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