地铁工程中下穿施工技术分析
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摘要：结合沙湾站至西北桥站区间工程，充分考虑现场地层条件复杂的基本特点，围绕盾构下穿老旧小区的施工技术展开探讨。通过MidasGTS软件创建仿真模型，用于反映下穿建筑物时的施工状况。以模拟分析结果为依据，提出相适应的盾构施工方法，将其作为正式施工的指导。
盾构法是现代隧道建设领域的关键工法，其兼具安全、高效等多重特点。但盾构法施工受地质条件及既有建筑物等方面影响，易出现地层失稳、地表沉降变形现象，在极端情况下甚至会引起建筑物倾斜或坍塌[1-3]，为此合理应用盾构法进行施工至关重要。
1工程概况
沙湾站至西北桥站区间于ZDK27+361.160-ZDK27+514.050段下穿既有建筑物，地面建筑主要以砖混结构为主，迄今已经有60余年的使用时间，为年久失修的老旧建筑。经过长时间使用后，房屋出现较为明显破损现象，局部老化现象严重，各房屋开裂、渗漏水等问题都较为普遍。建筑区域内的黏土层分布较为广泛，深度约2m，局部存在松散土层，地下空间经过开发，分布大量老化管线。
2地表变形数值模拟分析
盾构下穿铁路新村的工作量较大，长度约152.89m。该段隧顶与地面既有建筑物基础的间距约为15.5～16.5m，拱部主要以粉细砂为主。伴随盾构施工的持续推进，易对地面稳定性造成不良影响，引起沉降现象。对此，引入MidasGTS软件，通过该平台模拟现场施工环境，以便给盾构下穿提供可靠的依据。边界约束的存在将导致计算结果偏离实际情况，为切实提高模拟结果的可靠性，合理调整了X/Y轴的范围，取隧道洞径2.5～3.0倍作为范围控制标准，Z轴则向上延伸直至到达地表处。创建模型后，其四周都具有水平约束，对应的边界水平位移为零；底部边界固定，表明其在水平、垂直两个方向的位移都为零；顶部为自由边界。根据现场情况赋予土层特定参数，施加适量的重力，以便使土体维持自平衡状态，在此条件下创建模型。从所得结果来看，左线盾构掘进结束后，既有建筑物受到影响，竖向沉降达8.4mm，不均匀沉降达3.2mm；对于右线施工，竖向沉降达8.0mm，不均匀沉降达3.0mm。为顺利完成施工作业，需采取行之有效的控制措施。
3加固措施分析
3.1地面加固。一是预注浆。提前采取地面加固措施，即预埋管并注浆。根据现场实际情况确定合适的注浆点，该处预埋注浆管后即可注浆。竖向加固深度对整体施工效果的影响较大，要求达到基底以下3m。加强注浆前后的观测，盾构通过后分析实测结果，以此为依据作出判断。若房屋沉降未收敛，可采取地面二次注浆方式，实施进一步加固处理。二是斜向管棚加固。针对Ⅱ类围岩占据较大比重状况，采取φ146mm×6mm管棚支护方式。进洞管棚的长度控制为3m，以地面为基准，钻进方向与之呈30°的关系，保持该姿态向下钻进并到达房屋基础下方。导向墙内预埋导向管，将该部分作为管棚导向墙使用。为便于施工观测，在管棚侧壁处预留观察孔。每完成一孔钻进作业后及时顶进管棚，期间通过测斜仪检测，保证钢管角度合理性，若存在异常则必须采取处理措施。注浆选用超细水泥浆液，水灰比为1:1。
