岩溶地区盾构曲线下穿既有房屋保护

摘要：地铁穿越既有建筑的情况逐渐增多，各种复杂情况也越来越常见，在深圳地铁16号线盾构施工过程中，存在岩溶发育区并局部曲线下穿既有建筑物的复杂工况。为处理溶洞与控制地表以及建筑物沉降，工程采用地面跟踪注浆与盾构注浆，溶洞分类处理的方法。结果表明：建筑物沉降最大值为15.27mm，在规范要求内;地面最大沉降值累积为43.15mm，并逐步减小甚至回弹趋于稳定。本工程采用的处理方法可供类似工程参考。

关键词：盾构穿越建筑物;岩溶;跟踪注浆;

引言：

随着城市建设与轨道交通的发展，地铁隧道在城市中的建设也逐渐增多，有时会不可避免的穿越既有建构筑物群。而在穿越过程中易引起地表建筑沉降，造成建筑物的破坏，因此对盾构区间上既有建筑的保护十分必要。

当前盾构穿越既有建筑物的研究较多，采用的方式也因不同的工程地质情况而异。在控制地表沉降方面多采用注浆方法[1,2]包括地面注浆、二次注浆以及跟踪注浆等，或在隧道内进行盾尾密封处理，管片后注浆等，减小地表的沉降。除此之外相关研究者通过改进注浆孔位布置，注浆顺序，注浆参数等控制沉降[3];随着有限元技术的逐渐成熟，也有学者利用有限元研究盾构推力、注浆压力以及二次注浆对岩溶地区地表沉降的影响，考虑建筑物刚度对地表沉降的影响以及溶洞的大小与分布范围以对地表沉降的作用[4,5,6]。综上所述，现有方法对地表沉降可以进行有效控制，但多适用于地层条件较好的盾构施工。根据现有研究，岩溶地区的盾构施工存在一定难度，在穿越既有建筑物时也易于引起地地面沉降，造成建筑物的破坏。

为确保盾构隧道的稳定与地表建筑的安全，本文在施工前对溶洞进行分类注浆处理，对建筑物底部注浆加固;在施工中采用地面跟踪注浆与隧道内部注浆，减小地表的沉降，对后续类似施工有一定的借鉴意义。

1 工程概况

深圳地铁16号线数码城站-回龙埔站采用土压平衡盾构法施工，曲率半径为360m。区间右线范围里程YK14+753.302～YK15+860.678;区间左线范围里程ZK14+753.302～ZK15+860.678。如表1所示，隧道下穿新大新家居广场、家乐园装饰材料超市，侧穿深圳标恒汽车店。盾构隧道顶部距家具广场竖向净距为13.5m，距家乐园超市竖向净距13.8m，汽车店与工程水平净距20.79m。具体位置见示意图1与图2。

拟建数码城站属冲洪积平原地貌。第四系地层以冲洪积成因为主，下伏微风化灰岩，局部存在砂岩地层。盾构左线穿越地层从上至下为1-1粉质粘土，6-1-3粉质粘土，8-3-3粉质粘土，洞身范围为8-3-3粉质粘土。盾构右线穿越地层从上至下为1-1粉质粘土，31-4-12微风化灰岩，洞身范围仍为8-3-3粉质粘土层，局部穿越微风化灰岩层。区间内岩溶发育强烈，主要为溶洞与溶隙。溶洞分布见图3。

2 施工保护概述

2.1 岩溶处理

在数码城站-回龙埔站盾构区间内存在岩溶发育区，分布有填充与未填充的溶洞。施工区间的溶洞会影响盾构的安全，造成地面陷落，盾构机磕头等现象。除此之外，溶洞与区间隧道的相对关系也影响着溶洞的处理方式。溶洞距隧道底板越近，越易引起地表的沉降[6]。如图4所示，具体处理方法如下：围护结构两侧3m距离，底板下5m范围内的溶洞均需要处理;底板下5m～10m范围内，溶洞稳定岩面顶板高度小于3m，或覆跨比小于1的溶洞采取填充处理。施工方式以地面处理为主，洞内预留处理措施为辅。如图5,6所示，开始施工前探明岩溶分布区域，布设钻孔探明溶洞轮廓，在溶洞范围内布设注浆孔;为避免在道路上方钻孔，使用斜孔进行注浆。除此之外，施工区域内的非全填充溶洞均需处理且使用充填法处理;全填充溶洞根据填充物性质进行处理。施工顺序为：探边孔探明溶洞边界，确定溶洞的大致范围;在溶洞中间布设注浆孔，注浆填充;最后辅助检测孔，对注浆效果进行检测。探明边界后的注浆原则是先注内圈孔，而后注外圈孔;同序孔间隔注浆，即注完一孔间隔注浆，或多孔同时注浆。

