盾构直接截桩穿越建筑物桩基施工技术

盾构直接截桩穿越建筑物桩基施工技术文章以某城市地铁盾构隧道与既有建筑物桩基相冲突的工程实例，阐述了特殊条件下，不做桩基托换，采用盾构机直接截桩穿越建筑物桩基的关键技术措施，最终在确保建筑物安全的同时，成功地解决了制约整条地铁线路通车的关键难题。

标签：盾构；截桩穿越；建筑物桩基Abstract：This paper illustrates the key of a metro shield tunnel in a city that conflicts with a building foundation. The key to using a shield machine to directly cross a building pile foundation without a pile foundation under special conditions is described. Technical measures，while ensuring the safety of buildings，have successfully solved the key problems that constrain the opening of the entire subway line.Keywords：shield；pile-cutting crossing；building pile foundation当前国内的许多先进城市已经跨进了修建城市地铁的进程，在已经建成或在建的地铁线路上，广泛存在地铁线路与建（构）筑物桩基相冲突的现象，通常情况下是通过调坡、调线避开，或先进行桩基托换加固处理后再掘进通过。

但当区间首尾站位已经确定并已基本建成，线路难以调整或绕行，而建筑物业主拒绝配合进行桩基托换或藉此索要超高额赔偿的情况下，如何在满足地铁穿越施工的同时将其对建构筑物的影响降至最低是摆在广大工程技术人员面前的一道难题。

1 工程概述某城市地铁盾构隧道从一栋九层住宅楼下部通过，该住宅楼为框架结构，共布φ1200mm人工挖孔桩61根，柱间距为3.5m～5m不等，桩与柱的关系为一柱一桩（无地梁），桩身砼为C25，桩长16m～28m不等（桩钢筋笼长度为承台下9m，下部为素砼），桩端持力层均为中风化泥质粉砂岩且深入中风化岩层不少于2m，为摩擦端承桩。

盾构隧道下穿该住宅楼段埋深约22.3m，其中的20根桩基不同程度的受到隧道施工的影响，桩底位于隧道上方的有4根桩基，桩身倾入隧道断面的共有16根桩基。

区域地质条件：根据详勘和补堪资料揭露，盾构隧道穿越九层住宅楼地段时左线隧道上断面一小部分断面穿过〈9〉微风化泥质粉砂岩地层，中下部断面穿过〈7〉、〈8〉强～中风化泥质粉砂岩地层。

右线隧道穿过〈8〉、〈9〉中～微风化泥质粉砂岩地层。

洞顶为〈5-1〉可塑状粉质粘土、〈5-2〉硬塑状粉质粘土、〈6〉、〈7〉、〈8〉全～中风化泥质粉砂岩地层。

2 桩基处理方案2.1 原设计方案原设计方案采用桩基托换法处理（桩梁式被动托换），共增加Φ1200mm新桩15根、Φ1800mm新桩8根，并在主、次梁之间设置600mm厚的桩顶盖板将所有托换体系连成整体，通过主、次梁组合形式将原桩荷载传递至新承台后，再经新承台传至区间隧道两侧的托换新桩上。

此设计方案已经市建设科技委的专家评审通过，但因建筑物业主拒绝配合进行托换加固，借此机会索要超高额赔偿，使得工程无法继续进行，直接制约到整条地铁线路的开通。

2.2 设计方案优化由于建筑物业主拒绝配合进行桩基托换施工，原方案无法实施，且区间首尾站位已经确定并已基本建成，经过设计线路调整（线路下调5m）之后，仍有11根桩基倾入隧道范围，以及9根桩基桩底位于隧道上方。

