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地铁盾构穿越桩基施工技术
摘要：盾构隧道穿越富含地下水的区域时，应根据地质情况选择合理的盾构类型，做好桩基保护和施工监测，控制地面沉降。
关键词：盾构隧道；穿越桩基；沉降观测
Abstract: through rich in shield tunnel of groundwater area, should according to the geological conditions of the reasonable selection of shield type, completes the pile foundation protection and construction monitoring, control of ground settlement.
Keywords: shield tunnel; Through the pile foundation; Settlement observation
1、盾构穿越桩基概况
区间5号盾构于桩号里程K18＋160处从艮山门站货运中心营业厅旁穿越，营业大厅为5层混凝土结构，基础为500×1400mm条形基础，基础间距4450mm，基础底标高＋1.60，此处地面标高＋5.88，5号盾构距离基础最近约0.8m，隧道顶部标高-5.836，隧道断面内土质为③6层粉砂、③7层砂质粉土以及④3层淤泥质粉质粘土，上下行隧道中心间距13.5m，区间隧道和货运站营业大厅基础关系示意图如下：
2、盾构设备选型
本标段盾构隧道通过地段的地层主要是粉质粘土、粉砂土层,地下水丰富，工程地质条件相当复杂，对隧道施工影响较大。同时盾构通过地段有铁路、构筑物桩基、文晖大桥及重要管线等，地面沉降控制严格。
在众多的盾构类型中，加泥式土压平衡盾构的适应性较大，盾构具备了在软硬土层中掘进的双重功能，能用于粘结性、砂性土、有水或无水、软土等多种复杂的地层，施工速度较高，能有效的控制地表沉降，本工程采用新采购的日本石川岛加泥式土压平衡盾构机。
3、桩基保护技术措施
为确保盾构顺利穿越，我们从艮山门货运站基建部找出了营业大楼竣工图纸，营业大楼修建于1993年，基础为钢筋混凝土条形基础，埋深4.28m，基底用200mm厚块石夯实，基础形式较牢固。此外区间隧道埋深较大，盾构掘进施
工对营业大楼基础变形影响较小，可确定不需要对艮山门货运站营业大厅进行提前预加固处理。
3.1盾构穿越营业大厅基础调查准备工作
盾构穿越施工之前对艮山门货运站营业大楼现状情况进行调查，调查时配备摄像机和照相机进行专门的摄影记录，保存一定的声像实物资料特别是构筑物现有裂缝情况并将相关现状调查资料上报监理及业主单位，以便对后面盾构穿越施工造成的影响进行准确分析。
3.2提前布设地面及构筑物沉降观测点
为及时全面地了解盾构掘进影响范围内地面及构筑物变形数据，确保货运站营业大厅安全，在盾构掘进施工前须提前布设相应沉降观测点。
艮山门货运站营业大厅监测点布设以及监测均有地方铁路开发公司负责实施。目前具体布设方法和监测点数量还没有最终确定。在盾构掘进之前我们可以在营业大厅靠经隧道侧2个角涂刷石膏饼，盾构掘进过程中可以根据石膏饼是否裂开来判断构筑物沉降情况。
3.3制定合理的报警值
根据建筑物基础桩基形式及与隧道的关系以及相关技术规范，制定最大沉降量和沉降差的警界值：基础桩基垂直变形+5～-20mm，房屋差异沉降10mm，地表最大沉降量≤30mm；速率≤3mm/12小时。
4、盾构穿越施工技术
1）盾构穿越前推进模拟段及数据反馈准备
盾构施工进入营业大厅区域前30环，布置一段掘进模拟段，通过埋设相应的监测点，比较系统地了解盾构在此类土层掘进过程中掘进参数以及同步注浆参数的变化，对盾构推进速度、刀盘转速、正面土舱压力、出土量、同步注浆量等施工参数进行分析反馈，摸索盾构在该土层中推进参数和地面沉降变形规律，为调整盾构掘进和注浆施工的参数提供依据，以达到保护铁路轨道的安全之目的。
试验段内推进速度为2cm/min左右，每推进1环均需及时进行监测，根据每环地面监测报表调整盾构掘进土压力和压浆量。
2）土体改良措施
根据勘查报告以及调查资料，盾构从营业大厅旁穿越掘进断面内基本为粉砂土，粉砂土层密实度大，含水量高，透水性强，且在水头差作用下易产生流砂现象。而且盾构掘进阻力会较大，对刀盘前土体扰动极大，容易造成建筑物沉降变
