软土地层中盾构穿越建筑物施工技术

1、软土地层中盾构穿越建筑物施工技术内容提要 工程概述 地表沉降原因分析 地表沉降控制方法 建筑物保护方案及技术措施 掘进控制技术 建筑物沉降结果一.工程概述 v线路设计情况 苏州市轨道交通一号线-TS-05标苏州乐园站塔园路站区间隧道出塔园路站西端头井后，自东向西沿邓尉路两侧走行，在邓尉路1号桥附近以曲线转弯穿过金山浜河过渡至长江路东侧，再过长江路后沿长江路西侧向南行走，最后进入苏州乐园站。区间单延米总长度，其中左线长度1066.076m,右线长度为，隧道覆土厚度最小约为，最大为，最大纵坡为22，最小曲率半径R350m 。 苏州乐园站塔园路站区间线路走向图金山浜河邓尉路1#桥v沿线建（构）筑物情

2、况 区间隧道主要在长江路和邓尉路下穿行，沿线穿越的主要建(构)筑物包括汽车西站、高压线杆2根（两线间及隧道正上方线杆）、新区实验中学食堂、寒舍饭店、海威综合楼和门卫房等。苏塔区间建筑物总平面图.PDF沿线穿越的主要建(构)筑物明细表建筑物名称建筑物名称建筑物描述建筑物描述与隧道关系与隧道关系里程里程苏州汽车西站苏州汽车西站汽车西站为地上汽车西站为地上3 3层，基础为扩大基础，基底标高层，基础为扩大基础，基底标高2.5m2.5m，基础埋深基础埋深1.76m1.76m。区间左线结构外轮廓距基础的水平最。区间左线结构外轮廓距基础的水平最小净距约为小净距约为1.44m1.44m，最近点为左，最近点为左

3、DK5+112.684DK5+112.684，垂直净，垂直净距约距约8.8m8.8m。平行侧穿平行侧穿DK5+110-DK5+166DK5+110-DK5+166苏州实验中学食堂苏州实验中学食堂食堂为地上食堂为地上3 3层，采用扩大基础，基底标高层，采用扩大基础，基底标高0.45m0.45m，基，基底距离隧道结构顶的垂直净距为底距离隧道结构顶的垂直净距为10.66m10.66m。左线侧穿，右线正下左线侧穿，右线正下方穿过方穿过DK5+355-DK+378DK5+355-DK+378寒舍饭店寒舍饭店地上单层结构地上单层结构正下方正下方右线右线DK5+464-DK5+492DK5+464-DK5+

4、492左线左线DK5+458-DK5+485DK5+458-DK5+485海威船用设备海威船用设备公司办公楼公司办公楼该搂为地上该搂为地上3 3层，基础为扩大基础，基底标高层，基础为扩大基础，基底标高1.5m1.5m，基，基础埋深础埋深2.3m2.3m，与隧道最小水平净距约，与隧道最小水平净距约1.6m1.6m右线侧下方穿过右线侧下方穿过右线右线DK5+585-DK5+640DK5+585-DK5+640两线间高压线杆两线间高压线杆高压线杆的基础为直径高压线杆的基础为直径2.4m2.4m的钻孔灌注桩，桩长的钻孔灌注桩，桩长15m15m，左右线盾构隧道之间左右线盾构隧道之间DK5+047.238

5、 DK5+047.238 隧道正上方高压线杆隧道正上方高压线杆线杆基础为一直径线杆基础为一直径1.2m1.2m，深，深7m7m的钻孔桩，的钻孔桩，隧道正上方隧道正上方DK5+219.978 DK5+219.978 水警、派出所、交警、水警、派出所、交警、消防大队门卫房消防大队门卫房一层结构，基础不详一层结构，基础不详下穿及侧穿下穿及侧穿v苏州汽车西站建筑物描述：苏州汽车西站位于隧道左线西侧，为地上3层建筑楼，基础为扩大基础，基底标高，基础埋深，区间左线结构外轮廓距基础的水平最小净距约为，最近点为建筑物东南角，垂直净距约。 汽车西站建筑物实景图 平面关系图 剖面关系图 v新区实验中学食堂剖面关系

