深圳地铁盾构下穿建筑物施工技术

58　2012(增刊2)　CONSTRUCTION MECHANIZATION
深圳地铁盾构下穿建筑物施工技术
The construction technology of Shenzhen subway shield underneath crossing the building
熊炎林/XIONG Yan-lin
（中铁隧道集团有限公司技术中心，河南 洛阳 471009）
随着城市的发展，地铁建设成为城市建设的重头戏。

在城市地铁隧道施工过程中，采用盾构施工的比例呈上升的趋势。

盾构法施工具有施工速度快、自动化程度高、不受气候影响等较多优点，但如果施工过程中技术措施不当，可能会造成地面塌陷、建筑物受损开裂。

随着盾构隧道的增多，盾构隧道下穿建筑物的情况时有发生，为了控制建筑物及地面的安全，需要采取一系列措施加以控制，确保隧道施工安全。

1 工程概况
深圳地铁5号线怡黄区间右线里程全长1 051.609m，左线里程全长1 078.767m。

盾构区间隧道由怡景路站出发后，先后下穿怡景路、黄贝岭小区、沿河路和深南东路，到达区间终点黄贝岭1号竖井吊出。

怡－黄盾构区间左线隧道在里程280～360环范围、右线隧道在里程250～360环穿越了景贝南小区5栋房屋。

盾构隧道与下穿的5栋建筑物的平面关系如图1所示。

图1 盾构隧道与建筑物平面关系图
左、右线地层情况与隧道剖面位置关系如图2、图3所示。

左线隧道12号楼下隧道埋深为16.9m，9号楼下隧道埋深为17.02m，4号楼下隧道埋深为17.24m。

右线隧道15号楼桩基距离隧道顶为3.7m，隧道埋深为16.95m，12号楼隧道埋深为17.0m，2号楼隧道埋深为17.25m。

图2 左线与建筑物纵剖位置关系
图3 右线与建筑物纵剖位置关系2 工程地质条件
盾构隧道最大覆土厚度为16.61m，最小覆土厚度为8.58m，穿过地层包括<7-5>粉质黏土、<11-1>全风化凝灰质砂岩、<11-2>强风化凝灰
质砂岩、<11-3>中风化凝灰质砂岩、<11-4>
DOI:10.13311/ki.conmec.2012.s2.016
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微风化凝灰质砂岩、<17-2>强风化混合岩、<17-3>中风化混合岩、<17-4>微风化混合岩等。

另外详勘地质报告揭示区间隧道穿过3条断裂带，其中F7断裂带在右线投影长4.8m，F8断裂带在右线投影长度为10.5m，F9断裂带在左右线投影长度分别为31.5m和14.6m。

工区进场后，针对断裂带位置进行了补勘，揭示F9断层在盾构区间左、右线长度分别为49m、60m。

3 工程重点和难点
1）在景贝南小区内下穿五栋住宅楼，此段隧道洞身范围内为上软下硬地层，隧道顶板为砂、卵石土等敏感地层，盾构在过小区段掘进施工过程中施工风险大。

2）为预防建筑物沉降过大，须采取洞外提前进行地表加固，小区内地表环境复杂，地层加固施工时空间比较小，施工协调难度大。

3）洞内需加强掘进参数控制，减小地层扰动，避免建筑物基础受影响。

4 盾构隧道施工引起地层沉降机理
在地质条件松软的情况下，浅埋隧道盾构施工对土体的扰动将直接影响到地表，引起地表和建筑物的沉降。

盾构施工引起地表及建筑物沉降的基本机理主要有以下几点。

1）开挖面土体移动 在盾构隧道掘进过程中，由于开挖面受到的水平支护应力与原始土层中的侧压力不平衡，直接导致开挖面土体隆起或者下沉。

2）土体损失 在盾构掘进过程中，出土量大于理论出土量，周边土体产生相对运动，直接产生土体下沉。

3）盾尾间隙注浆 在盾尾通过后，由于开挖面与盾构管片间存在间隙，在注浆压力过大和注浆不及时的情况下，地表可能会产生隆起或者下沉。

4）土层固结 在盾构通过后，由于受扰动土体的再次固结而产生二次下沉。

土体的固结沉降存在滞后性，其沉降情况主要与地质条件和施工
质量等因素相关。

盾构施工过程中存在着较多影响土层沉降的原因，归纳起来主要有以下几点：①出土量控制不好，导致隧道严重超挖；②掘进过程中盾构及参数设置不合理；③盾构在掘进过程中非正常原因的停机；④注浆不及时。

5 盾构下穿建筑物主要技术措施
针对盾构施工特点，提前做好防护建筑物发生沉降的准备，制定了一系列盾构下穿建筑物的技术措施。

5.1 盾构通过前施工准备
1）盾构刀盘距离第一栋房屋前有计划地进行盾构设备的维修与保养，确保推进系统、注浆系统、盾尾密封系统等完好，并备足常用备件，确保盾构在下穿建筑物掘进过程中不出现非正常停机现象，保证盾构的正常掘进，顺利通过小区建筑物。

