盾构大跨度超百节穿越在建地下室施工技术.pdf

202310Building Construction2070盾构大跨度超百节穿越在建地下室施工技术陶志新 庄晶晶中亿丰建设集团股份有限公司 江苏 苏州 215131摘要：以苏州6号线中新大道东港田路区间盾构隧道下穿公园地下室项目为例，针对项目重难点的分析，通过在设计前期对公园地下室结构进行优化、盾构施工推进过程中的施工技术措施、安全技术保障措施、应急措施以及对在整个施工过程中采集的监测数据进行分析，确保将盾构在大跨度超百节穿越在建地下室过程中造成的土体隆起及沉降对地下室结构的影响降至最低，以期为今后类似工程提供参考。关键词：盾构；大跨度；超百节；穿越在建地下室中图分类号：TU99 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)10-2070-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.10.037Construction Technology of Shield Tunneling For Large-span and Over 100 Sections Crossing Basement Under ConstructionTAO Zhixin ZHUANG JingjingZhongyifeng Construction Group Co.,Ltd.,Suzhou 215131,Jiangsu,ChinaAbstract:Taking the shield tunnel crossing the basement of a park in the section between Zhongxin Avenue East and Gangtian Road on Suzhou Line 6 as an example,in order to analyze the key and difficult points of the project,the structure of the park basement is optimized in the early design stage,and the construction technical measures,safety technical guarantee measures,emergency measures,and monitoring data collected throughout the entire construction process are analyzed.It ensures that the impact of soil uplift and settlement caused by shield tunneling during the process of crossing the basement under construction with a large-span of over 100 sections on the basement structure is minimized,in order to provide reference for similar projects in the future.Keywords:shield tunneling;large-span;over a hundred sections;crossing the basement under construction共厕所、开闭所及舞台，其余为景观绿化。基坑总体呈三角形，总周长约577.4 m，总面积约15 578.4 m2。东西最宽143.5 m，南北最长182.7 m。地下室基础采用桩基础，地下室结构为框剪结构（图1图3）。盾构左线盾构右线此处为下穿地铁轨道区间示意图1 盾构穿越地下室平面示意6 6101 2102 5001 2001 200 5005 00012 000+0.91 m2005003 0005 0000 m4.60 m9.14 m32b#槽钢 =6 000L挂网钉0.3%1 3001 0004 0002 0002粉质黏土1黏土素填土勘探孔J1红线挂网钉素混凝土回填土钉成孔110土钉成孔110土钉成孔110素混凝土换撑块厚1 000底板厚100垫层土钉成孔110图2 盾构穿越地下室剖面示意（西侧左线跨轨段）随着近些年轨道交通的快速发展，盾构在建（构）筑物下方穿越的案例也越来越多，在盾构穿越过程中如何避免对上部建（构）筑物的影响是现阶段的主要研究方向1-3。常规的方法均会引起上部构筑物轻微扰动，对地下室造成工期影响，安全质量也无法得到充分保证。本文结合苏州6号线中新大道东港田路区间盾构隧道下穿公园地下室项目，通过项目前期设计优化、协同施工，以及盾构穿越过程的技术措施把控，实现了盾构安全、无扰动地穿越在建地下室，可为今后类似工程提供借鉴。