摘要:近年城市轨道建设在国内各中大型城市中迅速发展，每个城市所处地质地层不一样，盾构施工技术有所不同，在圆砾地层中如何安全顺利地穿越障碍物或近距离通过既有建(构)筑物成为施工难题之一。本文以长沙地铁1号线二标北辰三角洲～开福寺区间右线施工为背景，研究了圆砾地层盾构穿越建筑物的盾构施工技术。
关键词:圆砾地层；盾构；穿越建筑物；盾构施工
随着城市进行地铁轨道工程建设的增多，其在施工之中所需要面临的环境也越来越复杂，尤其是面临下穿或是对近距离的建(构)筑物进行穿越的情况。在进程城市地铁轨道工程的施工时需要首先对建筑施工周边的既有建(构)筑物采取有效的保护措施，在此基础之上确保地铁轨道工程安全顺利的进行。本文以长沙地铁1号线二标北辰三角洲～开福寺区间右线地铁轨道施工之中的盾构穿越长沙市开福寺围墙的案例为基础，对圆砾地层的盾构穿越建筑物的盾构掘进技术展开分析，以期为业内同行提供有价值的参考。
1工程概况
该地段地质概况:围内地层主要为(2－8)圆砾、(13－1－2)强风化板岩、(13－1－3)中风化板岩，上部覆土地质为(2－8)圆砾、(1－2－1)杂填土、(1－2－2)素填土、(2－1)粉质粘土，隧道上覆土厚度约为XX。其中隧道开挖面上部及拱顶上部为(2－8)圆砾层，主要为石英岩、灰岩碎块组成，亚圆形，磨圆度好，一般粒径30～70mm，最大粒径220mm，砂砾在含量30%左右，中粗砂充填35%，含少量粘性土、粉土，湿～饱和中密。
2盾构施工风险分析
2．1建筑结构风险
开福寺的围墙是砖混结构的，该围墙的基础是浅埋条形的，其位置在需要修建地铁轨道的右线隧道的上方，并且围墙建筑年代已久。当盾构通过时，刀盘转动对土体造成扰动，由于圆砾土层的不稳定性，地面的不均匀沉降现象经常发生，故而开福寺的围墙基础以及围墙的结构已经发生了严重的损坏。在对盾构机进行穿越施工之前，需要先对该段建筑物进行预埋注浆管施工，从而保障在进行盾构机的穿越施工时，能够实现对地面沉降情况的及时跟踪及反馈，在发生较大或不均匀时，通过预埋注浆管注浆，控制地面沉降，避免建筑物坍塌等情况的发生。
2．2盾构机在圆砾地层中掘进的风险分析
根据盾构区间工程地质纵断面图。盾构隧道位于圆砾层、强风化板岩、中风化板岩中，且隧道拱顶上方约为2－3m(2－8)圆砾层，砾石的最大直径达到22cm，施工中有以下风险:(1)圆砾土地层中含石英量较高，盾构掘进时对刀盘、刀具的磨损较大;另外，圆砾土为中密状态，类似地层中刀盘扭矩及总推力较大，会对掘进造成困难。(2)圆砾土层的密度的不均匀性、不稳定性，盾构施工时易发生盾构机跑偏，盾构姿态比较不好把握，跳动比较大。(3)由于拱顶上方约为2－3m的圆砾层，施工中由于刀盘对地层的扰动，地面易发生隆起、坍塌，地面及建筑物沉降较难控制。
3盾构穿越建筑物控制措施
3．1设备检查维修
为保证盾构机能够安全穿越开福寺围墙，在盾构机到达前需对盾构机及其后配套进行全面的检查、维护，特别是对同步注浆系统进行检查及清洗，以防止在通过开福寺围墙过程中发生堵管、盾尾堵塞等情况发生。在通过开福寺围墙时，确保盾构机处于良好状态，避免因盾构机及其后配套的停机、设备维修等现象的发生。
3．2盾构掘进控制
当盾构穿越建(构)筑物时，对盾构掘进参数的控制要求严格，特别是在掘进速度、推进总推力、土舱压力、同步注浆量、注浆压力等方面，以上哪一个环节出现异常，都将直接影响到地表沉降，进而影响地表建(构)筑物整体结构的稳定性。所以，在穿越过程中，必须要严格加强对推进参数的控制，同时要紧密依靠地表建(构)筑物沉降、变形监测数值，及时反馈给技术人员和盾构推进人员，及时的调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺。3．