地铁盾构小半径穿越别墅群施工技术

地铁盾构小半径穿越别墅群施工技术
摘要：随着我国城市轨道交通的快速发展，盾构穿越通过既有建（构）筑物的
情况越来越多，同时施工中对周边环境影响的控制要求也越来越严格。

本文结合
上海地铁盾构穿越施工的工程实例，介绍盾构小半径穿越别墅群时所采取的技术
措施，为同类工况条件下的施工提供相关经验。

关键词：盾构小半径穿越别墅群沉降控制
1、工程背景
上海市轨道交通15号线曙建路站～景西路站区间长度1028.729m，采用盾构
法施工，区间隧道在里程SK8+890～9+280段下穿银莲花园居民区，共连续下穿
26栋本地居民自建别墅，穿越段上、下行线位于R=350、360m圆曲线段。

隧道
埋深范围为12～17.2m，与民宅基础底面竖向距离为10.7～15.2m。

银莲花园小区别墅建造于1999年，砖混2层，条形基础无地下室。

房屋建筑群与区间隧道平
面位置详见下图1-1。

图1-1 隧道与小区别墅群平面位置关系图
区间隧道穿越银莲小区段主要涉及的地层为：④2-1层灰色粉砂、④2-2层
灰色粉质粘土夹砂质粉土、⑤1-1层灰色粘土。

2、穿越施工面临的技术问题
2.1盾构长距离连续穿越建筑物
区间隧道下穿别墅群段范围长达390m，共下穿26栋别墅，上、下行线分2
次下穿，别墅房屋平面间距较小，布置较为密集，且部分房屋两条隧道同时下穿，盾构长距离穿越施工作业周期长、劳动强度大，风险控制要求较高。

2.2小半径穿越建筑物
区间隧道平面采取2段半径分别为350m、360m的曲线，盾构开始穿越房屋
段便处于350m小半径曲线上，前后没有曲线试验段进行模拟推进、参数摸索，
掘进参数控制不当易造成超挖现象，对房屋变形控制不利。

3、盾构穿越别墅群的施工技术措施
3.1 穿越前进行房屋检测
由于本次穿越的别墅群已建成近20年，采了相对薄弱的条形基础，其中个别房屋存在老化严重、结构表面有较大裂缝的现象。

出于多方面考虑，施工前委派
专业的房屋检测机构对房屋进行检测。

为了更好地掌握别墅的实际状况，对别墅
进行了入户检测，根据房屋现状及相关规范，提出了房屋裂缝、倾斜及沉降的建
议报警值，确定别墅最大变形量控制值为+5～-10mm。

3.2 通过试验段掌握地层特性
为了使盾构安全、顺利下穿建筑物，将穿越段前的250环列为试验段，在试
验段阶段，对盾构的各个工艺流程和施工参数等及时记录实际发生的各项数据。

通过对试验段推进参数的试验和分析，主要就土压力、推进速度、出土量、注浆
量和注浆压力设定与地面沉降关系进行分析，掌握此段区间盾构推进土体沉降变
化规律以及摸索土体性质，以便正确设定穿越别墅群的施工参数并采取相应措施
减少土体沉降，以保证地表及结构物的安全。

图2-1 第250环处地表沉降变化曲线图
根据试验段的掘进经验总结，在不进行二次注浆的情况下，盾构通过前后共45天的总体沉降量在-11.5mm左右（图2-1），其中通过后的滞后沉降量较大，因此，确定在盾构穿越别墅群的过程中，对掘进时土体扰动变形控制以及地层滞后沉降控制这两方面进行施工控制。

3.3 穿越过程的盾构掘进参数控制
（1）稳速推进、匀速通过
盾构下穿别墅区阶段，推进速度控制在20mm/min～30mm/min之间，保证连续稳速通过穿越区，严禁超速或者欠速。

（2）掘进参数调整控制精细化
盾构机土仓压力根据计算所得的理论土压力乘以经验系数，施工中结合试验段沉降报表和其它施工参数进行分析、调整，使设定土压力满足现状土层并能达到+2～+3mm的微隆起量，以抵销部分后期沉降量。

