盾构下穿建筑的施工技术与风险防控

盾构下穿建筑的施工技术与风险防控

张金冰,李海,郝泽鹏

中建八局轨道交通建设有限公司，江苏 南京 210046

摘要：采用盾构法进行城市地铁隧道的施工，可以推进地铁工程施工的进度。同时，地铁盾构施工技术可以有效解决各种复杂的地质问题，确保地铁工程的施工质量。

关键词：盾构；下穿建筑；施工技术；风险防控

引言

盾构隧道穿越施工过程中能够在保证自身稳定掘进的同时调整对地层的扰动并控制既有结构的变形。在盾构穿越工程中引发变形的因素有很多，对于掘进施工中的控制技术探究主要从两方面入手，即主动控制措施(调整盾构掘进参数)与被动控制措施(围岩加固)。当盾构施工引起的变形略大于控制值或能够平稳掘进时，通常采取主动控制措施进行控制。国内外学者对于盾构施工安全控制技术的研究较多，其中，区间隧道施工安全研究主要集中于盾构掘进参数、土层物理力学性质等方面。

一、盾构法概述

盾构法所指的是，在盾构保护的前提下被运用到软土隧道构件环节中的施工技术手段。此种施工技术的应用比较特殊，例如地层挖掘、衬砌拼装、接缝防水以及注浆充填等各项施工作业环节均需要在构盾的保护下所开展。盾构法的应用对于施工企业的工艺技术水平提出了较高的要求，施工人员一方面要严格遵循施工方案来加强各个施工环节的精细化管理，另一方面则要通过技术手段来实时了解地下水物质，以此来杜绝地面出现沉降现象。总结来看，盾构法的施工优势包括以下几点。施工步骤少、安全等级高、施工周期短、并不需要提前进行地表降水、对于周边环境的干扰度低、可以被应用到复杂的施工现场以及工程投资成本低等;而施工劣势则包括以下几点。在前期需要投入高额的施工设备租赁与养护费用、对于工程变化的适应度较差、很难把握地表的沉降问题、并不适用于小曲线半径隧道的作业环境等。

二、盾构下穿建筑物施工技术

（一）盾构下穿构筑物地面预加固施工

（1）加固界限：袖阀管注浆技术选用潜孔钻进行钻孔方位在0~30°角上，每孔间距为3m，每列间距1.5m。在打井前，要确定管道内有无管道，并根据施工图纸进行打孔；孔的位置误差控制在50mm以内。在安装好钻具后，使用垂直球对地标定井眼的水平，并对钻具进行打孔时的误差进行检验，确保井眼误差小于1%。（2）施工工艺：①钻孔。在进行钻井时，由于钻井方法是0~30°角，钻井机械无法达到钻井作业的需要，故采取了潜孔钻井技术；②袖阀管的设置，浇注套壳体的灌装和固管的堵漏。在钻入指定的位置后，要先用清水清洗干净，然后通过钻杆将套管材料输送到井下，然后从下往上注入套管。直至孔口流出符合规定的原始泥浆为止。按钻井工艺配置套管式花管，并在下套管期间对套管进行适当的灌浆，以避免出现在井中的浮动，从而确保了工程的质量；③灌入封闭泥浆。套管填料一般是以粘土和水泥为原料，用于密封套管和钻孔内的孔壁间隙，防止泥浆渗漏。通过橡胶套管和堵泥栓等装置的导向，使套管材料进入地层。在套管料灌装工艺中，灌浆效果的好坏将会对灌浆效果产生很大的影响。压裂填充可以达到侧向灌浆，当压力较大时，可以防止泥浆从孔内溢出。

（二）微型隧道法

微型隧道法又称盾构法，是相对于地铁建设采用的盾构法而言的。因为地铁盾构法的施工机械是大型盾构机，而市政管道敷设所采用的小型盾构机械，一种小型的前端挖掘后端衬砌的盾构设备。小型盾构设备主要由设备前端的切削环、设备中部的支撑环以及设备尾部的衬砌环3部分组成。设备前端的切削环相当于整个小型盾构设备的保护罩，可以将前端刃脚插入土体内进行掘进，然后通过机械在闭环内出土。设备中部的支撑环内安装了液压千斤顶，作为设备的支撑结构，千斤顶的一侧与切削环连接，当前端切削环挖土工作完成后，千斤顶负责将整个盾构机向前移动。当设备中部的千斤顶归位后，设备后端就露出了衬砌环，因为设备这时已经前进一段距离，这时候衬砌环内设备开始进行衬砌工作，钻孔护壁保证挖掘的安全性。当机械衬砌完成后，又重新开始下一个挖掘—衬砌的重复动作，直到施工完毕。