2.2 施工前注浆加固方法

盾构施工中多使用注浆方法控制地表沉降，注浆参数、注浆孔的布置以及注浆原则已有相关研究[1,2,3]。区间长距离下穿及侧穿4～5层框架结构，穿越覆土范围约13m～14m，穿越风险等级为2级。盾构在侧穿沿街村民私宅建筑前30m进行穿越风险源模拟。为避免建筑物过大沉降造成的风险，施工前对盾构下穿房屋采用双排袖阀管注浆加固，间距1.2mx1.2m，梅花形布置。双袖管距离建筑物距离一般为2m,呈45°～80°倾斜，进入建筑物底部约13m～14m的范围内，对地层进行加固处理。在注浆过程中要严密监测地表沉降变化。

2.3 施工过程中盾构隧道内部注浆，地面跟踪注浆

施工过程中为减小对地面的扰动，采用盾构隧道内部注浆与地面跟踪注浆的方法。盾构机上配备了同步注浆设备，包括两个双活塞注浆泵，传感器监测注浆口压力。每个注射点都配有一个数字压力指示器和一个注浆计数器;另外，系统注浆总数和每环注浆量都被显示出来，保证同步注浆效果，使管片后的空隙填充饱满。根据沉降监测情况，通常选取盾尾后部5～15环位置进行注浆加以控制，使管片密封。在穿越建构筑物时，需要密切注意地表周围沉降变化，及时对沉降明显地段进行跟踪注浆，跟踪注浆位置选取在沉降位置附近，由两侧开始向中间补充注入。注浆压力控制在0.35～0.4Mpa。遵循及时，少量多次的原则，保证持续对沉降进行控制，注浆压力逐步提升，先低后高，平稳注入。

3 监测数据分析

在施工区域布设地表沉降监测点与建构筑物沉降监测点，监测施工过程中实时监测沉降状况，以便及时做出应对措施。图7为监测点的具体分布位置。在隧道施工区域上方严格按照规范要求布设点位。除此之外，在盾构过程中实时记录盾构推力，扭矩等参数的变化情况。

图8为盾构推力随环数的变化。由图可以看出，推力在7000k N～10000k N之间的变化幅度较大。开始阶段，推力保持较大值;在盾构转向过程中，需减小盾构推力确保施工安全;并且在盾构过程中遇到已处理的溶洞以及地层条件变化的情况，也需要不断的调整盾构推力;虽然盾构推力变化较大，但整体幅度变化仍在合理范围内。图9为盾构扭矩随环数的变化图。扭矩变化趋势与推力变化趋势相似，随着推力的改变而变化。

图10为地表沉降图，记录地面的最大沉降值的点位。由图可以看出，地表最大沉降值约为43mm，虽然超出规范要求，但整个施工过程仍然安全。地表沉降值在初期变化较快，但中后期逐渐减小并趋于稳定值。地表沉降在达到最大值后，后期略有回升现象。造成此现象的原因可能为注浆后，地层被填充，强度也得到了提升，发生一定程度的回弹。图11为建筑物最大沉降图。建筑物的沉降呈现先大后小的趋势。其原因可能为及时对建筑物底部进行注浆处理，严格监测建筑物的沉降。在整个过程中建筑物的沉降值均控制在20mm内，符合规范要求。

结语

本文在盾构穿越既有建筑物时，对施工区域内溶洞进行分类处理，盾构隧道时进行注浆加固，并实时监测地面建筑物的沉降，进行跟踪注浆处理，控制地表与建筑物沉降。得到结论如下：

1.对区域内的溶洞按照距隧道距离，进行分类预处理，既可以保证工程的安全，也可以提高经济效益。

2.在施工过程，盾构过程中注浆，以及对对地面进行跟踪注浆处理，可以有效的减小地表的沉降，确保地面建筑物的安全。

3.施工方法虽然对岩溶地区穿越既有建筑物有一定的作用，但具体情况需要根据不同情况而改变，其影响机理还需进一步明确。

参考文献

[1] 辛永波.成都地铁盾构机穿越建筑物注浆施工技术[J].都市快轨交通,2012,25(01):90-93.

[2] 程国良,刘宝林,董勇,陈健.盾构穿越既有地铁运营线控制措施与效果分析[J].施工技术,2021,50(01):87-90+95.

[3] 汪小兵.盾构穿越引起运营隧道沉降的注浆控制研究[J].地下空间与工程学报,2011,7(05):1035-1039.

[4] 李明.岩溶地区地铁盾构隧道下穿既有建筑物施工控制技术[J].城市轨道交通研究,2021,24(06):104-108.

[5] 葛世平,谢东武,丁文其,杨洪杰.盾构穿越保护建筑数值模拟预测与监控量测[J].同济大学学报(自然科学版),2011,39(10):1463-1467.

[6] 蔡兵华,崔德山,冯晓腊,李忠超.武汉岩溶区复合地层小型盾构施工引起的地表变形规律研究[J].安全与环境工程,2020,27(01):69-74.