1 工程概况1.1 公园地下室概况公园地下室场地上跨拟建6号线中新大道东港田路区间盾构隧道，隧道顶标高为9.987.05 m，地下室底板与隧道垂直净距为3.546.47 m。本工程1层地下室公园建造先于区间隧道施工。本工程公园为地下1层，地上包括公作者简介：陶志新（1989），男，本科，工程师。通信地址：江苏省苏州市相城区澄阳路88号（215131）。电子邮箱：收稿日期：2023-06-13市政工程MUNICIPAL ENGINEERING建筑施工第45卷第10期2071C15素混凝土回填坡面挂网喷射细石混凝土厚806200 双向20b#槽钢素混凝土换撑块拉森钢板桩2 6005 0003 000 1 5005 0005003 2004 80011 9801.40 m12.07 m5.70 m8.59 m10.35 m4.60 m0.09 m0 m1 7206 3704 6503 1105 6102 500勘探孔JC282粉质黏土1黏土素填土红线驳岸边线厚1 000底板厚100垫层图3 盾构穿越地下室剖面示意（东侧右线跨轨段）1.2 盾构概况区间线路出中新大道东站后向东敷设，以R350曲线转向锦溪街路下方。其间需穿越公园1层地下室，地下室现阶段为在建。盾构下穿掘进时先是穿过锚杆（118环处围护结构）进入地下停车场下方，然后掘进159环，最后穿过钢板桩围护（277环处围护结构）脱出进入地下停车场。118环处隧道顶部距离围护结构底部1.55 m，距公园地下室底板3.44 m。277环处隧道顶部距离围护结构底部1.72 m，距公园地下室底板6.37 m。具体盾构区间范围如表1所示。表1 盾构区间范围一览工程部位工程名称 区分起止里程长度/m 隧道总长/m中新大道东站港田路站区间盾构区间左左DK28737.126左DK29531.560818.5581613.715右右DK28736.403右DK29531.560795.157联络通道1#DK29244.0002 技术难点分析本工程盾构长跨度超百节穿越在建1层地下室是一大难点，穿越距离约为160 m，在下穿过程中存在重大风险，其可能对在建的公园地下室结构造成一定的附加作用，影响地下室结构的安全性及稳定性，主要有以下原因：1）公园地下室桩基础影响。由于盾构需穿越公园地下室，公园地下室桩基础形式对盾构的推进影响非常大，故在公园地下室桩基设计过程中，需提前进行设计优化，在满足抗浮要求的前提下确保盾构无障碍顺利推进。2）交叉施工影响。由于公园1层地下室为在建工程，与盾构推进存在交叉施工，盾构自中新大道东始发，一旦盾构推进，在前进过程中不得停顿，故在盾构推进前在建地下室的施工工况需满足盾构推进条件。3）不均匀沉降影响。由于盾构推进距离大，同时该处隧道走向呈曲线形式，盾构推进过程将造成地基隆起及沉降，故在施工过程中需调整施工参数，将地下室的变形控制在合理范围内。3 施工技术措施3.1 设计方案优化措施由于盾构推进时间在公园地下室施工之后，本工程为确保盾构的顺利推进，同时为确保地下室抗浮能满足规范要求，在前期针对公园地下室结构进行以下设计优化：1）加大盾构推进区域筏板厚度。由于盾构距离地下室底板3.446.37 m，地下室抗拔桩为灌注桩，桩长15 m，为确保盾构顺利推进，盾构施工区域范围内均未设置抗拔桩，但为确保满足地下室抗浮要求，在盾构区间两侧加密抗拔桩，同时加大筏板厚度，将筏板厚度由550 mm调整为1 000 mm。如图4所示，黄色阴影区域筏板厚1 000 mm。11红色填充为原后浇带调整为加强带图4 设计优化示意2）减少盾构推进区域后浇带的设置。本工程盾构推进时间已固定，工期紧、任务重，为确保盾构在地下室下方推进过程中的安全，公园1层地下室结构需施工完成，混凝土强度需养护达到设计要求。但公园地下室建筑面积大，需设置后浇带，后浇带需在42 d后方可浇筑。为加快施工进度，本工程减少了后浇带的设置，尤其为避免盾构推进过程对地下室结构的影响，盾构推进区域尽量避免后浇带的设置。如图4所示，红色填充为原后浇带调整为加强带。3.2 盾构推进过程技术措施3.2.1 盾构推进前工况要求根据设计工况要求，为确保盾构在公园地下室下方的顺利推进，保证地下室的结构安全及稳定，盾构进入地下室下方前，地下室结构工况需满足如下要求：1）地下室外墙肥槽需土方回填到位，并满足密实度要求，避免盾构推进过程中渣土改良浆液及同步注浆浆液串入基坑。2）地下室后浇带需浇筑完成，并达到设计强度要求，避免盾构推进过程中对土体扰动致使地下室结构变形。3）顶板覆土1.5 m需施工完成，增加盾构上方荷载，确保盾构在穿越公园地下室前后土压平衡。3.2.2 土压力控制施工过程严格控制土仓压力及出土量，保持开挖面稳定。