三、风险防控措施

（一）监控量测措施

（1）制定严密的监控方案，根据此工程的特点，制定切合实际的监控量测方案方法，明确安全警戒线与监测数据变动的极限值，利于监测阶段有据可依，由测量工程师实施。（2）控制地表的下降和地面的凸起，为保证隧道安全顺利通过该地段建筑物，需要调查好周边建筑物的情况，必须对施工区内地表下降与地面凸起量进行严格控制，减少施工和降水对周围环境的影响，控制盾构掘进参数，控制对构筑物不利的沉降。对地表的沉降要加强监测，依据地表沉降信息资料及时准确的调节盾构机掘进的各项参数，把地表沉降量控制在容许范围之内。

（二）盾构姿态预警

盾构施工过程中受所穿越的地层特性和物理指标、隧道设计轴线及盾构施工参数影响姿态会出现偏差，尤其在软硬不均、基岩凸起、岩洞、孤石等特殊工况下，盾构姿态的控制更加困难。利用大数据分析技术可以自动设置项目盾构姿态报警阈值也可人为主动设定和修正参数阈值，当盾构实时姿态参数超过设置阈值时，会发出报警并推送消息至项目技术人员提醒项目及时采取调整掘进参数、加强测量等措施进行纠偏，保证隧道施工质量。

（三）安装预制板

①预制板与预制柱同步进行，每安装完成一根预制柱即安装两块预制板；②预制板垂直吊放下井时，每次吊装数量不大于3块，洞内水平运输采用10t叉车进行，每次运输数量2块，1台叉车专门运输构件，1台专门安装构件，循环操作；③运输到工作面的预制板平放在地面上，在底部与板之间设置垫木，叉车叉起1块预制板后，缓慢倒车调头，将预制板运至安装位置，升起预制板至超过预制柱螺栓以上200mm，专人指挥就位；④就位后，测量位置偏差，指挥叉车微调板的位置；⑤预制板安装完后，个别存在支垫位置不平出现“跷跷板”的情况，采用千斤顶调整预制柱的高度，还不能解决的采用在板下支座处垫钢片。

（四）掘进参数实时监控

数据监控功能主要目的是实现对盾构施工关键数据进行远程监控，因为根据掘进装备类型的不同，监控的内容也不尽相同，因此，在此界面下对土压平衡盾构、泥水平衡盾构和TBM有所区别，根据项目类型自动进入对应的界面。通过数据监控模块可实现对多厂家、多类型的盾构TBM的施工状态进行远程在线实时监测，提高施工信息化程度和管理水平，有效保证施工的安全。可满足管理人员和专家随时随地可通过计算机或手机查看盾构TBM的工作状态、掘进参数和运行记录，对施工进行指导，减少误操作，提高施工效率。通过对关键掘进参数实时监控和预警，发现异常并及时处理，大大减少施工风险。

（五）从施工现场的地层埋深和水位高度出发，加强控制，竭力营造土压动态平衡

依据该思路，在进入盾构破碎带前3～5环时建立土压平衡，加强对土压力的有效控制，将其波动幅度稳定在0．2bar以内。对于地质图不准确的情况，在现场捞取渣样，经过分析后准确判断地层特性，进而有效建立土压平衡。2)盾构穿越上构破碎带地层前，先根据现场地质条件规划合适的区域用于保压停机;全面检查刀盘、刀具，针对磨损量超标的情况，及时安排换新;紧固滚刀螺栓、保护帽，保证各类设施的稳定性

结束语

由于地铁盾构下穿建筑物工程的地质条件、施工工艺等原因，施工中难免会出现一些施工问题，造成地铁的施工进度减缓，并对地铁施工单位造成一定的经济损失。为安全持续推进地铁盾构施工，减少盾构下穿建筑物施工质量问题，针对地铁盾构下穿建筑物的施工重点和难点进行分析，并对地铁盾构下穿建筑物施工工艺进行了优化，采取合理的施工技术与防护措施，减少了建筑物沉降，确保地铁工程建设的质量和安全。

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