２００管理施工 ＤＯＩ：１０．１６７９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｆｈ．２０１８．０６．０５７ 城市道桥与防洪 ２０１８年６月第６期 盾构长距离小半径穿越建（构）筑物控制措施研究 吴 朝 （上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市２００４３３） 摘要：盾构施工中不可避免下穿建（构）筑物，如何确保盾构施工中建（构）筑物的安全是我国大规模城市轨道交通建设中 所必须面对和解决的问题，以上海轨道交通五号线南延伸段某区间为例，探讨了盾构长距离小半径穿越建（构）筑物沉降安 全控制措施，有关经验可供相关专业人员参考。 关键词：穿越；长距离；小半径；建（构）筑物 中图分类号：Ｕ４５５．４３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１８）０６—０２００—０３ Ｏ 引言 随着城市高速发展，人口增多，城市出行对城 市轨道交通的需求也也来越高。在轨道交通建设 中，盾构法施工由于其对沉降控制的优势，其应用 也越来越多。随着工程的增多，工程所面临的环境 也越来越复杂，受到规划及现有建筑物的制约，地 铁线路的线性越来越复杂，因此小半径隧道的应 用也是越来越多。小半径隧道的施工和常规的盾 土、⑤ 黏质粉土夹粉质黏土、⑤ 粉砂，穿越万科 楼盘地下车库段部分土体部分进行了加固，地层 软硬不均（见表１）。地层含水量、强度、渗透系数、 自立性不一，盾构掘进过程中容易出现开挖面稳 定性差、盾尾渗漏、螺旋机发生喷涌、推进困难及 地表沉降较难控制等问题。 ２盾构机优化选型 盾构区间隧道施工中，必须要根据地层、隧道 构法施工相比还是存在着一定的特殊性，因此研 究小曲率半径盾构法隧道施工技术也就很有必要 了。 轴线及周边环境特点选择合适的盾构设备，并根 据需要对盾构机进行刀盘、刀具及其它方面的优 化，这是保证区间隧道安全、顺利的前提条件，同 时也可以保证盾构在穿越建（构）筑物时减少对地 层的扰动，减小沉降。 本区间隧道需要在加固地层中长距离推进， 在此种地层中推进易出现推力及扭矩大、刀盘及 刀具易磨损，轴线控制难度大的特点；在中间段还 决定小半径曲线隧道掘进成败的因素很多， 有地层的关系、盾构机的选型、衬砌的拼装、超挖 量控制、背后注浆量及其它辅助工法的使用。其中 关键因素就是掌握好小半径曲线上的盾构掘进技 术、管片拼装技术、同步注浆技术以及地面沉降控 制技术等 】。 需要在具有微承压水性质的砂性土层中推进，在 此种地层中推进易出现推力及扭矩大、盾尾易出 １工程概况 上海市轨道交通５号线南延伸段某区问隧道 长度为９７８．１０９ ｒｎ，共８１６环（见图１）。区间隧道顶 部埋深为４．９—１５．７ ｍ，平面最小曲线半径为 Ｒ＝３７０ ｍ，纵坡为“Ｖ”字坡，最大纵坡为２６％。。区间 隧道采用两台奥村土压平衡盾构施工。 区间隧道穿越地层包括④淤泥质黏土、⑤ 黏 收稿日期：２０１８－０２—１１ 作者简介：吴朝（１９６３一），男，上海人，工程师，从事隧道及地 现涌水，隧道渗漏水控制难度大；且本区间隧道的 最小半径为Ｒ＝３７０，在小半径盾构隧道施工中易出 现轴线控制难度大、管片易出现错台、破损等情 况。根据本区间的特点，首先在盾构机的刀盘上加 装了１２把贝壳刀，并选用其它耐磨性好的刀具。 ２．１铰接系统 盾构机本体在曲线段上视为有一定长度的直 线形体，曲线半径越小，盾构机身越长，则盾构机 的行走线路与隧道轴线拟合就越难，偏差越大。曲 线段上的盾构掘进线路为连续折线，为了与隧道 下工程施工管理工作。 ２０１ ８年６』】第６期 城市道桥与防洪 管理施工２０１ 图１区间隧道平面布置图 表１区间隧道穿越主要建（构）筑物情况 缱（构）物丛删｛慨况及与隧道十１ｊ埘 ｆ 关系 ２．２盾尾密封系统 盾尾密封系统是管片的外 干¨盾构壳体的 内表ｌ血ｉ之Ｉ１＿１】的密封，町以防止水ｆＩ１砂土进入隧道 （见 ２）、由于本 问所经土层渗透系数较大，盾 尾内新装 道盾尾刷，外侧一道为钢板刷，内侧两 穿越建（构）筑 况 Ｉ）（问隧道从Ｉ ｛ 线５～２００环 ｒ仃线５～２０５环缚越Ｆ穿， 科 楼髓的地 乍Ｈ 万科地Ｆ１Ⅲ：地下车库壤 为钻 Ｌ钻托状 础，隧道顶 肼 离１ 库底板最小 离３．９ ｉｎ ｊ｝ｌ 离桩罐水 ，ｆ｝ １．９ ｍ 陔公二Ｊ的修 为条彤螭 道为钢丝刷 相问２道腔体内符 问单独控制，以满足 构 小 ｛ｌｌ１脂的 求。 ？ …一 ……‘ ： 、 ， ８个汕脂注 穿越建（构）筑 入孔．增加流 和 力传感器，达到注入 力和ＩＩ｛’ｔ 物和 微承压水层ｒｆＪ掘进时盾尾Ｉ ｘ＝域性注入 尾 卜穿卜海金旋汽 销售仃 公司的修 １ｌＪ、销售大厂Ｊ： Ｈ｛、 础『Ｉｔ 深约ｌ ５ ｎ１：销｛ 久 厅为独盘，承 魅础，楚础底川 ＿｝；ｌ｛ ２．６ ｈｉ；均无口 鹱．距离隧道顶 约８ Ｈ１ ｝ 区问隧道ｌ 仃线３ｌ０～３２５ ： 盾恂迪瞅咖啡厅桩基为，Ｊ‘桃 堆础，隧道顶部 离 底为 ２．３ ２．９ ｍ ｓｅ ｍｅｍ 卜 线３Ｉ ５～３３０环盾构卜牙迪 咖啡Ｊ Ｊ： 图２奥村盾构盾尾密封系统 没计轴线史好的拟合，盾构推进过 『十１则需要连 续纠偏，遵循勤纠、少纠的原则。 次纠偏 越 大，纠偏灵敏度就越低，轴线就越难控制，许儿会 ３盾构小半径穿越建（构）筑物主要技术 措施 ３．１盾构机推进参数设定 上Ｊ 力设定根据隧道中心 深及土顷情况， 对穿越段土压力计算值附加建筑物荷钱，具体施 Ｔ设定他根据盾构埋深、所在化 的十层状况以 及监测数据进行实时优化洲整、施Ｔ过程叶ｌ心 据地１（１ｆ及建筑物峪洲数据及时埘上， 力设定 进 影响刮成环箭片的质 、在曲线段ｌ 掘进时趟挖 刀与盾构铰接装置的使Ｊ｝Ｊ就成为ｒ控制特急『ｍ线 上隧道轴线的关键。 盾构机通常分成前后两个部分川千斤顶连接 起来，形成一个铰接装置，此系统主要使唇构机安 全、平稳，快速的进仃姿态调整，埘曲线段的掘进 提供了保障 考虑刮本区间Ｒ＝３７０ ｍ小曲 半径施Ｔ，盾构 机选取Ｊ 备Ｖ型主动铰接系统的两台奥村盾构 机，铰接油缸规格为２ ５００ ｋＮ×１７０ ｍｍ×３５ ＭＰａ× 行涮整。确保地面环境及建筑物的安全和稳定 『｛１丁本区间隧道盾构 ＩＩ加…Ｉｘ： 即进入 ‘科 地下 年，闲此没仃常规的试验推进阶段，如何合 理的没定士压力成为了确保穿越（建）构筑物的火 １２支，铰接角度左 ｌ．５。上下ｌ。，可满足最小 径Ｒ２５０ ｍ的曲线施Ｔ要求。 键。ｆ１］丁地下车库有桩基石＝ｆ｛，且地下部分土体已进 行加 ，对沉降不 敏，因此推进时应适当提高． ２０２管理施工 城市道桥与防洪 ２０１８年６月第６期 压力，使地下车库微微隆起１～２ ｍｍ，同时应根据 盾构及管片之间的建筑问隙及各土层特性合理控 制出土量，出土量控制在９８％～１００％，并通过分析 调整，寻找最合理的数值。 根据以往施工经验，盾构推进速度对盾构周 围土体的变形及应力的变化有一定的影响。盾构 穿越建（构）筑物期间，必须尽量减小盾构推进对 周围土体的扰动。因此必须控制合理地推进速度， 使盾构匀速施工，减少盾构对土体的挠动，达到控 制地面变形的目的。 的安装，同时也便于盾构机掘进时进行纠偏。 ａ．