2）提前做好换刀计划，保证盾构在下穿建筑物期间刀具的完好。

确保盾构在下穿建筑物期间不会出现刀具磨损严重影响盾构的正常掘进。

3）对盾构穿越的小区建筑物进行提前调查，做好应急准备措施，确保在盾构下穿期间能及时地进行补充注浆等措施的开展。

4）布设建筑物及地表监测点，在盾构下穿建筑物前进行监测。

5.2 盾构通过技术
1）根据前一阶段掘进情况，优化盾构下穿房屋段掘进参数，其中左线过F9断层及12号楼及右线过15号楼至12号楼间F9断裂带时，盾构推进并采取超土压平衡模式掘进。

2）左线过9号楼、4号楼为在硬岩段掘进，掘进参数的选择应坚持“小推力、小扭矩、低刀盘转速、低掘进速度”的原则，掘进控制应“以掘进速度为主，刀盘转速为辅”，确保盾构安全通过中－微风化混合岩地段。

3）右线过2号楼为在软硬不均地层，地层整体性不好，单体强度较高，采取控制掘进速度与刀盘转速，控制盾构掘进中刀具的贯入度，确保盾构刀具及刀具的安全。

适当加大顶部的推进
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油缸压力，预防顶部超挖引起地表或房屋沉降异常。

4）盾构推进遵循全程监控、匀速推进以及压力控制“宁正勿负”的原则。

考虑到盾构通过房屋段位于R =400m的小半径曲线上，要求掘进速度不得超过30mm/min。

5)加强碴土改良，适当增加泡沫及水的用量，避免堵仓、糊刀盘现象发生。

本阶段泡沫用量40～50L。

加大盾尾油脂注入量，确保盾尾密封效果。

6）保证同步注浆量和注浆压力。

基于对小区房屋的保护，防止较大沉降的发生，同时结合下穿段具体地质情况，注浆量不得少于5.5m 3。

注浆过程中必须保证4管同时注浆，上部注浆管压力≤0.30MPa，下部注浆管压力≤0.35MPa。

该段同步注浆配比为：水泥120～160kg，粉煤灰280～341k g ，膨润土45～56k g ，细砂668～779kg，水395～446kg。

在地下水丰富地段，调整水泥用量至200kg，加快水泥砂浆凝结时间。

7）在通过小区房屋期间，加强地表监测及建筑物沉降监测，正常情况4次/天，现场测算监测结果，及时反映给施工技术人员及值班领导。

安排经验丰富的监测人员对小区房屋的地面情况进行24h的观察，如有异常现象，需及时向值班领导汇报并加密监测。

8）为防止盾构穿越小区房屋及F9断裂带发生喷涌现象，购置MJ-S/N-01高分子材料用于盾构过小区房屋及断裂带，通过加水系统添加，预防喷涌现象发生。

9）准备应急物资，并成立抢险小组，在紧急情况下，启动应急预案。

5.3 盾构通过后
盾构盾尾完全脱离每一栋小区房屋2环以后，
立即对位于房屋下方的区间隧道进行补强注浆，确保管片背衬注浆饱满，控制地表沉降。

注浆采用水泥-水玻璃双液注浆。

水泥浆液与水玻璃体积配合比为1∶1。

6 施工完成及监测情况
在严格执行预定的技术措施的情况下，左线于2009年8月14日开始穿越第一栋楼，于9月1日穿越最后一栋楼。

右线于2009年9月5日开始穿越第一栋楼，于10月7日穿越最后一栋楼。

盾构穿越期间，小区地表及建筑物没有出现异常隆沉现象。

建筑物累计最大沉降-10.54mm，建筑物未出现开裂现象。

实践证明，盾构掘进参数调整及辅助措施得当，使下穿建筑物过程中，建筑物沉降得到很好的控制。

7 结 语
本盾构区间隧道在地质情况复杂较差的情况下近距离下穿建筑物，施工风险较高，在根据地层和建筑物沉降的原因采取针对性措施，很好地控制了建筑物沉降，保证了施工安全。

在做好盾构本身状态调整及一些应急准备措施的情况下，通过施工过程的控制，监测信息反馈，科学合理配置盾构掘进参数，采取了碴土改良、控制出碴量、加强注浆量和注浆压力控制等辅助措施，这些都是确保盾构成功穿越建筑物的关键环节。

对于今后类似工程，同样需要及早对工程情况进行全方位的分析，制定可行性施工方案，做好应急措施，加强施工过程控制。

（编辑 贾泽辉）
［中图分类号］U455.43［文献标识码］B
［文章编号］1001-1366(2012)S2-0058－03［收稿日期］2012-08－15。