为积极推动该工程项目的进展，地铁业主提出了“不做桩基托换直接截桩通过”的方案设想，并委托某大学就不做桩基托换直接截桩通过方案进行技术分析。

经计算分析，地铁隧道截桩通过或桩底在持力层中穿越施工后，按纯摩擦桩（不考虑桩端阻力）计算仍能够满足承载力的要求，直接截桩通过方案在技术上可行。

于是，确定采用不做桩基托换，将区间线路下调5m，采用盾构机刀盘直接截桩通过该九层住宅楼的方案。

3 关键技术措施3.1 建筑物安全鉴定在掘进前，收集周边建（构）筑物的原始监测数据，并委托第三方对建筑物进行安全鉴定和监测。

对建筑物的裂缝状况，在盾构推进前作详细调查摸底，掘进施工过程中定期巡视检查。

对已经存在的裂缝，施工前必须会同有关各方现场检查，并作文字、拍照、录像记录。

3.2 刀具更换根据对该住宅楼区域地质情况和桩基情况的综合分析，住宅楼段盾构区间隧道穿越强风化混合岩、中风化混合岩、微风化混合岩地层，以、地层为主，单轴抗压强度达9.3～29.5Mpa，倾入隧道的桩基为C25砼。

为减小在住宅楼底换刀机率，防止刀具带病作业，在过住宅楼前需先选择适当位置进行刀具、刀盘检查及更换，换刀后盾构机将掘进通过住宅楼。

3.3 系统检修在检修刀具的同时，要对盾构机的液压、电气、水循环、润滑、注脂、注浆、泡沫、铰接等系统进行检修。

3.4 掘进参数管理（1）盾构姿态调整。

在盾构掘进至距建筑物50米处，先对盾构姿态进行一次调整，对地下导线控制点进行严密复测；在盾构掘进至距建筑物10米处，对盾构姿态进行全方位检查调整，对地下导线控制点再进行严密复测，严格平差，对盾构机导向系统重新进行调试，以确保盾构机掘进至桩位时，以正确的姿态，按隧道设计轴线方向顺利掘进。

（2）掘进模式管理。

根据住宅楼区域范围地层分布，区间隧道在住宅楼区域位置穿过强～微风化灰砂岩地层，盾构穿越地层自稳性较好，但由于地层具有较强的粘性，容易形成泥饼，因此该段采用气压平衡模式掘进。

（3）土压及出渣量控制。

盾构机在穿越住宅楼掘进中按气压平衡模式掘进，并用改良好的渣土充满土仓实测水土压力验证计算值而设定土压，保证土仓的土压力足以平衡开挖面的压力，达到有效控制建筑物和地层沉降的目的。

掘进时严格控制每環出渣量，防止因出渣量过多造成刀盘前方土体损失过大引起地层失稳、坍塌。

（4）推力、刀盘转速及掘进速度控制。

为最大程度的降低截桩施工对桩基础的扰动以及控制施工震动，盾构到达住宅楼段后，首先减小推力和降低推进速度，并提高刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值，避免较大的地表隆陷。

到达桩基础前1环，进一步降低盾构掘进推力，掘进推力维持在1000t 左右，刀盘转速1.8～2.0r/min，掘进速度控制在20～30mm/min，截桩阶段要密切关注盾构推进系统的推进速度和推进压力以及掘进出土情况。

（5）渣土改良。

截桩过程中要每天进行渣土性质分析，严密监视渣土的成分变化，判断前方地层情况，及时调整掘进参数。

对渣土中不同成分土粒含量也要进行认真分析、研究，掘进时加入足量的泡沫剂和水进行充分的渣土改良，每环泡沫剂（主要向切割表面注入）加入量不少于35L，避免刀盘前方形成泥饼。

（6）同步注浆。

在穿越住宅楼掘进时，应及时、连续、足量进行环向双液注浆，注浆时遵循“同步注入，快速凝结，信息反馈，适当补充”的原则。

考虑到盾构隧道施工过程中运输机车以及后续地铁运营均存在震动效应问题，盾构掘进过程中同步注浆拟采用快速凝固而产生强度的双液混合型同步注入浆液进行填充洞身中下部的环形空隙。