6、图平面关系图新区实验中学食堂实景图建筑物描述：区间隧道从新区实验中学食堂下方穿过（其中左线为侧穿，右线为正下方穿过），食堂为地上3层，采用扩大基础，基底标高，基底距离隧道结构顶的垂直净距为。v寒舍饭店建筑物描述：寒舍饭店为地上单层结构，与隧道的关系为正下方穿过。平面关系图寒舍饭店实景图v海威船用设备公司办公楼建筑物描述：海威综合楼该搂为地上3层，基础为扩大基础，基底标高，基础埋深，基础距离隧道的水平净距约为，最近点为建筑物西北角，右线侧下方穿过。海威综合楼实景图 平面关系图 剖面关系图 v两线间高压线杆1 1 0 K V 高 压 电 杆两线间高压线杆实景图剖面关系图建筑物描述：高压线杆的基础为

7、直径的钻孔灌注桩，桩长15m，线杆位于左右线盾构隧道之间，桩基与左线隧道结构的水平净距为，与右线隧道结构的水平净距为。 v隧道正上方高压线杆建筑物描述：该线杆位于右线隧道上方，线杆基础为一直径，深7m的钻孔桩，与隧道顶最小距离为。 剖面关系图隧道正上方高压线杆实景图v门卫房及传达室00P K H水上警察支队门卫房派出所门卫房Hr qHKPPPwwc) (00交警支队门卫房消防支队门卫房建筑物描述：以上建筑物均为单层结构，与隧道关系为下穿及侧穿。v工程地质及水文地质 v工程地质地质土层是影响盾构推进的主要因素之一。苏州乐园站塔园路站区间盾构主要穿越的土层有以下几个:1软流塑夹薄层粉质粘土、2流塑

8、为主夹少量粉土、3流塑夹少量粉土和2粉砂层。 v水文地质苏州市属长江流域太湖水系，区内地表水系及其发育，主要有太湖、阳澄湖群及大小规模不等的河渠组成。(1)地表水主要为金山浜河及无名河水。(2)地下水主要为潜水含水层及微承压含水层。潜水含水层主要由填土层组成，填土层由粘性土夹碎石组成，其透水性不均匀。主要接受大气降水的入渗补给，同时接受沿线污水、自来水的渗漏补给。微承压含水层由主要由1粉土、2粉砂层土层组成，其中1粉土、2粉砂层为良好的赋水和透水地层。该含水层组埋深，厚度约为，据区域水文资料，苏州市历年最高微承压水头标高，最低微承压水头标高。二.地表沉降原因分析v盾构法隧道施工引起地表变形的基

9、本原因可归纳为以下几个方面。盾构正面压力平衡状态不理想，引起的地层损失；衬砌环拖出盾尾时，隧道和地层间的建筑空隙若不及时充填，上层土体就会坍塌，产生地层损失；盾构的不断纠偏，引起的实际空隙大于理论计算；盾构停顿或管片拼装期间，千斤顶液压止锁装置不好导致盾构后退；盾构推进时对土体的剪切破坏；盾构推进过程中对土体的扰动，导致土体的主、次固结。v由以上因素归纳总结出，盾构施工引起的地表变形主要可分为5 类。 沉降类型沉降类型主要原因主要原因应力扰动应力扰动变形机理变形机理 初始沉降初始沉降土体受挤压面压密土体受挤压面压密空隙水压力减少，有效应力增加空隙水压力减少，有效应力增加空隙比减小，固结空隙比减

10、小，固结盾构工作面前方变形盾构工作面前方变形工作面处施加压：工作面处施加压：过大隆起；过小沉降过大隆起；过小沉降空隙水压力减少，总应力增加空隙水压力减少，总应力增加土体压缩产生弹塑性变形土体压缩产生弹塑性变形盾构通过时的沉降盾构通过时的沉降施工扰动，施工扰动，盾构与土体间剪切错动盾构与土体间剪切错动应力释放应力释放弹塑性变形弹塑性变形盾尾空隙沉降盾尾空隙沉降土体失去盾构支撑，土体失去盾构支撑，管片背后注浆不及时管片背后注浆不及时应力释放应力释放弹塑性变形弹塑性变形固结沉降固结沉降土体后续时效变形土体后续时效变形应力松弛应力松弛蠕变压缩蠕变压缩盾构施工引起位移的原因与机理 从表中可以看出, 土体

