泥水盾構(gòu)在富水粉砂層中穿越建筑物沉降分析及控制

摘要：為確保泥水盾構(gòu)在富水砂層掘進(jìn)過(guò)程中，有效控制其地表建筑物沉降，本文以具體工程為例，結(jié)合地形、地貌及工程地質(zhì)情況，主要介紹泥水盾構(gòu)機(jī)在穿越老建筑群過(guò)程中沉降分析及控制，對(duì)盾構(gòu)在側(cè)穿、下穿建筑物過(guò)程前后建筑物沉降進(jìn)行歸納、總結(jié)與分析,并采取一定的控制措施，所得結(jié)論對(duì)類(lèi)似工程有借鑒和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu)；沉降；建筑物；注漿

0引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模興建，越來(lái)越多城市開(kāi)始修建地鐵，地鐵修建過(guò)程中將不可避免的影響周邊環(huán)境，隨著地鐵施工技術(shù)的成熟，對(duì)建筑物沉降提出更高的要求。

盾構(gòu)法在城市地鐵中運(yùn)用愈加成熟，城市地鐵不可避免的要穿越建筑物，部分為古老建筑物或者文物，在穿越過(guò)程中對(duì)盾構(gòu)施工提出更高要求，在富水地砂層中采用泥水盾構(gòu)掘進(jìn)，沉降受建筑物自身基礎(chǔ)形式、建造年代、盾構(gòu)穿越過(guò)程中的參數(shù)控制及同步注漿、二次注漿的影響。

1 工程概況

武漢軌道交通二號(hào)線土建工程第12標(biāo)段【中山公園站~循禮門(mén)站~江漢路站】區(qū)間隧道，兩條隧道均采用氣墊式－泥水平衡盾構(gòu)，盾構(gòu)自中山公園始發(fā)，到達(dá)循禮門(mén)站進(jìn)行過(guò)站，最后在江漢路站吊出。隧道結(jié)構(gòu)覆土厚度10.5～22m，盾構(gòu)穿越建筑物地段地層主要為全斷面粉砂，粉細(xì)砂層[4]，地下水靜態(tài)水位位于10米左右。隧道頂部主要為粉砂層，粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層中,下伏地層為粉細(xì)砂層，具體詳見(jiàn)圖和圖2所示。

2 區(qū)間沿線建筑物概況

2.1隧道施工對(duì)地面建（構(gòu)）筑物的影響范圍

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程以及國(guó)內(nèi)城市地鐵盾構(gòu)工程施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合武漢地鐵已施工盾構(gòu)工程的施工實(shí)例，確定隧道對(duì)地面建筑物影響范圍為隧道邊線外3倍的隧道直徑范圍。

2.2隧道影響范圍內(nèi)地面建（構(gòu)）筑物情況

中循區(qū)間隧道下穿位于規(guī)劃拆遷范圍外有15棟房屋，其中 3～8層房屋有13棟，這些房屋均為磚混結(jié)構(gòu)，8層房屋以上2棟，為鋼混結(jié)構(gòu)。省石油公司住宅樓、渣家村商鋪、循禮門(mén)飯店及配套樓六棟房屋為樁基外，其余均為天然地基或整板基礎(chǔ)。根據(jù)武漢市房屋鑒定站鑒定結(jié)論，這些房屋中有5棟房屋為D級(jí)整棟危房，1棟房屋為B級(jí)危房[2]。

3 隧道穿越建（構(gòu)）筑物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.1 盾構(gòu)下穿建筑物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

以中循禮門(mén)區(qū)間西馬后路8#、10#房屋為例，該房屋為上世紀(jì)80年代房屋，8層磚混結(jié)構(gòu)，砂墊層、整板基礎(chǔ)，經(jīng)鑒定，房屋為D級(jí)整棟危房[2]，建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)[1]FL22-1~FL22-12布設(shè)在循禮門(mén)西馬后路8、10號(hào)樓上，對(duì)應(yīng)管片環(huán)數(shù)為273環(huán)~296環(huán)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置詳見(jiàn)圖3所示。左線盾構(gòu)從刀盤(pán)開(kāi)始穿越到盾尾脫出該房屋共計(jì)5天時(shí)間，第三方與施工方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比、各點(diǎn)累計(jì)沉降與沉降差異統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表1所示，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化趨勢(shì)詳見(jiàn)圖4所示。