穿越推进时控制土压波动范围在±0.1bar。

盾构总推力控制在11000至16000 KN之间，刀盘扭矩控制在2500 KN.m以内，刀盘转速0.8～1.0 rpm/min。

推进过程中严格把控出土方量，每环理论出土量V＝/4×D2×L＝/4×6.762×1.2＝43.07m3/环。

安排专人进行渣土监控，采取人工量测和龙门吊称重双控的方式。

（3）严格控制同步注浆效果
盾构同步注浆浆液采用商品浆，注浆四个点位同时进行注入，根据测量结果管片脱离盾尾后会产生1～2cm的上浮量，因此，上部2点与下部2点注浆量比例控制在7：3来控制管片上浮。

通过试验段及监测数据确定同步注浆量控制在3.4m3左右，上下波动控制在0.1m3，并保证浆液连续均匀的注入。

（4）确保盾尾密封效果
为确保过别墅区段盾尾密封效果良好，不发生漏浆、漏水等问题，每台盾构始发前都必须更换3道具有良好信誉品牌的新盾尾刷。

盾尾油脂必须满足盾尾密封要求，必须使用进口或国产知名品牌盾尾油脂，施工中盾尾油脂每环注入
12cm，根据盾构及显示及时补充盾尾油脂，每桶油脂使用5环（260kg/桶）。

（5）350m小半径曲线盾构机姿态控制
在350m小半径曲线上，主动铰接行程差调整为40mm，盾构姿态水平方向前点控制在+20mm至+25mm之间，后点控制在0至+5mm之间，保持盾构姿态沿曲线内弧面行走。

调整盾构机姿态讲究“勤纠偏，小纠偏”，每环纠偏量不大于5mm。

推进时油缸行程差控制在35mm之内。

（6）减少管片拼装时间
在盾构拼装状态下，由于千斤顶的收缩，必然会引起盾构机的后退，造成前方土压力的下降，因此，在盾构机穿越房屋时，为避免盾构机后退，在盾构机推进结束时不要立即拼装，等待5～10分钟之后，等到盾构前方土体稳定时再进行千斤顶的回缩，保持开挖面的平衡压力，尽量缩短管片拼装时间。

3.4 盾构通过后的后期沉降控制
盾构机掘进通过别墅以后，必须按设计要求持续监测，直到沉降变形稳定。

如沉降变形较大，且继续发展，则说明管片背后空隙填充不密实导致了地层持续变化，必须立即进行二次或多次补充注浆处理。

盾构穿越别墅段每环管片采用了增设注浆孔环，即除封顶块以外每块管片设3个注浆孔。

施工中根据房屋4个角监测的不均匀变量情况，以及房屋平面投影与隧道的位置关系来确定隧道洞内注浆的位置。

补注浆浆液应优先采用水泥、水玻璃双液浆，注浆施工安排专人进行检查，
注浆压力控制值在0.5MPa以内。

补偿注浆量的时机选择在地表和房屋后期沉降
值达到0～-2mm时进行，在相应里程位置及前后各3环范围的管片注浆孔进行
二次补强注浆，每次每块管片注浆1个孔位，首次注入量控制在0.5m3，注浆后
根据监测情况确定下次补注浆时机，直至地表和房屋沉降完全趋于稳定。

4、实施情况和效果分析
通过对本区间建筑物沉降控制措施的计算、分析和实施以及监测图表的例证，显而易见，施工中采取的盾构穿越别墅群的技术措施，对该工程控制行之有效，
并完全达到了预期的建筑物沉降控制标准要求。

别墅群房屋累计沉降最大变形值-9.13mm。

图4-1 别墅群房屋监测点累计沉降量曲线图
5、结束语
通过盾构穿越别墅群段整个施工过程来看，穿越前选取合适的范围作为试验段，可以提前掌握地层的总体变形规律，为后续的穿越施工指明控制方向，而施
工前对房屋的现状检测必不可少，必须明确每个建筑的现状和变形控制指标，从
而有针对性地制定盾构掘进参数。

穿越施工时须根据监测数据及时调整盾构推进
参数，如土压力、同步注浆量等，确保盾构机在通过前后地表能保持相对稳定状态。

同时，房屋的后期沉降控制也是穿越施工中的重要一部分，通过监测数据及
时选择二次和多次补注浆的时机，保证地层的后期稳定。

参考文献：
1．周文波，《盾构法隧道施工技术及应用》，中国建筑工业出版社，2004； 2．夏才初、李永盛，《地下建筑测试理论与监测技术》，同济大学出版社，1999。

3．STB-DQ-010002，《土压平衡盾构施工风险控制建设指导意见》，上海申
通地铁集团有限公司，2008。