地鐵工程中下穿施工技術分析
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摘要：結合沙灣站至西北橋站區(qū)間工程，充分考慮現(xiàn)場地層條件復雜的基本特點，圍繞盾構下穿老舊小區(qū)的施工技術展開探討。通過MidasGTS軟件創(chuàng)建仿真模型，用于反映下穿建筑物時的施工狀況。以模擬分析結果為依據(jù)，提出相適應的盾構施工方法，將其作為正式施工的指導。
盾構法是現(xiàn)代隧道建設領域的關鍵工法，其兼具安全、高效等多重特點。但盾構法施工受地質條件及既有建筑物等方面影響，易出現(xiàn)地層失穩(wěn)、地表沉降變形現(xiàn)象，在極端情況下甚至會引起建筑物傾斜或坍塌[1-3]，為此合理應用盾構法進行施工至關重要。
1工程概況
沙灣站至西北橋站區(qū)間于ZDK27+361.160-ZDK27+514.050段下穿既有建筑物，地面建筑主要以磚混結構為主，迄今已經(jīng)有60余年的使用時間，為年久失修的老舊建筑。經(jīng)過長時間使用后，房屋出現(xiàn)較為明顯破損現(xiàn)象，局部老化現(xiàn)象嚴重，各房屋開裂、滲漏水等問題都較為普遍。建筑區(qū)域內的黏土層分布較為廣泛，深度約2m，局部存在松散土層，地下空間經(jīng)過開發(fā)，分布大量老化管線。
2地表變形數(shù)值模擬分析
盾構下穿鐵路新村的工作量較大，長度約152.89m。該段隧頂與地面既有建筑物基礎的間距約為15.5～16.5m，拱部主要以粉細砂為主。伴隨盾構施工的持續(xù)推進，易對地面穩(wěn)定性造成不良影響，引起沉降現(xiàn)象。對此，引入MidasGTS軟件，通過該平臺模擬現(xiàn)場施工環(huán)境，以便給盾構下穿提供可靠的依據(jù)。邊界約束的存在將導致計算結果偏離實際情況，為切實提高模擬結果的可靠性，合理調整了X/Y軸的范圍，取隧道洞徑2.5～3.0倍作為范圍控制標準，Z軸則向上延伸直至到達地表處。創(chuàng)建模型后，其四周都具有水平約束，對應的邊界水平位移為零；底部邊界固定，表明其在水平、垂直兩個方向的位移都為零；頂部為自由邊界。根據(jù)現(xiàn)場情況賦予土層特定參數(shù)，施加適量的重力，以便使土體維持自平衡狀態(tài)，在此條件下創(chuàng)建模型。從所得結果來看，左線盾構掘進結束后，既有建筑物受到影響，豎向沉降達8.4mm，不均勻沉降達3.2mm；對于右線施工，豎向沉降達8.0mm，不均勻沉降達3.0mm。為順利完成施工作業(yè)，需采取行之有效的控制措施。
3加固措施分析
3.1地面加固。一是預注漿。提前采取地面加固措施，即預埋管并注漿。根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定合適的注漿點，該處預埋注漿管后即可注漿。豎向加固深度對整體施工效果的影響較大，要求達到基底以下3m。加強注漿前后的觀測，盾構通過后分析實測結果，以此為依據(jù)作出判斷。若房屋沉降未收斂，可采取地面二次注漿方式，實施進一步加固處理。二是斜向管棚加固。針對Ⅱ類圍巖占據(jù)較大比重狀況，采取φ146mm×6mm管棚支護方式。進洞管棚的長度控制為3m，以地面為基準，鉆進方向與之呈30°的關系，保持該姿態(tài)向下鉆進并到達房屋基礎下方。導向墻內預埋導向管，將該部分作為管棚導向墻使用。為便于施工觀測，在管棚側壁處預留觀察孔。每完成一孔鉆進作業(yè)后及時頂進管棚，期間通過測斜儀檢測，保證鋼管角度合理性，若存在異常則必須采取處理措施。注漿選用超細水泥漿液，水灰比為1:1。