表1：監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化值

根據(jù)圖4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)分析，盾構(gòu)機(jī)在下穿前后時(shí)間段內(nèi)該房屋變形基本比較穩(wěn)定，沉降主要是在盾構(gòu)下穿該棟房屋期間造成的，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)比較接近。通過(guò)采取一定的控制措施，其沉降是可控的，盾構(gòu)在下穿房屋過(guò)程中未對(duì)房屋建筑物造成較大損害。

3.2 盾構(gòu)側(cè)穿建筑物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

以中循區(qū)間西馬后12#、14#房屋為例，該建筑物建于上世紀(jì)80年代，7層磚混結(jié)構(gòu)，砂墊層、整板基礎(chǔ)，建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)[1]布置FR3-1~FR3-13，對(duì)應(yīng)管片環(huán)數(shù)為287環(huán)~308環(huán)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖詳見(jiàn)圖5所示。該房屋經(jīng)鑒定為D級(jí)整棟危房[2]。右線盾構(gòu)側(cè)穿該房屋，從盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)始進(jìn)入該房屋止盾尾脫出該房屋共計(jì)5天時(shí)間，第三方與施工方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比、各點(diǎn)累計(jì)沉降與沉降差異統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表2所示，監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)詳見(jiàn)圖6所示。

表2：監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化值

根據(jù)圖6監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)分析，盾構(gòu)在側(cè)穿建筑物前后監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化比較穩(wěn)定。房屋建筑物沉降主要是在盾構(gòu)側(cè)穿過(guò)程中造成的，并且距隧道中心線越近，其沉降越大，變形趨勢(shì)也越大。但通過(guò)采取一定的控制措施，其沉降是可控的，盾構(gòu)在下穿房屋過(guò)程中未對(duì)房屋建筑物造成較大損害。

3.3穿越過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)停機(jī)沉降分析

西馬后路16#、18#樓，該樓為上世紀(jì)80年代修建房屋，8層磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為整板基礎(chǔ)，經(jīng)鑒定，該房屋為基本完好房[2]，隧道正下方穿越該房屋，盾構(gòu)刀盤(pán)從開(kāi)始開(kāi)始進(jìn)入該房屋到盾尾全部脫出該房屋共計(jì)時(shí)間5天，由于機(jī)械故障原因，盾構(gòu)機(jī)在中間停機(jī)1天，建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)為FL25-1~FL25-13，對(duì)應(yīng)管片環(huán)數(shù)位312環(huán)~332環(huán)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)詳見(jiàn)圖7所示，第三方與施工方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，各點(diǎn)累計(jì)沉降與沉降差異統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下3所示，監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)詳見(jiàn)圖8所示。

表3：監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化值

根據(jù)圖8監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)分析，盾構(gòu)在穿越該棟房屋過(guò)程中沉降變化較大，并超過(guò)報(bào)警值，其主要原因是盾構(gòu)機(jī)在穿越過(guò)程中由于設(shè)備故障導(dǎo)致停機(jī)，盡管設(shè)置泥水壓力采取保壓措施，但總體沉降較大，可見(jiàn)盾構(gòu)機(jī)在停機(jī)過(guò)程中周邊地層損失較大，掌子面可能出現(xiàn)局部坍塌現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致房屋沉降較大，但通過(guò)采用二次補(bǔ)強(qiáng)注漿等措施，穩(wěn)定住房屋沉降，未對(duì)房屋造成過(guò)大損壞。

4 沉降控制措施

4.1 合理選擇泥水倉(cāng)壓力

盾構(gòu)機(jī)在穿越建筑物過(guò)程中主要以頂部泥水倉(cāng)壓力作為參考，通過(guò)設(shè)定氣墊倉(cāng)壓力調(diào)整頂部泥水倉(cāng)壓力，頂部泥水倉(cāng)壓力可根據(jù)地層埋深計(jì)算，同時(shí)需要考慮地面建筑物自重而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，泥水壓力設(shè)定值時(shí)比正常掘進(jìn)壓力偏大0.1~0.2bar。

