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沈阳地铁1号线盾构穿越地下商业街施工
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内容提示：沈阳地铁1号线某区间盾构穿越地下商业街时存在诸多难点,该处是沈阳地铁工程的重大风险源之一,且基础底距离隧道顶部最小处仅为5.2m,因此根据地质和实际施工情况,在盾构穿越前、穿越中和穿越后分别采取了一系列措施,成功地解决了一系列技术难题。
在盾构施工中，不可避免地要对周围土体进行扰动并使地表产生沉降[1]。 对于盾构隧道施工沉降，不少学者对这方面进行了研究和分析[2-3]。 城市地铁工程具有建筑物密集、施工场地陕小、地质情况复杂、地下管线密集、交通繁忙、施工条件受到限制等特点，因此盾构穿越城市中心地带对地表沉降的控制要求更为严格[4]。 笔者针对沈阳地铁 1 号线盾构穿越地下商业街，系统地阐述了整个过程中采取的技术措施。（参考《建筑中文网》）
1 工程概况
沈阳地铁 1 号线某区间主体采用盾构法施工。 区间设计右线全长 778.82 m，左线全长 778.836 m。 区间左、右线掘进施工均选用日本三菱 覫6 140 辐条加面板式土压平衡盾构机。区间隧道管片外径 6 000 mm，内径5 400 mm，为预制钢筋混凝土管片组成，环宽 1 200 mm，每环由 3 块标准 A 型管片、2 块邻接 B 型管片和 1 块封顶 C 型管片组成。 预制衬砌钢筋混凝土强度等级为C50，抗渗等级 S10，衬砌纵、环向连接均采用 M24 高强度螺栓。
商业街沿中华路方向长约 102.65 m，垂直于中华路方向宽约 32 m；柱下独立基础底距离隧道顶部最小处仅为 5.2 m，最大处仅为 6.1 m。
2 地质状况
该区间建筑场地地形较平坦，地面标高介于 42.18～42.74 m，西高东低，地表相对高差 0.56 m。 场地地貌类型属第四纪浑河新扇。 区间各层土自上而下依次为：
1）第四纪全新统人工填筑层（Q4ml）。 其中，位于中华路两旁人行道部分杂填土主要由建筑垃圾、碎石类土、砂类土及黏性土组成，松散—稍密；位于中华路道路部分杂填土主要由卵石、碎石、砂类土及黏性土等组成，稍湿，稍密—中密状态，顶部为沥青路面。
2）第四纪浑河新扇（Q41al+pl）。 其中，粉质黏土呈黄褐色，含有铁质结核及云母片，稍有光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，可塑—硬塑状态，局部夹有粉、细砂薄层；中、粗砂呈黄褐—灰褐色，级配不良，石英—长石质，含 5 %～10 %砾石，偶见卵石，最大粒径 40 mm，稍湿—饱和，一般上部为中砂，向下粒径加大逐渐变为粗砂；圆砾呈黄褐色，级配不良，其母岩主要由中、微风化花岗岩和脉岩等组成，岩质坚硬，卵砾石占 50 %～65 %，一般粒径 2～20 mm，最大粒径约80 mm，中、粗砂充填，很湿～饱和，密实。
3）第四纪上更新统浑河老扇（Q32al+pl）。粉质黏土呈黄褐色，含少量铁锰质结核，饱和，软塑—可塑，稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，局部混中砂颗粒、夹细砂薄层，水平分布；中、粗砂呈黄褐色，级配不良，石英—长石质，含少量黏性土及砾石，偶见卵石，可见最大粒径约 30 mm，饱和，中密—密实，水平分布；圆砾主要由火成岩组成，呈亚圆形—圆形，坚硬，饱和，呈中密—密实状态，局部夹砾砂薄层，填充物为中、粗砂及少量黏性土，呈透镜体状分布。
3 盾构穿越商业街施工控制技术措施
3． 1 穿越前的措施
1）土体预加固。 为确保盾构下穿施工的安全，在下穿前对商业街东西两侧进行双液注浆预加固。 注浆参数见表 1。
表 1 土体预加固注浆参数
2）增设试验段。 在下穿前 100 环范围内采用新的技术参数进行试掘进以确保盾构安全顺利地穿越商业街。 在盾构机试验段阶段，对盾构掘进时的每个工艺流程尤其是注浆工艺流程进行 24 h 监控，并及时记录试验时的各项数据。 通过对试验段推进参数的试验和分析，确定盾构下穿商业街切实可行的技术参数，包括土压力，推进速度，注浆压力，同步注浆量，浆液配比以及二次补浆的位置、频率、注浆量，浆液材料选择等。