3.2洞內加固措施。下穿房屋段施工期間，所用管片均設置注漿孔并預埋注漿管，在條件良好的前提下組織洞內注漿加固作業(yè)，加固長度137m，全程注漿壓力應穩(wěn)定在0.4～1.2MPa，滲透系數(shù)≤1×10-7cm/s。3.3地面注漿孔布置對于加固條件良好的建筑物，以建筑所處位置為準，在與之相距1～2m位置設置注漿加固孔，孔位布置如圖1所示。取兩側隧道輪廓線，分別將其向外延伸6m，將其作為實際加固范圍。加固孔統(tǒng)一按照水平間距2m的標準依次布設，結束預注漿加固作業(yè)后需及時設注漿孔。建筑下方管線分布錯綜復雜，部分情況下不利于注漿孔的定位，因此需根據(jù)實際情況采取調整措施，以避免施工干擾。
4.1掘進模式的選擇。綜合考慮施工現(xiàn)場及周邊地質條件，決定本段采用土壓平衡掘進方式。取0.8倍的靜水壓力和地層土壓力，求得兩者的總和，要求施工期間的土倉土壓力至少要達到該值。掘進期間視實際情況合理調整土倉土壓力，使其全程穩(wěn)定在0.1～0.15MPa，并充分考慮現(xiàn)場地質條件、碴土狀態(tài)等方面的具體情況，以便合理優(yōu)化工藝參數(shù)，確保掘進作業(yè)順利完成。
4.2渣良。富水砂卵石地層的施工條件欠佳，做好渣良工作有助于改善盾構施工條件。具體要點作如下分析：一是膨潤良。選擇高品質鈉基膨潤土，以有效改良渣土，并適配高性能膨潤土泵送系統(tǒng)，將混合料泵送至盾構機。對于膨潤土的用量，非特殊情況下每環(huán)以2m3較為合適，并保證其流量均勻[4]。二是泡沫劑改良。以干泡沫較為合適，適當提高氣量（通常以350L/min為宜），以形成泡沫混合液。施工期間其流量應穩(wěn)定在20L/min。三是刀盤中心加水控制。對于渣土偏干燥情況，采取刀盤中心加水的方式解決，具體用量為300L/min（視情適當調整）。檢查螺旋機出渣口渣土情況，若其處于相對較稀狀態(tài)，應在原有基礎上減少加水流量，以200L/min為宜。對于突發(fā)噴涌現(xiàn)象，應及時暫停加水，檢查并采取相適應處理措施。
4.3中盾注漿。盾構機配置的是直徑為6280mm的刀盤，而盾體直徑為6250mm，盾體與土體間將形成空隙。對此需設置預留孔，通過該處注入惰性漿液，確保所有縫隙都能夠得到有效填充。嚴格控制好惰性漿液的配比，具體要求如表1所示。
4.4洞內注漿。盾構施工期間，采取同步注漿工藝的同時還需做好襯砌壁后補壓漿作業(yè)，從而有效處理土體與管片圓環(huán)間隙，使其得到有效填充，以免出現(xiàn)后期變形現(xiàn)象。同步注漿所用漿液的初凝時間應在6h內，要求終凝強度≥1.7MPa，注漿壓力0.2～0.4MPa。為有效提高同步注漿施工質量，需合理優(yōu)化漿液配比。根據(jù)施工需求適配高性能的注漿設備，完整記錄施工期間的各項參數(shù)，以便給后續(xù)質量分析提供依據(jù)。同步注漿施工選擇的是可硬性漿液，其主要以粉煤灰、膨潤土、水泥等物質為原材料，按照特定的比例混合后生成水泥砂漿。將其作為同步注漿材料而使用，要求其初凝時間在6h內。注漿壓力提升至設計值后，檢測實際注漿量，若該值達到設計值的90%或更高，意味著注漿施工效果良好。同步注漿與盾構掘進需協(xié)同，盾構向前推進的過程中將隨之形成盾尾空隙，該部分則通過雙泵四管路注漿[5]。
4.5注漿壓力控制。注漿壓力對于注漿效果的影響較為明顯，上部壓力以0.09～0.15MPa為宜，下部壓力可適當增加0.15～0.25MPa。各環(huán)注漿量也是重點控制指標，以5～6m3較為合適。以現(xiàn)場施工條件為參考，按照8環(huán)/d的進度安排有序施工，每日都要清理管路，及時處理管內殘留的泥漿，以免管路堵塞。若因特殊情況而長時間停機，除了清理管路外，還需及時將盾尾球閥關閉。
5結束語
地鐵工程建設環(huán)境普遍復雜，盾構下穿老舊小區(qū)時更容易造成擾動性影響，出現(xiàn)地層失穩(wěn)、建筑物坍塌等施工安全問題，施工風險相對較大。鑒于此，文章以工程實例為依托，圍繞盾構法施工技術展開探討，提出具體的應用要點，希望所提內容可作為類似工程的參考。
作者:陳登斌 單位:中鐵十八局集團有限公司