11、受施工扰动是产生位移的主要原因三.地表沉降控制方法 v方法1：地层状况及沿线建构筑物调查 若要在施工过程中达到有效控制地层沉降的目的, 首要的先决条件就是在盾构隧道掘进之前对隧道施工影响范围内的地层状况及沿线建(构)筑物进行调查, 在获得相关的原始资料后, 对地层条件及沿线建(构)筑物的状态进行评价分级, 并结合相关规范要求,进而确定其在施工过程中为确保地层及建(构)筑物的稳定而应达到的控制标准。v方法2：优化匹配盾构掘进参数 在确定了沿线地层及相关建(构)筑物的控制标准之后, 就要根据控制目标调整盾构掘进参数, 使盾构在施工过程中达到最优控制掘进状态。盾构最优掘进是指: 掘进时对周围地层及地

12、面的影响最小, 地层强度下降小, 受到的扰动小, 超空隙水压力小, 地面隆沉小, 盾尾脱出时的突沉幅度小, 这些是盾构施工中控制地面沉降、保护环境的首要条件和治本方法。要达到上述最优状态, 必须在盾构掘进过程中根据隧道埋深、地质条件、地面荷载、设计坡度、转弯半径、轴线偏差及盾构姿态等情况, 选取合理的参数指导施工。为此必须进行沿线监测地表变形值, 据此不断进行优化组合, 指导下一步的掘进施工, 使之真正达到优化施工参数的目的。三.地表沉降控制方法v方法3：参数指导施工 盾构施工所面对的主要工作介质就是岩土体, 再加上在施工影响范围内建(构)筑物与岩土体的相互作用, 因而很有必要根据沿线地层条件

13、、建( 构) 筑物情况, 以一定的掘进区段作为掘进试验段。通过试掘段掘进参数与地层变形规律的摸索,为整个掘进过程中施工参数的确定奠定良好的基础。v方法4：土仓压力的设定 在整个隧道掘进过程中, 土仓压力的设定是一个非常关键的参数, 土压设定值如果偏小则导致地层下沉量增大, 土压设定值如果偏大则会导致地层发生隆起现象。基于土力学原理，当土质渗透系数较大时，正面水土压力的理论值采用水土分算： 式中：Pc土压力；Pw水压力； ； 为土的有效内摩擦角；H盾构工作面中心处深度；土的有效重度；q地面超载。 土质渗透系数较小时，土仓可以采用水土合算：式中： 土的饱和重度； 实际盾构推进过程中为了补偿后期的沉

14、降，考虑到土仓压力的波动及衰减，以及为了弥补盾尾沉降损失造成的沉降。一般来说土压力的设定要稍高于理论土压力，但也不宜于过大，过大则使地层产生隆起变形。根据类似工程经验，土压力设定值一般为理论土压力值的倍。苏州汽车西站号出入口v方法5：确定盾尾同步注浆参数的最佳值 盾构掘进过程中, 以适当的注浆压力和浆量、合理配合比的注浆材料等, 在脱出盾尾的衬砌背面环形建筑空隙进行同步注浆, 这是控制或减小地层变形的关键措施。盾尾同步注浆过程中的关键参数控制主要包括如下几点。合理配合比的浆料: 稠度值控制在11.0, 容重近似于原状土。注浆压力: 合适的注浆压力约为0.30.4MPa, 因实际注浆量大于计算注

15、浆量, 超体积浆液必须用适当高于计算注浆压力方可注入盾尾土体空隙。注浆时间: 盾尾注浆的压入时间对于注浆施工效果影响明显。浆液的注入时间应以管片拖开盾尾同步为最佳, 匀量注入浆液的时间应与管片推进一环的时间相同。注浆量: 一般来说, 盾尾同步注浆量的控制可根据盾尾间隙的计算而求得。但在实际注浆过程中, 由于盾尾土体不密实或存在空隙等情况, 同时由于盾构施工对于周边土体的扰动作用, 从而导致实际的盾尾同步注浆量要远大于理论计算量。根据经验,在粉质土、粘质土地层中合适的注浆量应为理论注浆量的180%240%。注浆位置的分配: 有目的地选择等角度分布于盾尾外壳的注浆管进行注浆, 根据不同的地质条件及

