盾构机通过密集民房施工技术浅析

盾构机通过密集民房施工技术浅析
一、工程概况
盾构机在掘进至地铁车站（下文简称车站）50米处，盾构机上方民房七幢发生了不同程度的下沉，之后，其中盾构正上方楼房（自编号16#楼）沉降突然加大420mm，楼体最大倾斜度5.91%。

事故处理后，盾构机恢复掘进，掘进了3环后再次停机，但盾构到达车站前需穿越6栋浅层基础房屋。

此时，盾构机停机位置（829环）上方为B015房，盾构机尾部已过16#、17#楼房，此处（829环）至车站隧道上方沿线还需穿越B014-1、B014-3、B013、B012、12-2、12-3房屋到达车站北端头。

二、水文与地质概况
829环～车站隧道洞身逐步由<7>、<8>地层过渡到<7>、<5-2>、<4-2>、<4-1>地层，上覆土主要为：<1>杂填土层、<2-1B>淤泥土层、<4-1>冲积洪积粉质粘土层、<4-2>淤泥质土层。

隧道埋深在13m～9m之间。

盾构区间主要穿越红层残积土〈5-2〉、泥岩及泥质粉砂岩风化岩〈6〉层和〈7〉层。

上覆土主要为<1>杂填土层、<2-1B>淤泥土层、<2-2>淤泥质粉细砂、粉细砂层、<4-1>冲积洪积粉质粘土层、<4-2>淤泥质土层，<5-2>残积土层。

隧道埋深在9.5m～19m之间。

本场地地下水类型主要有两种：一种为赋存于第四系土层中的孔隙水；另一种是赋存于基岩风化层中裂隙水。

第四系孔隙水主要赋存于冲洪积的中粗砂层<3-2>、粉细砂<3-1>及淤泥质砂层<2-2>中。

冲洪积<3-1>层及<3-2>层属承压水，承压水水头标高约为3.50m，而<2-2>层属潜水。

基岩风化裂隙水含水层主要赋存于中、微风化岩中的风化裂隙之中，其透水性主要取决于裂隙的发育程度和性质、岩石风化程度等，为承压水。

三、工程重难点分析
（一）、地质条件复杂，上软下硬
从地质剖面图来看，829环～车站隧道洞身为典型上软下硬地层，此地层盾构掘进过程，土仓压力难以精确控制，上部软弱地层容易产生较大沉降。

为了进一步摸清地层情况，在地面补充2个探孔（钻探情况如图示），完成钻孔ZK1（孔深12.95m，地面标高7.37m）、钻孔ZK2（孔深14.55m，地面标
高7.35m）。

具体评价为：①杂填土层（平均厚度1.4m）：成分复杂，结构松散，受荷易变形。

②淤泥质粘土/细砂层（平均厚度3.45m，顶板埋深0.90m-1.90m）：结构软弱，饱和状态，极易触变。

③粘土层（平均厚度2.48m，顶板埋深5.50m-6.80m）：结构均匀，力学性质稳定。

④基岩（全风化带或强风化带）（平均厚度 1.60m，顶板埋深6.80m-9.35m）：属软质岩，但结构与层位均很稳定。

结论为：软弱地基在反复高频低幅弱振荷载作用下极易发生触变，基上的建筑物/构筑物随之产生变形甚至破坏。

采取的对策
1、结合地质资料和补充地质勘探资料，根据左线施工记录事先摸清上软下硬地层的分层及软硬情况。

2、在刀具的布置上，增加边缘滚刀的数量，增强边缘的破岩能力；
3、仔细观察土仓出的碴土变化情况，了解工作面软硬不均程度，根据掘进情况判断刀具状态，以确定掘进推力的大小，避免刀具超载工作受损。