形较大，推进过程中须采取相应的减阻措施。
主要处理对策是以土体改良为主，通过加泥的办法增加土体流动性，形成柱状体，可以连续出土。并减少土体的磨阻力，避免因为阻力过大，土体被盾构带走，在盾壳外形成空洞现象。具体操作方法详见下面特殊土体中掘进技术措施。
3）控制盾构掘进轴线
区间隧道距离营业大厅条形基础距离较近，如果推进轴线不好，需要进行纠偏侧对周围土体造成较大扰动，此外盾构轴线不好可能会造成管片卡在盾尾，影响盾尾及隧道结构密封性，容易造成盾尾漏沙，影响营业大厅基础稳定，在穿越期间须很好控制隧道轴线，确保盾构顺利穿越。
盾构穿越运输艮山门货运站营业大厅期间采用盾构机自带测量系统辅以人工复核方式控制盾构推进轴线，确保盾构掘进轴线不会偏差太大。
4）严格控制盾构正面平衡压力
在盾构穿越建筑物过程中必须严格控制切口平衡土压力，由于本工程盾构是从构筑物一侧穿越施工，正面平衡压力设定还须考虑单侧构筑物自身重量因素，根据隧道埋深及土质情况初定盾构穿越时正面土压力为0.182Mpa，在盾构掘进过程中应密切关注切口位置以及监测数据，及时调整设定土压力，防止正面土压力发生突变。盾构穿越施工过程中使得盾构切口处的地层有微小的隆起量来平衡盾构背土时的地层沉降量，同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数。
5）严格控制盾构的推进速度
盾构从营业大厅旁穿越施工时，推进速度不宜过快，尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，盾构穿越施工速度应控制在3cm/min。
6）严格控制盾构纠偏量
在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大、过频。推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土量和千斤顶行程逐渐变化以减少盾构施工对地面及艮山门货运站营业大厅基础影响。
7）控制拼装速度
拼装过程中为防止盾构后退，回缩的千斤顶应尽可能的少，以满足管片拼装即可。在管片拼装过程中，应当安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间，减少土体沉降。拼装过程中发现前方土压力下降，可以采用螺旋机反转的手段，即将螺旋机机内的土体反填到盾构机前方，起到维持土压
力的作用。拼装结束之后，应当尽可能快地恢复推进，减少土体及运营业大厅基础沉降。
8）控制同步注浆及壁后二次注浆质量
盾构从营业大厅基础旁穿越施工期间同步注浆要做到及时、均匀、足量，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填，同步注浆量一般为盾尾间隙的140～200％并及时根据监测数据进行调整，将营业大厅基础变形和管片偏移控制到最小。
根据地表监测反馈数据，及时采取有效措施进行控制，对浆液配比进行调整，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。
隧道内运输车以及地面上的拌浆系统定期进行清洗，清洗时间基本控制在每班一次，确保浆液管路畅通。
待管片脱出盾尾5环后，根据地面监测数据及时通过管片预留注浆孔进行壁后二次注浆，在管片外侧形成环箍，控制好营业大厅基础后期沉降，注浆材料为双液浆。
由于区间盾构距离营业大厅基础很近，同步注浆及二次注浆过程中应特别注意控制注浆压力（小于0.4Mpa），防止对基础造成较大扰动，造成营业大厅产生沉降变形。
9）加强地面注浆措施
盾构从营业大厅基础旁穿越施工期间需要在地面准备注浆泵及注浆材料等，一旦发现监测数据有异常则立即组织相关人员进行地面注浆加固，确保营业大厅基础安全。
10）加强施工监测
对盾构从营业大厅基础旁穿越施工进行全过程监测，在盾构穿越之前委托监测单位对所有监测点原始数据进行测定，穿越施工期间根据监测数据及时优化调整掘进施工参数，做到信息化动态施工管理。
盾构穿越施工前须对各监测项目测取初始值至少2次；穿越施工过程中至少每天监测2次；盾构穿越施工后一周内至少每天监测1次直到沉降变形趋于稳定。
盾构穿越从营业大厅基础旁掘进过程中根据实际情况加密监测频率，监测值达到报警值时及时报警并采取相应技术处理措施，具体监测频率见表1.
表1区间盾构推进施工监测周期和频率