2.1盾构正面土压力控制在盾构穿越的过程当中，需要对盾构机刀盘切口土的压力进行精准的控制，以此保障盾构的正面沉降情况能够得到良好的控制，在此情况之下再进行梯度压力的设置以及推进，可以有效的减少对土压力所造成的波动，以此实现盾构的匀速作业，从而有效的削减盾构施工对地层造成的扰动影响。盾构掘进时，需经常关注土舱压力值，且控制千斤顶的推力，掘进速度、螺旋机转速及出土阀门的大小。3．2.2推进速度、刀盘转速、推力、扭矩等参数控制盾构机推力是盾构机穿越建(构)筑物的一个重要参数，过度的挤压，必定产生土仓土压内外压力差，增加对土体的扰动;为了减少刀具的磨损，在穿越开福寺围墙期间，一般保持匀速推进，实际推进中控制20－40mm/min之间。推力控制在1100～1500t左右，扭矩3000～5000KN•m，在圆砾地层中保持连续通过的原则。3．2.3盾构机姿态控制由于圆砾土密度的不均匀性、地层的不稳定，盾构施工时易发生盾构跑偏现象，盾构姿态浮动较大，姿态不好控制，所以盾构机在穿越围墙过程中，要小幅、均匀纠偏，均衡匀速施工，切不能大幅度纠偏，否则容易造成盾构与设计轴线偏差过大。3．2.4同步注浆和二次注浆控制同步注浆:对隧道管片与隧道间所出现的建筑空隙进行填充，同时对隧道结构起到有效的保护。为保证盾构机在进行穿越作业时对面土体开挖作业的稳定性，在盾构机穿越建筑物期间可以采用同步注浆与二次注浆相结合的注浆方式，同步注浆量需保持在6m3以上，而二次注浆量则压力控制为关键，注浆的压力应保持大于0.3MPa。为保证施工时注浆回填作业的及时、饱满以及开挖面地层的稳定，合理的注浆配比为:①同步注浆的配比，水泥:粉煤灰:砂:膨润土:水=230∶350∶760∶50∶500，初凝时间45min，确保同步浆液在管片与隧道土体8小时后形成支撑层，保证开挖面的稳定。②单液浆配比，水:水泥=1∶0.7(质量比)，浆液凝结时间约30s－40s，注浆压力不小于0.3MPa。3．2.5出渣量控制对盾构的出渣量进行有效的控制是防止隧道超(欠)挖以及地面沉降现象发生的重要保证措施。保障盾构出渣量合理的有效措施为，以该区间范围内的类似地层出渣量为参考数据进行统计分析并进行计算，最终将出渣量确定为65m3/环。参照地面的动态监测数据，掘进时作业时盾构刀盘切口环附近地面发生0.3mm—1.5mm的沉降，说明我部确定盾构出渣量设定较为合理。3．2.6施工监测施工的监测可遵循GB12897－2006国家二等水准测量规范进行严格的监测。复测周期以及沉降点间距等可参照中华人民共和国《城市测量规范》等规范。为保证盾构安全通穿越开福寺围墙，在穿越施工期间可对该段围墙进行24小时动态的监测，并保持与工程技术负责人员及盾构机操作人员的信息交流沟通，以确保出现任何意外可以对各项盾构的参数进行及时有效的调整，从而保证盾构施工的正常进行。
4结语
(1)对盾构机进行设计时需要将刀盘、刀具的强度、耐磨性能、刚度等进行综合性的设计考量。本工程在之前换过次刀具，主要是滚到、刮刀。但是周边保护刀的数量欠少。(2)在通过开福寺围墙期间，混合液渣土改良系统较差，在以后的工程中需要加强并尝试其他改良剂。在混合液进行渣土改良时，需先进行试配，找出合理的配合比，主要保证混合液的比重和粘度以及泡沫剂混合的时间控制。(3)在圆砾土地层施工中，同步注浆要饱满，二次注浆要及时跟进。(4)土压、速度等推进参数在此地层中的控制尤其重要，需要根据实时情况灵活控制，这就要求盾构推进人员对各种地层特性有所了解并能够灵活处理现场的突发情况。
参考文献
［1］胡新朋，孙谋，王俊兰．盾构隧道穿越既有建筑物施工应对技术［J］．现代隧道技术，20商业经济论文06(6)．
［2］段浩，宋天田．成都地铁盾构法施工难点及措施［G］．第四届中日盾构隧道技术交流会论文专辑，2005(5）.
作者：何丹 张磊 单位：长沙市轨道交通集团有限公司