16、控制标准确定各个注浆管的注浆压力与注浆量, 能使“漂浮”于浆液中的隧道尾端产生可控位移, 既可改善隧道轴线原有的偏差, 又可有效改善管片与盾尾的挤卡状况。v方法6：信息化施工的指导 在盾构掘进过程中, 根据监测结果与各项施工参数之间的对照分析, 可对施工参数进行进一步修正, 达到优化匹配掘进参数、有效控制地层变形的目的。 三.地表沉降控制方法四.建筑物保护方案及技术措施 v苏州汽车西站： 该站位于本线路左线DK5+105DK5+169段西侧，为地上3层建筑楼，基础为扩大基础，基底标高，基础埋深，区间左线结构外轮廓距基础的水平最小净距约为，最近点为建筑物东南角，垂直净距约。u保护措施 区间从汽车

17、西站东侧近距离穿过，考虑现场条件限制，结合类似工程经验，采用盾构推进同步注浆、壁后二次和多次补压浆，并结合地层袖阀管跟踪注浆的方案穿过该建筑。 在汽车西站东侧与隧道间，采用工程钻机垂直钻孔（局部斜孔），钻孔至隧道底以下1m，然后下入注浆袖阀管。待盾构区间施工至影响区后，根据监测结果，必要时采取分层注浆，以补偿地层土体缺失，达到控制沉降的目的。 C101四.建筑物保护方案及技术措施v新区实验中学食堂 区间隧道在里程约DK5+350380从新区实验中学食堂下方穿过，食堂为地上3层，采用扩大基础，基底标高，基底距离隧道结构顶的垂直净距为。n保护措施 区间隧道从食堂下方穿过，为确保盾构施工时食堂的安全

18、，且尽量减小对食堂的影响，采用盾构推进同步注浆、壁后二次和多次补压浆结合地层袖阀管注浆的方案穿越该建筑。 由实验中学食堂室外南侧、西侧和北侧，采用工程钻机斜向钻孔，钻孔至独立基础底、区间隧道上（高于隧道顶500mm以上），然后下入注浆袖阀管。待盾构区间施工至影响区后，根据监测结果，必要时采取分层注浆，以补偿地层土体缺失，达到控制沉降的目的。路江1.0m厚筏板4.09.2四.建筑物保护方案及技术措施v海威综合楼 海威综合楼为地上3层，基础为扩大基础，基底标高，基础埋深，基础距离隧道的水平净距约为，最近点为建筑物西北角，右线DK5+585DK5+640侧下方穿过。n保护措施 采用盾构推进同步注浆、

19、壁后二次和多次补压浆，并结合地层袖阀管跟踪注浆的方案穿过该建筑。在办公楼北侧与隧道间，采用工程钻机垂直钻孔，钻孔至隧道底以下1m，然后下入注浆袖阀管。待盾构区间施工至影响区后，根据监测结果，必要时采取分层注浆，以补偿地层土体缺失，达到控制沉降的目的。钻孔编号:XS722.50-1.20-3.20-5.20-11.00-12.20-18.20-21.20-27.70110KV高压电杆1.0m筏板四.建筑物保护方案及技术措施v两线间高压线杆 该高压线杆位于左右线盾构隧道之间，桩基与左线隧道结构的水平净距为，与右线隧道结构的水平净距为。高压线杆的基础为直径的钻孔灌注桩，桩长15m，露出地表面，桩身主

20、筋为4628。线杆为钢筒状线杆，采用地脚螺拴笼与桩基础连接，共采用28个长度为的M64地脚螺拴，上卡盘为14mm厚钢板，下卡盘为20mm厚钢板。隧道位于粉土和粉质粘土层，桩底位于粉质粘土层。1 1 0 K V 高 压 电 杆n保护措施为了确保线杆安全，原设计采用方形筏板对线杆钻孔桩基础加固。实际施工时筏板位置有污水、电信管线，难以实施，采用盾构施工控制，加强同步注浆、跟进二次注浆进行保护。四.建筑物保护方案及技术措施v隧道上方高压线杆该线杆位于右隧道上方，线杆基础为一直径，深7m的钻孔桩。n保护措施为了确保线杆安全并结合现场施工条件，施工一大小为，厚1m的方形筏板对线杆钻孔桩基础加固。 n 施