并在施工和运营阶段分别安装减震道床，以降低盾构施工过程运输及后续地铁运营期间所产生的震动对居民生活造成的影响。

3.5 预防泥饼的措施盾构机穿越易结泥饼的、、泥质粉砂岩地层时，盾构机掘进时就可能会在刀盘特别是刀盘的中心部位产生泥饼，当产生泥饼时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。

施工中采取的主要技术措施为：（1）通过刀盘不同高度位置的3个泡沫注入孔向掌子面直接注入适量的泡沫，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。

泡沫的润滑作用能增加刀盘中心粘性土的流动性，减小土仓中堵塞又可以有效的防止刀盘中心泥饼的产生。

（2）为防止结泥饼，尽可能将土压平衡掘进模式改为采用土仓顶部（1/5-1/6仓位）气压平衡模式掘进。

（3）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫或泥水，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出。

3.6 防止地层沉降措施（1）维持土仓内压力平衡。

控制螺旋输送机出土量与掘进速度的关系。

分析洞外、洞内监测数据，通过分析土样，判断围岩变化，反演地层特性，调整土仓中的设定平衡土压力。

（2）保证线性准确。

在地层软硬不均，一侧有桩基障碍及坡度变化的情况下盾构掘进时易发生方向偏差，因此应严格控制盾构机的姿态，并正确纠偏修正蛇行，以免产生过大的地层损失而引起地层变形，正确地选用左右转弯环管片及其转弯环管片的拼装点位是保证盾构在正确方向掘进的重要措施。

（3）及时、足量注浆。

保证注浆数量不小于1.8倍理论空隙，必要时要进行二次注浆。

环形间隙充填不够、结构与地层变形不能得到有效控制或变形危及地面建筑物安全时、或存在地下水渗漏区段，必须通过吊装孔对管片背后进行补充注浆。

3.7 建筑物下沉及倾斜监测为如实准确反应盾构截桩穿越建筑物时地表沉降情况，盾构机在进入住宅楼前，对其建筑物结构进行全面测量，取得原始数据。

建筑物变形测量应在盾构机开挖面附近，每天进行及每周进行后期观测直至沉降稳定。

当测量值变化较大时，应增加观测频率，如现场条件允许时可采用自动记录仪和警报装置。

在具体施工过程中，做到二十四小时监测，做到实时了解建筑物出现沉降、倾斜等，并将测量的结果反馈到施工中，指导施工过程的进行。

盾构施工时根据建筑物情况在建筑物上面每个角部以及中部各设置一个观测点，以观测其位移和倾斜等。

4 结束语在建筑物业主拒不配合进行桩基托换施工，且区间首尾站位已经确定并已基本建成，线路经过多次调整仍未能完全避开该建筑物桩基的特殊情况下，通过采用上述多种施工技术措施进行综合控制，最终两台盾构机均顺利的穿越了该建筑物，成功的解决了制约整条地铁线路通车的关键难题。

根据过程中的监测及地铁运营后的跟踪监测，该建筑物的沉降及震动均在可控范围，未对上部建筑物居民造成不良影响。

参考文献：[1]王立军，许俊伟.地铁盾构隧道下穿既有桥梁异形板区沉降控制综合技术[J].隧道建设，2011，31（2）：0220-0227.[2]井景凤，王综勇.砂卵石地层中某盾构区间过桥区段的方案优化[J].隧道建设，2011，31（2）：0208-2014.[3]钱新，黄雪梅.盾构下穿建（构）筑物控制沉降注浆技术研究与应用[J].现代隧道技术，2010（4）：85-89.[4]卿伟宸，廖红建，钱春宇.地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响[J].地下空间与工程学报，2005（06）：960-963+978.[5]李少刚.地下互通立交隧道设计参数优化及施工技术研究[D].北京交通大学，2011.[6]徐英乾，戚承志，沙曼.阻尼对地下隧道结构动力响应的影响[J].岩土力学，2012，33（S2）：196-200.[7]赵尚毅，郑颖人，宋雅坤，等.地下隧道衬砌结构内力计算方法探讨[J].后勤工程學院学报，2007（04）：29-33.。