加强土仓渣土的塑流化改造，以防止盾构掘进过程中出现土仓土体闭塞；在盾构穿越公园地下室前，适当降低陶志新、庄晶晶:盾构大跨度超百节穿越在建地下室施工技术202310Building Construction2072土仓压力，将土仓压力逐步调整并适当降低，避免因土仓压力过大导致地下室结构的上浮或变形4-7。土压力的取值关键由刀盘前的水土压力确定，其压力值通常以刀盘中心处数据为准，在项目施工过程中，可根据不同工况条件、周边环境、土层地质情况、隧道埋深及监测数据等情况进行及时调整，具体计算如下。水土压力上限值：P上P1P2P3whK0(w)h(Hh)20；水土压力下限值：P下P1P2 P3whKa(w)h(Hh)2Cusqr(Ka)20。式中：P上切口水压上限值，kPa；P下切口水压下限值，kPa；P1地下水压力，kPa；P2静止土压力，kPa；P3附加土压力，一般取20 kPa；w水的容重，kN/m3；h地下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心），m；K0静止土压力系数，本次施工取0.8；土的容重，kN/m3；H隧道埋深（算至隧道中心），m；P2主动土压力，kPa；Ka主动土压力系数；Cu土的黏聚力，kPa。以上计算为正常推进阶段水土压力值，盾构推进时，根据沉降监测信息的反馈，及时调整土压，从而准确及时地设置土压力值等参数，以减少对土体的扰动。穿越初期土压力设定为0.18 MPa，盾构接近、到达建（构）筑物下方时，按实际情况适时准确降低土压力。详细参数见表2。表2 土压力详细参数正下方起止里程土压模式穿越区土压力设置扭矩/（kNm）推进速度/（mmmin1）刀盘转速/（r/min）左118277环土压由0.18MPa调整至0.12MPa12001500351.0右118277环土压由0.18MPa调整至0.09MPa11001500351.03.2.3 推进速度控制1）盾构推进过程为控制推进轴线、避免刀盘损坏，推进速度不宜过快，在通过改良区地段时，推进速度控制在10 mm/min，通过改良区后，速度可逐步提升至20 mm/min，同时应控制千斤顶总推力在初始推进阶段不大于1 200 t。2）每环推进开始时，应逐步提高推进速度，防止启动速度过大。3）一环推进过程中，为保证仓内土压的稳定，应确保恒定的推进速度并减少波动。4）为保证注浆系统始终处于良好工作状态，推进速度的快慢必须满足每环推进注浆量的要求。5）在调整推进速度的过程中，应始终确保开挖面处于稳定状态。3.2.4 同步注浆控制1）注浆压力。注浆压力一般指注浆系统注入口处的压力，由地基条件、水泥强度、盾构形式和使用材料特性综合决定其适当值，注浆压力可大致选择为等于地层阻力强度（压力）加上0.050.10 MPa。2）注浆量。根据施工经验，注浆量需达到理论计算空隙量的180%200%，即6.06.7 m3之间可满足要求。3）注浆速度。注浆平均速度根据盾构每完成1环1.2 m推进的时间内完成该环注浆量来确定。4）注浆结束标准。注浆结束的控制标准以注浆压力和注浆量双指标为准，即当注浆压力值达到设计要求且注浆量满足设计要求值的90%以上时，即可认为满足施工质量标准要求，施工结束。3.3 盾构推进过程安全技术措施1）加强沿线建筑物调查，准确掌握建筑物情况与隧道关系。2）盾构机的掘进速度不大于3 cm/min。3）严格控制土仓压力及出土量。加强土仓渣土的塑流化改造，以防止盾构掘进过程中出现土仓土体闭塞。4）在盾构穿越段，盾尾油脂使用满足盾尾密封要求的优质油脂，油脂使用量不小于35 kg/环，使用的每桶油脂做专项记录。5）严格控制盾构土仓压力及推进速度，保持开挖面的平衡和稳定；在盾构推进中调整好盾构机的掘进姿态，避免纠偏过大、过频，以降低对周围土体的扰动。6）应精确控制盾尾注浆压力和注浆量。在同步浆液的同时，跟踪施工监测信息，及时补注二次双液浆，利用其速凝的特点迅速稳定软弱土层。7）必要时，对盾构施工有影响的建筑物进行注浆等加固处理。3.4 建（构）筑物隆沉应急技术措施建（构）筑物发生沉降时，需要加强地表沉降观测并及时安排人工盯控复测，做好建（构）筑物表观情况收集和对比工作。隧道内及时调整施工参数，确定建（构）筑物与盾构机刀盘相对位置关系。若隆沉发生在盾构机刀盘前部，则适当降低土压力，每次升降0.02 MPa；若隆沉发生在盾构机刀盘后部，则适当降低或提高注浆量、注浆压力，每次0.3 m3，直至建（构）筑物稳定。若建（构）筑物单日沉降持续超限且累计沉降持续超限，则采用地表注浆进行加固。4 监测数值分析在盾构推进至公园地下室前，针对公园地下室盾构前陶志新、庄晶晶:盾构大跨度超百节穿越在建地下室施工技术建筑施工第45卷第10期2073进路线下各结构柱及承重墙进行监测点布置。2021年8月25日上行线盾构掘进280环时，公园地下室监测点呈隆起趋势。其中，FR150结构柱当天地表隆起量为5.23 mm，累计地表隆起量为20.42 mm，此时为最高峰值，后期随着土体沉降逐渐趋于稳定，具体结果见图5。