盾构近距离侧穿在施深基坑风险分析及技术措施

刘辉

(中铁隧道股份有限公司，河南郑州 450000)

刘辉

(中铁隧道股份有限公司，河南郑州 450000)

以沈阳地铁二号线一期土建工程某盾构近距离穿越正在施工深基坑为例，结合工程的水文地质条件，分析了盾构穿越深基坑时的主要风险点，在此基础上确定了有针对性的科学合理的施工措施，为施工的顺利进行奠定了基础。

盾构，深基坑，风险，技术措施

盾构施工因其对地面影响小、适应性广、无噪声无污染、施工速度快和安全性能高等特点，已成为城市隧道施工的主要施工方法。随着城市轨道交通的发展，盾构近距离穿越地下建筑的情况比较频繁，由于相邻两标段施工不协调，沈阳地铁二号线奥会区间盾构施工时需穿越一段正在进行开挖作业的风道结构，现以此为背景，介绍土压平衡盾构平行通过净距离为2.1 m的风道基坑施工经验，为今后同类型工程提供有益的借鉴。

1 工程概况

1.1 项目概况

沈阳地铁二号线奥体中心站—会展中心站盾构区间隧道采用土压平衡式盾构掘进，起止里程为K16+335.050～K17+538.363，盾构开挖断面直径为6.28 m，从奥体中心站开始始发掘进，在K17+509.318时将平行于会展中心站1号风道掘进，隧道外轮廓线距1号风道围护结构边缘为2.11 m，在盾构到达K17+526.418时，隧道外轮廓线距离风道灌注桩边缘为2.81 m，盾构将平行通过长约27.90 m的风道到达终点里程。

会展中心站1号风道为地下双层一柱两跨钢筋混凝土框架结构，外包尺寸为38.3 m×10.7 m×11.2 m,基坑底标高为29.77 m,围护结构采用φ800@1 200 mm，C30钢筋混凝土钻孔灌注桩，其中K17+509.318～K17+526.418桩底标高为21.75 m，K17+526.418～K17+538.363桩底标高为23.95 m,桩间采用挂网加喷射C25级混凝土支护,基坑分别于标高42.7 m及37.2 m处架设两道钢支撑。图1，图2为区间隧道与风道结构相对位置关系。

1.2 水文地质情况

地表标高为43.87 m，盾构机底标高为28.4 m,埋深为15.2 m，此段地层由上而下主要为2.5 m～3 m厚杂填土，6 m～7.5 m厚③-1粉质粉土，12 m～15 m厚③-3中粗砂，盾构穿越的地层主要为③-3中粗砂层，隧道顶部为粉质粘土。由于会展中心站1号风道正在降水状态，地下水位处于盾构机底部50 cm。

2 实际施工情况

2.1 基坑施工情况

会展中心站1号风道基坑开挖已完成90%，K17+509.318～K17+513.318段基坑开挖至底板上1 m，K17+513.318～K17+538.363段基坑已全部开挖完成，由于施工的滞后性部分桩间网喷未完成施工，第二道钢支撑架仅架设了3根，见图3，此外由于在进行围护结构施工时K17+526.418处受降水井影响，有一根钻孔灌注桩未施工。

2.2 盾构施工情况

从盾构到达风道前施工情况来看，总体推力为1 800 t～2 000 t左右，掘进速度为45 mm/min～55 mm/min,土仓上部压力为0.07 MPa,底部压力为0.12 MPa，掘进状态良好。

3 风险分析

1)桩体剪切破坏。本基坑采用钢支撑辅以钢围檩支护，有效的确保围护结构的整体性，故支撑系统架设的好坏直接影响到基坑的稳定，由于会展中心风道结构钢支撑未架设完成，临近到达端同时为基坑开挖完成部分，钢支撑未架设，盾构通过风道围护结构时，由于盾构机离桩体较近，掘进过程中对周边土体扰动，加上对两侧土体的侧压力较大可能导致桩体剪切破坏。2)盾构保压困难，造成地表沉降，桩背后土体松动，灌注桩往外偏移、倾斜，导致钢支撑轴力释放，失稳滑落，给基坑施工带来严重的安全隐患。由于区间隧道中线距离灌注桩边缘5.25 m～5.95 m，近距离平行通过会展中心站1号风道开挖基坑，在土压盾构机掘进过程中，一般为半土压半气压的模式进行掘进，区间隧道与风道间降水区域内为砂砾层，孔隙率大、渗透性好，在风道的挂网喷浆护壁没有完成或未达到设计要求时，土仓内气压会从桩间空隙泄漏，无法保证掌子面压力平衡，导致地表塌陷，扰动桩背土层，造成桩体往基坑外侧偏移，钢支撑轴力迅速释放，支撑松动滑落，给风道基坑带来严重隐患。3)盾构受困于地层中。若待风道完成底板侧墙施工后，盾构再进行掘进，盾构至少需在此地层中停机超过一个月,由于砂砾石地层中，地层收敛能力强，若盾构长时间停留于地层中，地层收敛很容易将盾壳体卡住，盾构脱困时需加大推力，增加运转负荷，导致振动过大，过分扰动掌子面，基坑的安全。另外，受到长时间停机影响，容易造成堵仓、糊面板，导致盾构恢复掘进困难。