3）在盾构穿越商业街前，将盾构的姿态调整到最佳状态，对空导控制网及井下、隧道内的测量控制点进行复测。 在确认无误的情况下，盾构机根据测得的数据，将轴线误差调整到小于 10 mm，以准确的姿态进行推进。
4）盾构超前注浆。 为保证商业街结构的安全，配备了盾构机专用双液注浆设备。 在盾构下穿结构前，通过盾构机侧壁上 12 个 覫50 的注入口，在隧道内对开挖面前方土体进行超前注浆加固。 设计超前注浆深度为5～6 m，最大注浆加固土体断面直径不小于 12 m，加固范围为隧道上侧，夹角为 240 °。
3． 2 穿越过程中的措施
1）合理设置土压力，防止超挖。 在盾构掘进过程中，根据理论计算数据、前期掘进数据和监测数据进行分析，并及时调整土压力值，从而科学合理地设置土压力值，防止超挖，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。 因盾构在砂性土中掘进极易造成超挖，而超挖又会导致地面较大的沉降，且商业街区段覆土厚度极小，沉降控制标准要求高，所以在这种情况下要适当提高正面土压力的设定值（一般正面土压力设定值为刀盘中心地层的静止土压力值的 1.4 倍），并根据沉降监测结果进行适量的微调。
2）改良砂性土。 正面砂土疏干后，给盾构机刀盘切削土体造成很大的困难，盾构掘进时推力和刀盘扭矩会超出正常工作允许范围。 为保证盾构推力和刀盘扭矩在正常的工作范围内，尽量减少对刀盘和刀具的磨损，所以在掘进过程中预先改良掌子面土体，即：在刀盘前方土体注入发酵膨润土， 降低刀盘的油压，减少刀盘的扭矩 ，并使砂性土具有适当的和易性，同时在膨润土中加入羧甲级纤维素，以增加泥浆的保水性和稳定性。
3）盾构掘进时必须保证推进速度的恒定和稳定，严格控制盾构掘进方向，减少纠偏，尤其是大量值纠偏。在下穿商业街过程中，每掘进 60 cm 测量 1 次盾构机的姿态偏差，根据偏差及时调整盾构机的推进方向，关闭超挖刀。 同时在盾构下穿期间，保持匀速连续推进，从而保证盾构机平稳地穿越商业街。
4）合理同步注浆。 经计算，每推进 1 环的建筑空隙为 1.6 m3。 考虑到下穿商业街沉降控制标准高，盾构下穿期间同步注浆量控制建筑空隙的 160 %～180 %，即 2.6～2.9 m3 范围内，注浆损耗率以 10 %计。 另外考虑此区段土层富含水，水压较高，故注浆压力在注浆处水土压力的基础上提高 1～2 kg/cm2，并使浆液不进入土仓而压坏管片。 浆液配比为水泥（kg）∶粉煤灰（kg）∶膨润土（kg）∶砂（kg）∶水（kg） =100∶450∶60∶600∶500。
3． 3 穿越后的措施
1）采取合理的二次注浆。 同步注浆为流动的单液浆液，注入时是完全没有自立性的物体，容易流失到尾隙处的其他部位，因而注入的区域，特别是管片背面的上顶部位很难充填到（见图 1），加上同步注浆浆液固结时间较长，容易受到地下水的稀释，致使早期强度下降，使得隧道上方的土体向未充填到的空隙滑动、坍塌，从而导致地表产生较大的沉降，所以，为了限制同步注浆浆液的流动，减小浆液流失，达到充填固定区域的目的，根据盾构试验段监测的数据分析，决定采取环箍注浆二次补浆的注浆方式。 环箍注浆模式见图 2，二次补浆模式见图 3。
2）加强监控量测和巡视，并及时加固。 在盾构掘进完成后，继续对掘进后方的商业街附近区域进行监控量测，并进行 24 h 路面巡视，一旦发现异常现象，及时进行二次补浆或多次补浆，情况严重的则采取地面注浆加固措施。
4 施工监测
根据公式进行计算，确定地面沉降的影响范围，对在影响范围内的建筑物进行沉降监测。 监测仪器使用电子精密水准仪、条形码尺，全站仪等。
商业街的里程桩号为 K12+416—K12+519 ，最大允许沉降量 7 mm，选择桩号 K12+506、K12+473、K12+493等 3 个测点，做沉降曲线图，见图 4。
由图 4 可以看出，3 个测点的最大累积沉降分别为 3.76 mm、4.14 mm、4.17 mm，均小于允许值。
5 结论
以监测数据作为调整盾构施工参数或采取相关技术措施的依据，该工程成功地避免了建筑物柱间过大的差异沉降和建筑物内地表隆起现象的发生，确保了盾构施工顺利通过地下商业街。
参考文献：
[1] 刘昌. 盾构施工引起地表沉降的研究[D]. 西安：西安建筑科技大学，2007.
