4MPa，注浆平均速度为50L/min。跟踪注浆使沉降维持在+2.9mm，为侧穿挡墙预留了条件；盾构穿越后，土体受扰动下沉至+2.0mm，视变形发展情况进行补偿注浆，盾构穿越后长时间稳定在+2.1mm，挡墙沉降变形稳定。

6 结论及建议

通过本区间盾构机顺利侧穿高大挡墙的实践证明：

⑴盾构推进采用土压气平衡模式及同步注浆并用的方法，可以保持开挖面稳定，达到减少沉降的效果。

⑵在施工过程中，应对盾构机推进进行严格的线性控制和姿态控制，减小轴线偏差和及时纠偏，减小超挖对土体的扰动影响，避免在侧穿过程中进行盾构姿态的调整。

⑶采取穿越前地表袖阀管预注浆，穿越过程中跟踪注浆、穿越后补偿注浆等措施，能够很好地加固土体，减小沉降影响。

⑷加强施工监测和信息反馈，信息化施工有助于提升安全管控质量和减少工程风险。