4 应对措施

4.1 风道施工应对措施

1)对滞后的施工项目加快进度，完善施工。由于基坑施工的滞后性，部分地方桩间网喷、第二道钢支撑及钢围檩未完成，为确保盾构顺利通过，在未完成施工的区域加快进度，确保盾构通过前完成所有工序的施工。2)为防止钢支撑滑落，在钢支撑与钢围檩上增设一道软连接，用钢绞线将支撑与围檩连接为一体。3)加强初期支护强度。在缺少钻孔桩部分桩间采用挂双层钢筋网，同时提高喷射混凝土的厚度，由原设计10 cm提高至20 cm，此外在盾构高度1.5倍范围内将桩间网喷厚度增加至15 cm，增强薄弱面的保压能力。4)增加监测频率与手段。分别于K17+502，K17+521，K17+529上布置沉降槽，根据掘进速度加大对钢支撑轴力的监测力度，并于基坑桩体上布置收敛点随时监控桩体的偏移。5)加强现场巡视。安排专人24 h不间断对风道情况及地表和洞门情况进行巡查，出现异常情况立即反馈，以便及时采取措施。

4.2 盾构掘进控制措施

1)调整盾构掘进参数，增加适量的外加剂确保掌子面的稳定。为防止盾构在通过风道段掘进的过程中对1号风道周边的地层造成较大的扰动影响风道的安全，所以在通过风道段掘进过程中要严格控制掘进参数，尽量减小盾构掘进对地层的扰动。降低刀盘转速，减轻与砾石的碰撞冲击，减小盾构掘进对地层的扰动，刀盘转速拟控制在0.7 r/min左右。适当降低掘进速度，掘进速度控制在25 mm/min～30 mm/min，加强盾构姿态调整与控制；为减少掘进推力，在盾构壳体与开挖面之间注入适量的膨润土，既能减少壳体与周围土体的摩擦力，也能有效控制土体的收敛；在保证土仓压力不变的情况下，适当调整气压和土压的比例，降低气压比例并减少泡沫注入量，增加膨润土的注入量提高土压的比例，充分利用注入的膨润土在掌子面形成泥膜，减少气体通过砾砂层的空隙外泄，确保土仓压力稳定，减少土体的扰动破坏；根据掘进速度，严格控制出土量，严禁出现超挖现象，以保证土体的稳定。2)提高管片拼装质量，保证同步注浆质量。在盾构掘进过程中根据盾构机姿态、盾尾间隙、油缸行程等做好管片选型工作，确保管片安装质量，防止因管片拼装选型问题出现卡盾现象，掘进参数不稳定，影响到掌子面的稳定；在掘进过程中严格控制好同步注浆质量，及时填充管片背后的环形间隙的同时控制好注浆压力，防止因压力过大造成基坑侧压力过大破坏桩间网喷，通过调整浆液的质量，适当加快浆液初凝速度，保证管片的稳定，减少注浆时侧压力对基坑喷混面的影响。3)控制盾构的掘进姿态。本着“平、稳”的原则，防止因姿态变化过大使掘进参数波动频繁，而影响掌子面的稳定。4)严格控制地下水位，防止施工过程中地下水位上升，对掘进及基坑稳定造成不利影响。

4.3 做好充分的应急措施

施工现场储备充足的回填料和喷浆材料等应急物资，一旦险情出现，能及时控制；加大监测频率，根据每天监测数据调整掘进参数，确保掘进过程的稳定顺利;设置专人24 h巡查基坑和掘进路线地面情况,若有问题能及时反馈。

5 结语

通过以上技术措施，取得了很好的效果。近距离通过风道基坑施工顺利完成，地面沉降最大为8.9 mm；桩间网喷混凝土也未出现裂缝；桩体收敛、侧移得到有效控制，钢支撑轴力变化在掘进过程中不超过7%。盾构近距离通过深基坑过程，不仅需要增加基坑围护结构的强度及整体性能，同时严格控制盾构的参数，确保盾构在有序、可控的状态下通过，将风险降低至最小。此次近距离通过深基坑施工，在确保施工期基坑安全稳定的情况下，取得了良好的经济与社会效益，为以后的同类工程提供了有益的借鉴。

[1] 沈阳地铁二号线12标施工组织设计[Z].

[2] 张凤祥.盾构隧道[M].上海：人民交通出版社,2004.

On risk analysis of deep foundation pits in shield close-distance side crossing and its technical measures

Liu Hui

(ChinaRailwayTunnelCo.,Ltd,Zhengzhou450000,China)

Taking some shield close-distance crossing deep foundation pit under construction of No.1 Period civil project of No.2 Line along Shenyang Subway as the example, the paper analyzes main risk points in the shield crossing deep foundation pits by combining with its engineering hydrological and geological conditions, and identifies the scientific and reasonable construction measures based on the previous points, so as to lay the foundation for the smooth construction.

shield, deep foundation pit, risk, technical measures

2015-01-10

刘辉(1982- )，男，工程师

1009-6825(2015)08-0194-02

U455