4.2 優(yōu)化泥漿性能

泥漿的參數(shù)主要包括泥漿比重和粘度2個(gè)指標(biāo)來(lái)控制泥漿性能，在富水砂層中，泥漿比重往往會(huì)下降，可通過(guò)噴閏土及制漿劑來(lái)調(diào)整泥漿的參數(shù)，盾構(gòu)每掘進(jìn)1環(huán)，必須對(duì)泥漿指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，一般泥漿比重控制在1.2~1.3g/cm3，泥漿粘

度控制在18~22s左右，泥漿性能是確保掌子面臨時(shí)穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，泥漿性能越好，掌子面瞬間形成的泥膜質(zhì)量越好，從而提高掌子面瞬間穩(wěn)定性能。

4.3同步注漿

同步注漿砂漿配合比及砂漿注入量是控制房屋沉降的關(guān)鍵，在富水砂層中盾構(gòu)穿越建筑物，應(yīng)選擇凝結(jié)時(shí)間較短的漿液配合比，通過(guò)加大水泥參入量調(diào)整砂漿凝結(jié)時(shí)間。另外同步注漿量必須足量，在盾構(gòu)穿越建筑物掘進(jìn)中，同步注漿量按照盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖輪廓與管片外壁之間形成空隙的1.8~2.0倍。

4.4及時(shí)二次補(bǔ)強(qiáng)注漿

對(duì)脫出盾尾的管片及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿可有效控制房屋建筑物后期沉降，可將建筑物后期沉降在最短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定于一定數(shù)值。二次補(bǔ)強(qiáng)注漿主要采用水泥-水玻璃（35波美度）雙液漿，水灰比1:1，注漿部位選擇管片拱頂150度范圍，注漿應(yīng)遵循“少量、多次”的原則，注漿壓力控制在0.7~1Mpa。本區(qū)間為確保拱頂150度范圍內(nèi)有更多注漿孔，特在每塊管片上額外增加2個(gè)預(yù)埋注漿孔，將每環(huán)管片的預(yù)埋注漿孔數(shù)量由原來(lái)的6個(gè)增加至16個(gè)。

4.5重視信息化施工

高度重視信息化施工、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理，特別是增強(qiáng)掌子面管理的執(zhí)行力度，確保施工安全。加強(qiáng)對(duì)穿越建（構(gòu)）筑物段的施工監(jiān)測(cè)、加大監(jiān)測(cè)頻率，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確、可靠、全面并及時(shí)分析、反饋，并正確指導(dǎo)施工。

4.6加強(qiáng)設(shè)備維修保養(yǎng)

要加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)尾刷和鉸接等部件的性能和施工過(guò)程中的控制，確保其密封性能。盾構(gòu)在穿越建筑物前加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的維修及保養(yǎng)，確保盾構(gòu)機(jī)以最佳性能穿越建筑物，避免盾構(gòu)機(jī)在房屋建筑物下的停機(jī)，以減小后期沉降。要高度重視泥水分離設(shè)備的選擇，確保其分離能力、處理能力，必要時(shí)采用添加化學(xué)添加劑的方法增強(qiáng)其分離能力。

5 結(jié)論

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，泥水盾構(gòu)在富水砂層中穿越房屋建筑物過(guò)程中，由于地層損失，沉降是不可避免的，但可通過(guò)優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、加強(qiáng)同步注漿及二次補(bǔ)強(qiáng)注漿等措施控制其沉降。房屋建筑物沉降與房屋基礎(chǔ)形式、房屋建筑年代及盾構(gòu)穿越期間控制參數(shù)均有一定的關(guān)系。盾構(gòu)在富水砂層中穿越建筑物前，首先應(yīng)對(duì)盾構(gòu)穿越影響范圍內(nèi)所有房屋基礎(chǔ)及布置形式進(jìn)行調(diào)查，邀請(qǐng)具有資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)鑒定單位對(duì)房屋進(jìn)行鑒定。穿越前應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)的維修保養(yǎng)，排除機(jī)械故障隱患，同時(shí)應(yīng)調(diào)整好泥漿性能、泥水倉(cāng)壓力及同步注漿等參數(shù)，及時(shí)二次補(bǔ)強(qiáng)注漿，加強(qiáng)對(duì)房屋建筑物的檢測(cè)等措施來(lái)控制建筑物沉降。

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