21、工控制措施： 高压电杆倾斜率不大于2； 筏板顶面标高根据现场管线情况进行调整，可以考虑适当高出地面，以不影响管线为宜； 筏板混凝土为C30，筏板主筋保护层厚度为40mm，板底施工100mm厚C20素砼垫层； 在线杆上焊接钢筋或在其基础钻孔桩上植筋，植筋为25钢筋，植入长度为300mm，焊接应确保牢固连接,植筋间距沿圆周300mm； 对盾构隧道的前期施工加强监测，若沉降较大则需对保护方案加强，可考虑增加筏板大小，并在板的四角施工四根钻孔灌注桩加以保护。 盾构掘进施工时加强监测，根据监测结果在筏板底进行跟踪补偿注浆，确保高压线杆安全和正常使用。四、建筑物保护方案及技术措施v袖阀管工法简述 袖阀管法

22、注浆是在PVC管上钻注浆孔作为注浆外管（即袖阀管），注浆孔外用橡胶圈包好，注浆时把两端都装有密封橡胶塞的注浆芯管插入袖阀管，浆液在压力作用下胀开橡胶圈进入地层，逐次提升或下降芯管即可实现分段注浆，橡胶圈的作用是当孔内加压注浆时，橡胶圈胀开，浆液从小孔中进入土层，停止注浆时橡胶封闭，阻止土和地下水逆向进入注浆管内。 袖阀管法注浆易于操作，设备占地小，配套设施简单，能实现分段注浆，可以根据需要重复注浆，也可以根据地层的不同有选择地进行分层注浆，注浆效果易保证；钻孔注浆平行作业，施工效率高。五.掘进控制技术 以盾构右线穿越中学食堂为例，介绍盾构掘进控制技术。v工程地质情况 房屋下面地层分布从上到下依

23、次为：实验中学食堂地质图.jpg #工程地质层（填土层）：松软，以粘性土为主，层厚，层底标高0.242.63 m。该层压缩性高。 #工程地质层（粘土、粉质粘土层）：根据其沉积顺序和工程地质特征可分二个工程地质亚层，分别描述如下： 1粘土层：硬塑，局部为可塑，均质致密，无摇振反应，刀切面具油脂光泽，干强度、韧性高。层厚，层底标高。该层压缩性中等。 2粉质粘土层：软塑为主，局部流塑，下部夹少量粉土薄层，无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。层厚1.303.60 m，层底标高 -4.81-2.58 m。该层压缩性中等。 #工程地质层（粉土、粉砂层）：根据其沉积顺序和工程地质特征可分二个工程地

24、质亚层，分别描述如下： 1粉土层：松散稍密，湿很湿，夹薄层粉质粘土，摇振反应中等，刀切面无光泽，干强度、韧性低。层厚1.005.50 m，层底标高。该层压缩性中等。 2粉砂层：中密为主，局部为稍密，饱和，夹薄层粉质粘土，摇振反应迅速。层厚，层底标高。该层压缩性中等偏低。 #粉质粘土层（粉质粘土、粉质粘土夹粉土）根据其沉积顺序和工程地质特征可分为四个工程地质亚层： 3粉质粘土：流塑，偶夹少量薄层粉土，无摇振反应，刀切面稍有光泽，干强度、韧性中等。层厚4.7013.10 m，层底标高 -23.60-16.89 m。该层压缩性中等高。 隧道穿过地层为3粉质粘土层，而且掘削面顶端处于2粉砂层和3粉质粘土层交界地带，由于粉砂层透水性较强而粉质粘土层透水性较弱，易在交界地带积水从而形成流塑性地层。五.掘进控制技术v盾构掘进参数控制n土仓压力设定 根据前述理论计算，结合试验段参数及监测成果，土仓压力的计算值为0.22MPa0.23 MPa。盾构机在食堂楼房下掘进时（564环598环），盾构土仓压力宜设定为0.23 MPa。而在楼房控制段，即楼房段前30环（5