3.2洞内加固措施。下穿房屋段施工期间，所用管片均设置注浆孔并预埋注浆管，在条件良好的前提下组织洞内注浆加固作业，加固长度137m，全程注浆压力应稳定在0.4～1.2MPa，渗透系数≤1×10-7cm/s。3.3地面注浆孔布置对于加固条件良好的建筑物，以建筑所处位置为准，在与之相距1～2m位置设置注浆加固孔，孔位布置如图1所示。取两侧隧道轮廓线，分别将其向外延伸6m，将其作为实际加固范围。加固孔统一按照水平间距2m的标准依次布设，结束预注浆加固作业后需及时设注浆孔。建筑下方管线分布错综复杂，部分情况下不利于注浆孔的定位，因此需根据实际情况采取调整措施，以避免施工干扰。
4.1掘进模式的选择。综合考虑施工现场及周边地质条件，决定本段采用土压平衡掘进方式。取0.8倍的静水压力和地层土压力，求得两者的总和，要求施工期间的土仓土压力至少要达到该值。掘进期间视实际情况合理调整土仓土压力，使其全程稳定在0.1～0.15MPa，并充分考虑现场地质条件、碴土状态等方面的具体情况，以便合理优化工艺参数，确保掘进作业顺利完成。
4.2渣良。富水砂卵石地层的施工条件欠佳，做好渣良工作有助于改善盾构施工条件。具体要点作如下分析：一是膨润良。选择高品质钠基膨润土，以有效改良渣土，并适配高性能膨润土泵送系统，将混合料泵送至盾构机。对于膨润土的用量，非特殊情况下每环以2m3较为合适，并保证其流量均匀[4]。二是泡沫剂改良。以干泡沫较为合适，适当提高气量（通常以350L/min为宜），以形成泡沫混合液。施工期间其流量应稳定在20L/min。三是刀盘中心加水控制。对于渣土偏干燥情况，采取刀盘中心加水的方式解决，具体用量为300L/min（视情适当调整）。检查螺旋机出渣口渣土情况，若其处于相对较稀状态，应在原有基础上减少加水流量，以200L/min为宜。对于突发喷涌现象，应及时暂停加水，检查并采取相适应处理措施。
4.3中盾注浆。盾构机配置的是直径为6280mm的刀盘，而盾体直径为6250mm，盾体与土体间将形成空隙。对此需设置预留孔，通过该处注入惰性浆液，确保所有缝隙都能够得到有效填充。严格控制好惰性浆液的配比，具体要求如表1所示。
4.4洞内注浆。盾构施工期间，采取同步注浆工艺的同时还需做好衬砌壁后补压浆作业，从而有效处理土体与管片圆环间隙，使其得到有效填充，以免出现后期变形现象。同步注浆所用浆液的初凝时间应在6h内，要求终凝强度≥1.7MPa，注浆压力0.2～0.4MPa。为有效提高同步注浆施工质量，需合理优化浆液配比。根据施工需求适配高性能的注浆设备，完整记录施工期间的各项参数，以便给后续质量分析提供依据。同步注浆施工选择的是可硬性浆液，其主要以粉煤灰、膨润土、水泥等物质为原材料，按照特定的比例混合后生成水泥砂浆。将其作为同步注浆材料而使用，要求其初凝时间在6h内。注浆压力提升至设计值后，检测实际注浆量，若该值达到设计值的90%或更高，意味着注浆施工效果良好。同步注浆与盾构掘进需协同，盾构向前推进的过程中将随之形成盾尾空隙，该部分则通过双泵四管路注浆[5]。
4.5注浆压力控制。注浆压力对于注浆效果的影响较为明显，上部压力以0.09～0.15MPa为宜，下部压力可适当增加0.15～0.25MPa。各环注浆量也是重点控制指标，以5～6m3较为合适。以现场施工条件为参考，按照8环/d的进度安排有序施工，每日都要清理管路，及时处理管内残留的泥浆，以免管路堵塞。若因特殊情况而长时间停机，除了清理管路外，还需及时将盾尾球阀关闭。
5结束语
地铁工程建设环境普遍复杂，盾构下穿老旧小区时更容易造成扰动性影响，出现地层失稳、建筑物坍塌等施工安全问题，施工风险相对较大。鉴于此，文章以工程实例为依托，围绕盾构法施工技术展开探讨，提出具体的应用要点，希望所提内容可作为类似工程的参考。
作者:陈登斌 单位:中铁十八局集团有限公司
