天津地鐵1號線盾構穿越百年故居施工技術

　　摘 要 天津地鐵1號線(新建段)首次采用盾構法進行施工，在下瓦房～小白樓區間隧道（左、右線）施工中，盾構機要穿越具有百年歷史的王仲山故居建筑物，施工難度高。文章就盾構穿越建筑物時采取的技術措施加以敘述，通過對監測數據的分析，證明所采用的技術措施是切實有效的，可供同類工程借鑒。
　　關鍵詞 天津地鐵 盾構隧道　王仲山故居 施工技術 監測

　　1 概述
　　天津地鐵1號線工程小白樓～下瓦房區間隧道，地處天津市中心區域，沿線經過小白樓商業區、河西區的商業中心以及天津市主要的辦公區，其中重要的建筑物有王仲山故居。
　　王仲山故居位于南京路與浦口道交界處（河西區重要的商業中心南京路21號），已有百余年歷史，是天津市政府頒布的重點建筑物保護單位。該建筑物為磚木結構的3層樓房（帶地下室和頂子間），一層為半地下，具有德國傳統風格。區間隧道的左、右線從王仲山故居及其周邊建筑物下部穿過（見圖1）。盾構軸線在此處由R350 m的曲線段變為直線段。

　　區間隧道采用盾構法施工，雙線隧道全長2087.699 m；隧道外徑為6.2 m，內徑為5.5 m；隧道管片設計強度為C50，寬1 m，整環管片分為1塊F封頂塊、2塊L鄰接塊、3塊標準塊，采取通縫拼裝形式，縱、環向均采用M30彎螺栓連接；管片接縫防水采用彈性密封墊（三元乙丙橡膠和遇水膨脹橡膠）。

　　2 地質概貌
　　該區間隧道區域的土層主要為第四系全系統人工填土層（人工堆積Qml）、第Ⅰ陸相層（河床～河漫灘相沉積層Q43al）、第Ⅰ海相層（淺海相沉積層Q42m）、第Ⅱ陸相層（河床～河漫灘相沉積層Q41al）、第四系上更新統第Ⅲ陸相層（河床～河漫灘相沉積層Q3cal）、第Ⅱ海相層（濱海～潮汐帶相沉積層Q3dmc）及第Ⅳ陸相層（河床～河漫灘相沉積層Q3cal）。盾構主要穿越④、④3、⑤、⑥和⑥4等土層，土層的性能指標見表1。

　　3 盾構機穿越王仲山故居技術措施
　　3.1 理論地表變形計算
　　盾構穿越王仲山故居前，根據派克（Peck）的地層損失概念進行理論計算。假定施工引起的地面沉降是在不排水情況下產生的，那么，所有的沉降槽的體積應等于地層損失的體積；假定地層損失在隧道長度上是均勻分布的，那么，地面沉降的橫向分布呈正態分布曲線。采用地面沉降量的橫向分布公式估算，王仲山舊居的最大沉降量為-2.2 cm，2個角部沉降分別為-2.1 cm和-0.3 cm。
　　3.2 利用《專家系統》進行預測
　　《專家系統》即《盾構法隧道施工智能化輔助決策系統》軟件。
　　將土層的性能指標 、盾構施工掘進參數等輸入系統，運用靜態預測，對其沉降量和土體擾動等情況進行分析，并顯示數值，指導施工。預測盾構在穿越過程中，正常施工情況下，盾構切口土壓應控制在0.216 MPa，地面最大變形量為-9.974 mm，最大隆起量為+8.015 mm。
　　3.3 右線隧道施工技術措施
　　⑴ 在盾構穿越王仲山故居過程中，應嚴格控制切口平衡壓力，減少波動；推進速度為1～2 m/min，均衡、勻速施工，以減少盾構推進變化對土體的擾動；出土量為31 m3/環。
　　⑵ 此段隧道軸線恰好由R350 m的曲線段變為直線段，所以事先應調整好盾構的姿態，嚴格控制盾構糾偏量，控制和掌握盾構單次糾偏的幅度，以減少糾偏對周圍土體擾動造成的影響。
　　⑶ 嚴格控制同步注漿量（取建筑空隙的180%～250%，即3.4～4.7 m3）和漿液質量，減少施工過程中的土體變形。同步注漿漿液的配比，在原有漿液中加入適量的水泥，以提高漿液的后期強度，稠度控制在9～11，且保證不會堵塞注漿管。具體配比見表2。