4、在软硬不均地层掘进，为保护盾构及其刀具，不宜追求太高的施工进度。

在此地层掘进必须控制掘进参数，推力不宜太大，刀盘转数不宜太快（一般为1.0r/min左右），刀具贯入量不宜太深（一般为5mm/转）。

（二）、确保建筑物安全是难点
由于靠近车站北端的7栋房屋基础基本均为松木基础，基础较为薄弱，基础埋深不详，根据已有资料推断大部分基础埋深均在4～5m左右，而区间线路目前正以24‰的坡度上坡，地面埋深越来越浅，隧道顶地质条件差。

四、盾构过建筑物掘进控制技术
（一）、盾构恢复掘进的措施
根据专家意见，16#房屋拆除以后恢复盾构掘进，恢复盾构掘进采取以下措施：
根据B014-1、B014-3、B013、B012、12-2、12-3房屋的基础资料及地质情况，要求在掘进前临迁房屋内的住户一个月，待盾构机通过后根据情况进行回迁。

（二）、盾构掘进采取的措施
1、采取土压平衡模式掘进，严格控制掘进参数
1）、施工前做好人员培训，设备保养，针对后续施工的地质条件及掘进注意事项对施工人员进行详细的技术交底，准备好应急材料。

2）、根据左线施工经验，掘进参数选择如下：
严格控制出土量，详细记录每一碴斗的出土量和掘进长度的关系，根据计算确定每一斗需要掘进的长度，在掘进中严格控制。

3）、后续软土掘进过程中注入高效泡沫剂，同时配合加入TCA高分子材料，进行碴土改良，防止结泥饼。

4）、继续加强监测，尤其是变形过大的15#、16#、17#房屋，每天对监测数据进行详细比对分析，根据监测结果指导施工。

5）、每天派专人对房屋进行巡查，发现异常情况，随即启动应急预案。

2、在中盾位置设置径向孔
掘进发现超挖时，及时利用径向孔向地层中注入聚氨脂，然后穿透聚氨脂注入水泥浆，将超挖部分填充密实。

具体实施的措施为：
1）、在中盾位置沿圆周位置均布径向钻孔8个（Φ16），孔位安装不锈钢管、球阀和快速接头备用。

2）、盾构机每环掘进中和每环掘进完成后拼装管片前利用径向孔探测围岩情况，如发现超挖、富水、砂层，或已知软弱重点地层，立即通过径向孔注入水溶性聚氨脂封堵。

3）、如发现超挖或围岩空洞较大（>100mm），在注入聚氨脂后，再使用二次注浆机通过径向孔穿透聚氨脂注入双液（水泥—水玻璃）浆封堵。

中盾盾壳径向孔
3、二次注浆及时跟上
针对盾构机的工作原理和特点，我们将确保同步注浆的基础上，采取以下二次注浆措施保证管片脱出盾尾后，管片与围岩之间的空隙能够及时的填充并且快速固结。

1）、预先在管片上设置注浆孔和接口。

2）、掘进中同步注浆机的1、4号管通过盾构机1、4号注浆孔进行水泥砂浆注入，同时使用同步注浆机的2、3号管通过管片注浆孔在管片脱出盾尾后，同步注入水泥砂浆。

3）、在管片脱出盾尾的当环同时用二次注浆机向管片壁后注入双液浆，使管片壁后填充保护层迅速强化，补充围岩开挖损失并承载压力。

4）、同步注浆机的2、3号水泥砂浆注入管和二次注浆机的双液浆注入管在管片脱出盾尾的当环形成强有力的二次跟进注浆，该3个管路的交替注入填充物，使脱出盾尾的当环快速固结。

4、强地面监测
在后续施工中，将对隧道上方房屋进行密布房屋及地面监测点、加大监测频率，每天认真分析监测数据，根据监测结果进行指导施工。

除在原建筑物的四角、大转角处埋设的监测点外，考虑在建筑物每隔2～3根柱基上埋设监测点，同时重点建筑物还增设部分地面点辅助监测。

在后续盾构施工时，将进行24小时全天监测，监测频率每隔3小时进行一次，并及时根据监测数据调整盾构掘进参数。

五、总结及体会
经过精心控制，盾构机终于顺利穿越后续6栋房屋，监测数据表明，房屋沉降控制在10mm以内，地表略微隆起。