2520151050510累计沉降量/mm7182931041151268月18日8月20日8月27日8月28日8月29日8月30日8月31日9月1日9月2日9月3日9月4日9月6日日期图5 公园地下室监测曲线变化在盾构推进公园地下室整体过程中，需加大对公园地下室结构的巡视及监测工作，盾构于2021年9月10日在277环位置驶出公园地下室，地下室底板、墙板及柱均未出现明显的裂缝及结构损伤。5 结语本项目为盾构大跨度超百节穿越在建地下室，各项施工条件及工况均不利于盾构的推进，在项目实施全过程，从设计、施工、监测等方面全方位进行了技术把控。结合工程实体案例，通过设计前期对地下室结构进行优化，盾构施工推进过程中采取技术、安全、应急措施，以及对整个施工过程进行监测数据采集分析，使得盾构在大跨度超百节穿越在建地下室过程中造成的土体隆起及沉降对地下室结构的影响降至最低，不仅保证了在建地下室结构的安全稳定，而且确保了盾构穿越地下室施工中盾构作业的顺利安全推进，为今后类似项目提供了一定的借鉴作用。1 中华人民共和国住房和城乡建设部.盾构法隧道施工及验收规范:GB 504462017S.北京:中国建筑工业出版社,2017.2 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市轨道交通工程监测技术 规范:GB 509112013S.北京:中国建筑工业出版社,2013.3 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范:GB 500092012S.北京:中国建筑工业出版社,2012.4 池建彬.广佛地铁3号线盾构隧道下穿某在建大型工程的隧道及基 础受力分析D.广州:华南理工大学,2020.5 陈筱妹.在建工程地下室上浮专项检测鉴定与加固措施J.建筑科 学与工程,2020,7(10):41-43.6 吴华.某在建工程地下室局部上浮所致损伤鉴定J.安徽建筑,2021,6(18):154-156.7 童志元,付敏龙.某在建工程地下室上浮原因检测鉴定分析处理J.江西建材,2022,7(30):57-59.陶志新、庄晶晶:盾构大跨度超百节穿越在建地下室施工技术（上接第2069页）1）采用地聚合物固化风积沙应用于底基层及基层，可大大降低施工成本。2）从材料的购置到固化土的铺设，系统地阐述了地聚合物固化风积沙作为基层、底基层的应用过程。发现风积沙的含黏量、地聚合物的制备方法、固化土拌和的均匀性与施工中固化土水分的保持是影响地聚合物固化风积沙道路结构形成强度的重要因素。3）地聚合物固化风积沙的特点是早期强度较低，但其强度会随着龄期增加而持续增长，在应用中可以适当延长地聚合物固化土的养护龄期与强度验收时间，将较高龄期的地聚合物固化风积沙强度作为设计准则，使固化风积沙能发挥其优点。1 陈晓光.沙漠公路建设成套技术M.北京:人民交通出版社,2006.2 张冰冰,刘杰,阿肯江托呼提,等.土工格室加固风积沙路基动应力 响应现场试验研究J.公路交通科技,2021,38(12):37-46.3 胡建荣,张宏,张海龙,等.沙漠区风积沙路基水盐迁移规律J.交通 运输工程学报,2017,17(3):36-45.4 冯莹.腾格里沙漠风积沙路基压实技术研究D.西安:长安大学,2017.5 张浩,刘江,胡江洋,等.陕北地区毛乌素沙漠公路风积沙工程特性 研究J.合肥工业大学学报(自然科学版),2015,38(8):1103-1108.6 耿楠.毛乌素沙漠地区风积沙工程特性试验研究D.西安:长安大 学,2015.7 韦锋,李文菊,张富贵,等.地震荷载下风积沙路堤动力响应规律J.中国地质灾害与防治学报,2017,28(2):78-84.8 PACHECO T F,CASTRO G J,JALALI S.Alkali-activated binders:A review:Part 1.Historical background,terminology,reaction Davidovits J.Synthesis of new high temperature geo-polymers for reinforced plastics/composites C/SPE PACTEC 79 Society of Plastic Engineers,Brookfield Center,1979.9 章定文,王安辉.地聚合物胶凝材料性能及工程应用研究综述J.建 筑科学与工程学报,2020,37(5):13-38.10 易耀林,李晨,孙川,等.碱激发矿粉固化连云港软土试验研究J.岩 石力学与工程学报,2013,32(9):1820-1826.11 章定文,曹智国.工业废渣加固土强度特性J.岩土力学,2013,34(增 刊1):54-59.12 邓永锋,吴子龙,刘松玉,等.地聚合物对水泥固化土强度的影响及 其机理分析J.岩土工程学报,2016,38(3):446-453.