施工中，随时关注盾尾与管片间的间隙，一 旦发现单边间隙偏小时，及时通过盾构推进方向 进行调整，使得四周间隙基本相同。 ｂ．在管片拼装时，应根据盾尾与管片间的间 隙进行合理调整，使管片与盾尾间隙得以调整，便 于下环管片的拼装，也便于在下环管片推进过程 中盾构能够有足够的间隙进行纠偏。 ｃ．小半径段时当盾构机转弯过快时，小半径 隧道外侧的盾尾间隙就相对较小。当盾构机转弯 在穿越过程中，盾构推进速度宜控制在２０ ｍｍ／ｍｉｎ 过慢，管片超前于盾构机转弯时，小半径隧道内侧 左右，尽量保持推进速度稳定，尽量减小土压力的 的盾尾间隙就相对较小。因此，当无法通过盾构推 波动幅度，以便减少对周边土体的扰动影响。 进和管片拼装来调整盾尾间隙时，可通过增加曲 ３．２轴线控制 线管片及加贴楔子来调整盾尾间隙。 （１）盾构纠偏量的控制 ３．３地面沉降控制及环境保护 盾构在小半径段掘进时，盾构机的纠偏控制 （１）盾构同步注浆 最为重要。盾构机在曲线掘进过程中实际是处于 由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层 曲线的切线上，因此掘进的关键是如何对盾构的 损失量及纠偏次数的增加导致了对土体的扰动 机头部位的控制，由于曲线掘进盾构每环均在纠 的增加，因此在曲线段推进时应严格控制浆液的 偏，因此应做到勤测勤纠，同时每次的纠偏量应尽 质量及注浆量和注浆压力。每推进一环的建筑 量小，确保衬砌楔形块的环面始终处于曲率半径 空隙为：叮Ｔ（３．１７５２－３．１ ）Ｘ １．２＝１．８ ｍ （盾构外径： 的径向竖直面内。从而达到有效地控制轴线和地 ６ ３５０ ｍｍ；管片外径：６ ２００ ｍｍ），每环注浆量为 层变形的目的。 建筑间隙的１５０％～２００％，所以每环注浆量是 盾构掘进前，针对每环的纠偏量，通过计算得 ２．７～３．６ ｍ。。在施工过程中采用推进和注浆联动的 出盾构机左右千斤顶的行程差，掘进过程中则通 方式，注浆未达到要求时盾构暂停推进，以防止土 过利用盾构机千斤顶的行程差来控制当环的纠偏 体变形。根据施工中的变形监测情况，随时调整注 量。同时，结合分析管片的选型，针对不同的管片 浆参数，从而有效控制地面沉降。 型号（直线段、左曲、右曲管片）则有不同的千斤顶 同时应严格控制浆液质量，确保浆液质量的 行程差。 稳定。不能随意调整浆液的注入量，防止建（构）筑 （２）盾构测量 物出现不均匀沉降。 盾构掘进的测量是保证隧道轴线的根本，在 （２）二次注浆 小曲率半径段中盾构机的测量尤为重要。本区间 由于设计轴线为小半径的圆滑曲线，而盾构 盾构机配有自动测量系统，推进过程中可以通过 是一条直线，故在实际推进过程中，实际推进轴线 测量数据及时调整盾构机的推进和纠偏，平面轴 为一段段折线，且曲线外侧出土量大，这样就会造 线偏差始终控制在±３０ ｍｍ范围内，盾构机姿态 成曲线外侧土体的损失，因此在曲线段推进过程 保持良好。 中在进行同步注浆的工程中必须加强对曲线段外 由于隧道转弯曲率半径小，隧道内的通视条 侧的压浆量，以填补施工空隙。当沉降监测数值接 件受限，因此必须多次设置新的测量点和后视点。 近报警值时，进行二次注浆作业，二次注浆浆液选 设置新的测量点后，严格加以复测，确保测量点的 定为双液浆。注浆量、注浆孔位和注浆次数根据地 准确性，防止造成误测。同时，由于盾构机转弯的 面及建筑物沉降监测数据的情况，及时进行调整， 侧向分力较大，因此可能造成成环隧道的水平位 直至建筑物沉降稳定。 移，所以必须定期复测后视点，保证其准确性。 （３）沉降监测 （３）管片拼装 建（构）筑物沉降变形监测除常规地表沉降监 小曲率半径段内的管片拼装至关重要，而影 测外一般还包括：沉降监测、倾斜监测和裂缝观 响管片拼装质量的最关键问题是衬砌管片与盾尾 测。 