[2] 李建伟. 盾构隧道施工沉降影响分析[J]. 中国高新技术企业，2009（13）：166-167.
1 工程概况
沈阳地铁 1 号线某区间主体采用盾构法施工。 区间设计右线全长 778.82 m，左线全长 778.836 m。 区间左、右线掘进施工均选用日本三菱 覫6 140 辐条加面板式土压平衡盾构机。区间隧道管片外径 6 000 mm，内径5 400 mm，为预制钢筋混凝土管片组成，环宽 1 200 mm，每环由 3 块标准 A 型管片、2 块邻接 B 型管片和 1 块封顶 C 型管片组成。 预制衬砌钢筋混凝土强度等级为C50，抗渗等级 S10，衬砌纵、环向连接均采用 M24 高强度螺栓。
商业街沿中华路方向长约 102.65 m，垂直于中华路方向宽约 32 m；柱下独立基础底距离隧道顶部最小处仅为 5.2 m，最大处仅为 6.1 m。
2 地质状况
该区间建筑场地地形较平坦，地面标高介于 42.18～42.74 m，西高东低，地表相对高差 0.56 m。 场地地貌类型属第四纪浑河新扇。 区间各层土自上而下依次为：
1）第四纪全新统人工填筑层（Q4ml）。 其中，位于中华路两旁人行道部分杂填土主要由建筑垃圾、碎石类土、砂类土及黏性土组成，松散—稍密；位于中华路道路部分杂填土主要由卵石、碎石、砂类土及黏性土等组成，稍湿，稍密—中密状态，顶部为沥青路面。
2）第四纪浑河新扇（Q41al+pl）。 其中，粉质黏土呈黄褐色，含有铁质结核及云母片，稍有光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，可塑—硬塑状态，局部夹有粉、细砂薄层；中、粗砂呈黄褐—灰褐色，级配不良，石英—长石质，含 5 %～10 %砾石，偶见卵石，最大粒径 40 mm，稍湿—饱和，一般上部为中砂，向下粒径加大逐渐变为粗砂；圆砾呈黄褐色，级配不良，其母岩主要由中、微风化花岗岩和脉岩等组成，岩质坚硬，卵砾石占 50 %～65 %，一般粒径 2～20 mm，最大粒径约80 mm，中、粗砂充填，很湿～饱和，密实。
3）第四纪上更新统浑河老扇（Q32al+pl）。粉质黏土呈黄褐色，含少量铁锰质结核，饱和，软塑—可塑，稍光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，局部混中砂颗粒、夹细砂薄层，水平分布；中、粗砂呈黄褐色，级配不良，石英—长石质，含少量黏性土及砾石，偶见卵石，可见最大粒径约 30 mm，饱和，中密—密实，水平分布；圆砾主要由火成岩组成，呈亚圆形—圆形，坚硬，饱和，呈中密—密实状态，局部夹砾砂薄层，填充物为中、粗砂及少量黏性土，呈透镜体状分布。
3 盾构穿越商业街施工控制技术措施
3． 1 穿越前的措施
1）土体预加固。 为确保盾构下穿施工的安全，在下穿前对商业街东西两侧进行双液注浆预加固。 注浆参数见表 1。
表 1 土体预加固注浆参数
2）增设试验段。 在下穿前 100 环范围内采用新的技术参数进行试掘进以确保盾构安全顺利地穿越商业街。 在盾构机试验段阶段，对盾构掘进时的每个工艺流程尤其是注浆工艺流程进行 24 h 监控，并及时记录试验时的各项数据。 通过对试验段推进参数的试验和分析，确定盾构下穿商业街切实可行的技术参数，包括土压力，推进速度，注浆压力，同步注浆量，浆液配比以及二次补浆的位置、频率、注浆量，浆液材料选择等。
3）在盾构穿越商业街前，将盾构的姿态调整到最佳状态，对空导控制网及井下、隧道内的测量控制点进行复测。 在确认无误的情况下，盾构机根据测得的数据，将轴线误差调整到小于 10 mm，以准确的姿态进行推进。
4）盾构超前注浆。 为保证商业街结构的安全，配备了盾构机专用双液注浆设备。 在盾构下穿结构前，通过盾构机侧壁上 12 个 覫50 的注入口，在隧道内对开挖面前方土体进行超前注浆加固。 设计超前注浆深度为5～6 m，最大注浆加固土体断面直径不小于 12 m，加固范围为隧道上侧，夹角为 240 °。
3． 2 穿越过程中的措施