　　⑷ 壁后補壓漿
　　在盾構推進同步注漿后，為進一步加強土體后期強度和空隙填充密實度，根據地面監測變形情況，進行壁后補壓漿，漿液為雙液漿，壁后注漿壓力一般控制在0.2～0.5 MPa，注漿量一般控制在0.2～2 m3。漿液配比及漿液性能見表3、表4。

　　3.4 左線隧道施工技術措施
　　在總結右線隧道的施工經驗后，對補壓漿作了一些改進。
　　⑴ 調整同步注漿漿液的配比，見表5。
　　⑵ 把壁后補壓漿改為盾構推進同步二次補充注漿。

　　4 施工監測
　　4.1 監測方法
　　 ⑴ 連通管自動監測
連通管監測是一種高科技的儀器，具有連續性和時效性，監測精度較高。
　　⑵ 普通水準監測
　　4.2 測點布置
　　普通水準測量，是在建筑物外部布設監測點，共布置16個；王仲山故居內的地下室選用連通管監測設備，在左、右線隧道盾構穿越時，分別按不同位置布設6個監測探頭及水準點（以便進行水準的聯測與校核），每15 min采集1次監測數據，精度為0.1 mm。左、右線隧道盾構穿越王仲山故居時的測點布置見圖1、圖2。

　　4.3 監測結果
　　用連通管監測左、右線隧道盾構穿越王仲山故居時的沉降曲線見圖3、圖4。

　　 圖5、圖6是左、右線隧道盾構穿越后建筑物累積沉降曲線圖；圖7、圖8為左、右線隧道盾構穿越后地面縱向累積沉降曲線圖。

　　4.4 結果分析
　　沉降的理論計算值與實際測量值見表6。

　　⑴ 從表5數據可以看出：實際測量值比理論值小，證明施工中所采取的措施是有效果的，如控制同步注漿和出土量可以防止土體損失，可以減小房屋及地面沉降；控制土壓、推進速度和減小糾偏量，可以減小施工對土體的擾動，從而減小后期沉降。
　　⑵ 專家系統預測值比Peck理論計算值更接近實際測量值，說明專家系統是在總結長期實踐經驗的基礎上，結合本工程的特殊情況，給予的提示和理論指導是比較切合實際的。
　　⑶ 左線沉降情況比右線好（沉降總體較小，不均勻沉降程度較好），證明在左線施工時的改進措施是合適、可取的，即在左線施工過程中，將原用惰性漿液調整為緩凝漿液，漿液的初凝時間縮短，減小了施工時的初期沉降；漿液的強度也有一定的提高，使得房屋后期沉降和不均勻沉降大大減小；在左線施工時，根據監測報表，把二次補壓漿改為預先二次注漿，這樣避免了等地表發生變化后再補壓漿，從而減小了地表起伏擾動。

　　5．結論
　　王仲山故居為老式磚木結構，基礎薄弱，為保護這百年故居，在左、右線隧道盾構施工前，采納了專家系統的指導意見，對施工參數進行預定；在施工過程中，嚴格控制平衡壓力、推進速度及盾構糾偏量，減小盾構施工對土體的擾動，從而減小后期沉降；在同步注漿時，采用緩凝漿液，采用與盾構推進同步二次補充注漿的方式。
　　右線隧道施工后，測得房屋最大沉降量為－9.2 mm，不均勻沉降僅為0.54‰，連通管測量房屋變化為-1.8～-7.1 mm；左線隧道施工進行一定調整后，測得房屋最大沉降量為-8.4 mm，不均勻沉降為0.32‰，連通管測量房屋變化為+1.2～-3 mm。
　　盾構2次穿越王仲山故居，建筑物的沉降仍能得到很好的控制，由此足以說明，施工過程中采取的措施是行之有效的，可供同類工程施工借鑒。

轉載自：隧道網