间的间隙。均匀的周边间隙可以更好的便于衬砌 ａ．沉降测点：将Ｌ型测钉打人或埋人近地面 （下转第２１０页） ２１０管理施工 城市道桥与防洪 ２０１８年６月第６期 除上述因地连墙和咬合桩未连续施工所引起 的冷缝交界面渗漏外，从Ｙ１９节段基坑开挖出的 咬合桩，桩体外观整齐光洁，并通过钻孔取芯、超 声波检测，以及混凝土试件的试验检测，在桩身垂 直度、桩身完整性、桩芯混凝土质量、桩身咬合量、 （２）咬合桩采用全套管护壁钻进及其取土方法， 避免了塌孔、缩径等质量通病，有效防止孔内流 砂、涌砂现象；同时，全套管护壁方式保证了成桩 质量，桩间紧密咬合，形成整体连续基坑围护结 构；对该项目紧邻的外侧污水管道起到很好的安 挡土止水等方面均达到了预期的效果，未发现桩 全保护作用。间漏水情况。同时，后期通过对围护结构深层水平 （３）在全套管咬合桩施工中，可干孔作业，无 振动小，大大减少 位移，顶部水平位移，坑边地表竖向位移、水位观 须排放泥浆，机械设备噪声低，工程施工时对环境的污染，有利于文明施工。 测等监测数据来看，也达到了理想的效果。 （４）严格控制好咬合桩桩体的垂直度是保证咬 ６结语 合桩的关键，在施工前要制订完善的垂直度控制 杨高路咬合桩基坑围护结构施工技术的成功 及纠偏措施。 应用，为今后其他同类基坑咬合桩围护结构施工 （５）咬合桩施工的薄弱环节是桩与桩之间的咬 提供借鉴。结合咬合桩施工技术总结以下几点： （１）咬合桩作为围护结构具有防渗能力强、无 需泥浆护壁、扩孔（充盈）系数小、配筋率低，在穿 过软弱富水地层时无需增加其它辅助措施。 合搭接面，因此需要保证足够的咬合量，并使混凝 土在咬合搭接面相互嵌入、紧密黏结。这是咬合桩 结构有效防水的关键所在。 弋ｔ七ｔ七七七七电七七电 七七七七七七七七七々七七七 七七七电电七电七七七七七 七七｜七七七｜七’七电七｜七｜七七七々七ｔ七｜七｜七｜七｜电ｔ｜七电｜’七七七 七七七七七々七七 七七七ｔ七七七七 （上接第２０２页） 的建筑结构体内，测钉头部磨成凸球型。测钉与建 筑结构间不允许有松动。对于沉降变形控制要求 较高的，盾构穿越时在建筑物的外墙角、门窗边角 等突出部位增设沉降观测点。 ｂ．倾斜测点：建（构）筑物倾斜量值是判别建 （构）筑物是否安全的基本控制量。 裂缝观测：在施工前对隧道沿线建（构）筑 物巡视、观察，若发现先天裂缝，应进行编号记录， Ｃ．通过裂缝观测仪测读裂缝的后期宽度变化，并拍 照存档。对比盾构穿越前后裂缝变化情况。 ｄ．应根据建（构）筑物的监测情况，及时调整 情况下长距离下穿建（构）筑物，施工风险较高。施 工前根据地层和建（构）筑物沉降的特点采取针对 性措施，并有针对性的进行盾构机优化及选型；在 施工过程中及时根据施工监测，及时调整施工参 数，科学合理配置盾构掘进参数，控制出土量、加 强注浆量和注浆压力控制等施工措施控制，这些 都是确保盾构成功穿越建（构）筑物的关键，同时 也确保了建（构）物安全。 本工程的成功穿越经验，也为后续其它类似 的穿越施工提供借鉴。 参考文献： 监测频率，同时应及时的将地面监测情况及时通 知有关各方，及时调整施工参数。 ［１】周文波．盾构法隧道施工技术及应用【Ｍ］．北京：中国建筑工业出 版社，２００４． 【２】张凤祥，傅德明，等．构隧道施工手册［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ４结语 本盾构区间隧道在地质情况复杂、小半径的 ２０ｏ５． ［３］施仲衡．地下铁道设计与施工［Ｍ】腴西西安：陕西科学技术出版 社。１９９７．