1）合理设置土压力，防止超挖。 在盾构掘进过程中，根据理论计算数据、前期掘进数据和监测数据进行分析，并及时调整土压力值，从而科学合理地设置土压力值，防止超挖，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。 因盾构在砂性土中掘进极易造成超挖，而超挖又会导致地面较大的沉降，且商业街区段覆土厚度极小，沉降控制标准要求高，所以在这种情况下要适当提高正面土压力的设定值（一般正面土压力设定值为刀盘中心地层的静止土压力值的 1.4 倍），并根据沉降监测结果进行适量的微调。
2）改良砂性土。 正面砂土疏干后，给盾构机刀盘切削土体造成很大的困难，盾构掘进时推力和刀盘扭矩会超出正常工作允许范围。 为保证盾构推力和刀盘扭矩在正常的工作范围内，尽量减少对刀盘和刀具的磨损，所以在掘进过程中预先改良掌子面土体，即：在刀盘前方土体注入发酵膨润土， 降低刀盘的油压，减少刀盘的扭矩 ，并使砂性土具有适当的和易性，同时在膨润土中加入羧甲级纤维素，以增加泥浆的保水性和稳定性。
3）盾构掘进时必须保证推进速度的恒定和稳定，严格控制盾构掘进方向，减少纠偏，尤其是大量值纠偏。在下穿商业街过程中，每掘进 60 cm 测量 1 次盾构机的姿态偏差，根据偏差及时调整盾构机的推进方向，关闭超挖刀。 同时在盾构下穿期间，保持匀速连续推进，从而保证盾构机平稳地穿越商业街。
4）合理同步注浆。 经计算，每推进 1 环的建筑空隙为 1.6 m3。 考虑到下穿商业街沉降控制标准高，盾构下穿期间同步注浆量控制建筑空隙的 160 %～180 %，即 2.6～2.9 m3 范围内，注浆损耗率以 10 %计。 另外考虑此区段土层富含水，水压较高，故注浆压力在注浆处水土压力的基础上提高 1～2 kg/cm2，并使浆液不进入土仓而压坏管片。 浆液配比为水泥（kg）∶粉煤灰（kg）∶膨润土（kg）∶砂（kg）∶水（kg） =100∶450∶60∶600∶500。
3． 3 穿越后的措施
1）采取合理的二次注浆。 同步注浆为流动的单液浆液，注入时是完全没有自立性的物体，容易流失到尾隙处的其他部位，因而注入的区域，特别是管片背面的上顶部位很难充填到（见图 1），加上同步注浆浆液固结时间较长，容易受到地下水的稀释，致使早期强度下降，使得隧道上方的土体向未充填到的空隙滑动、坍塌，从而导致地表产生较大的沉降，所以，为了限制同步注浆浆液的流动，减小浆液流失，达到充填固定区域的目的，根据盾构试验段监测的数据分析，决定采取环箍注浆二次补浆的注浆方式。 环箍注浆模式见图 2，二次补浆模式见图 3。
2）加强监控量测和巡视，并及时加固。 在盾构掘进完成后，继续对掘进后方的商业街附近区域进行监控量测，并进行 24 h 路面巡视，一旦发现异常现象，及时进行二次补浆或多次补浆，情况严重的则采取地面注浆加固措施。
4 施工监测
根据公式进行计算，确定地面沉降的影响范围，对在影响范围内的建筑物进行沉降监测。 监测仪器使用电子精密水准仪、条形码尺，全站仪等。
商业街的里程桩号为 K12+416—K12+519 ，最大允许沉降量 7 mm，选择桩号 K12+506、K12+473、K12+493等 3 个测点，做沉降曲线图，见图 4。
由图 4 可以看出，3 个测点的最大累积沉降分别为 3.76 mm、4.14 mm、4.17 mm，均小于允许值。
5 结论
以监测数据作为调整盾构施工参数或采取相关技术措施的依据，该工程成功地避免了建筑物柱间过大的差异沉降和建筑物内地表隆起现象的发生，确保了盾构施工顺利通过地下商业街。
参考文献：
[1] 刘昌. 盾构施工引起地表沉降的研究[D]. 西安：西安建筑科技大学，2007.
[2] 李建伟. 盾构隧道施工沉降影响分析[J]. 中国高新技术企业，2009（13）：166-167.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14409.htm
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