上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海軌道交通12號線13標(biāo)工程嘉善路站—陜西南路站區(qū)間位于上海市中心城區(qū)，單線長1 388.992 m。隧道最小曲線半徑為350 m，最大縱坡為2.7897%（圖1）。

圖1 嘉善路站—陜西南路站區(qū)間隧道概況示意

區(qū)間盾構(gòu)施工需穿越成片的大量建筑物，經(jīng)統(tǒng)計共穿越沿線房屋193處，房屋面積共計435 583 m2。

盾構(gòu)施工位于正常地層與古河道地層交界處，地基土層分布較復(fù)雜。按其沉積時代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異可劃分為7個主要層次：⑤1-1黏土層、⑤1-2粉質(zhì)黏土層、⑤3-1粉質(zhì)黏土層、⑤3-1t黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土層、⑤4粉質(zhì)黏土層、⑥粉質(zhì)黏土層、⑦1砂質(zhì)粉土層[1,2]。

2 微擾動施工控制要點

2.1 土壓力設(shè)定

根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)的原理，土倉中的壓力須與開挖面的正面水土壓力平衡，以維持開挖面土體的穩(wěn)定，減少對土層的擾動。

因施工范圍內(nèi)土層既有黏土和粉質(zhì)黏土，又有砂性土，因此，針對黏性土層的土壓力計算采用水土合算，針對砂性土層的土壓力計算采用水土分算?？紤]土體擾動后性質(zhì)變化、盾構(gòu)推進速度、超載狀況等因素，在計算值基礎(chǔ)上考慮正面水土壓力的調(diào)整系數(shù)，其值一般在黏性土中取1.05～1.12，砂性土中取1.13～1.15。

根據(jù)以上公式計算穿越區(qū)域土壓力的理論值，實際土壓力設(shè)定值根據(jù)沉降數(shù)據(jù)值進行微調(diào)，同時在推進過程中，要保證實際土壓力與設(shè)定值之間的差值控制在±5%以內(nèi)。

2.2 推進速度控制

土壓平衡盾構(gòu)壓力倉內(nèi)土壓力大小與盾構(gòu)推進速度以及出土量有關(guān)：若推進速度加快而出土率較小，則土壓倉土壓力會增大，其結(jié)果將導(dǎo)致造成地面隆起。反之推進速度放慢，出土量增加將令土壓倉土壓力下降，引起地面下沉。為此盾構(gòu)推進過程中應(yīng)做到：降低推進速度，嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向、姿態(tài)變化，減少糾偏，特別是杜絕大量值糾偏，保證盾構(gòu)機的平穩(wěn)穿越。

本工程中，盾構(gòu)推進速度控制在20～30 mm/min，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整。穿越區(qū)施工過程中，盡量保持推進速度穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越建筑物，以減少對周邊土體的擾動影響，以免對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

2.3 出土量控制

出土量是與土層損失緊密聯(lián)系在一起的，它與一環(huán)長度內(nèi)盾構(gòu)的體積直接相關(guān)。假定基準(zhǔn)出土率時地層損失為0，則實際出土率變化時將引起附加的地層損失。

出土量的控制應(yīng)與掘進速度的控制保持一種動態(tài)平衡狀態(tài)，即盾構(gòu)的出土量應(yīng)和盾構(gòu)掘進進尺內(nèi)掘削的土體保持平衡，而出土量又與螺旋機轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，即單位時間內(nèi)出土量大，則螺旋機轉(zhuǎn)速高，出土量小則螺旋機轉(zhuǎn)速低，盾構(gòu)正常掘進時，螺旋機轉(zhuǎn)速控制一般可采用自動控制模式，如果推進速度需要降低至10 mm/min，則螺旋機自動模式在最低轉(zhuǎn)速下出土量仍然可能大于掘進速度所要求的出土量，因此，可結(jié)合手動模式進行出土量控制[3-6]。

2.4 盾構(gòu)姿態(tài)控制

在穿越期間，因盾構(gòu)進行平面或高程糾偏時會增加對土體的擾動，因此在穿越過程中，在確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，盡可能減少盾構(gòu)糾偏量和糾偏次數(shù)。

在盾構(gòu)推進過程中，應(yīng)按照“勤測勤糾、小角度糾偏”的原則進行糾偏控制，盾構(gòu)平面偏差控制應(yīng)根據(jù)所擬定的分段糾偏的方案按照計算的千斤頂行程差和平面偏離值進行控制，考慮到盾構(gòu)在小半徑曲線段掘進時，盾構(gòu)與隧道軸線始終存在1個夾角，導(dǎo)致盾構(gòu)千斤頂對盾尾后的隧道存在一個向曲線外側(cè)的推力，因此盾構(gòu)糾偏控制考慮預(yù)先將軸線向軸線內(nèi)側(cè)偏離20 mm，以防止隧道外移引起軸線超標(biāo)，以此為基準(zhǔn)，將盾構(gòu)切口和盾尾的偏差控制在±20 mm以內(nèi)，即盾構(gòu)切口偏離值控制在-40～0 mm范圍內(nèi)，盾尾偏離值控制在±20 mm范圍內(nèi)。

2.5 同步注漿控制

盾構(gòu)施工過程中，采用同步注漿工藝，確保漿液填充盾尾管片與土體間的建筑空隙，注漿量的控制應(yīng)根據(jù)模擬推進的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行，動態(tài)控制。盾構(gòu)掘進過程中應(yīng)加強盾尾密封油脂的壓注，以保證盾尾密封刷的密封性能。

盾構(gòu)推進中的同步注漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑間隙和減少后期變形的主要手段，也是盾構(gòu)推進施工中的一道重要工序。嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，務(wù)必做到3點：

1）漿液的配比須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；

2）保證每環(huán)注漿量能充盈盾構(gòu)機通過后所形成的建筑間隙；

3）控制注漿壓力，進行均勻壓注漿液；通過同步注漿及時充填建筑空隙，減少施工過程中的土體變形。

2.5.1 漿液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)漿液基準(zhǔn)配合比及性能要求，嚴(yán)格控制漿液質(zhì)量。其中，黃砂∶粉煤灰∶膨潤土∶石灰∶添加劑∶水=800∶400∶50∶100∶3∶340，漿液質(zhì)量密度＞1.8 g/cm3，坍落度120～160 mm，坍落度經(jīng)時變化5 cm（20 h），泌水率＜5%，抗壓強度R7＞0.15 MPa，R28＞1.0 MPa。

2.5.2 注漿量

由于盾構(gòu)外徑大于管片的外徑，所以管片脫出盾尾后會在管片與周圍土體之間形成建筑空隙?？紤]注漿的漿液除填充盾尾的空隙外，還將滲透到周圍土體中，而且漿液在固結(jié)過程中也會產(chǎn)生收縮，所以實際注漿量相較理論注漿量需考慮一個注漿量調(diào)整系數(shù)，該系數(shù)與土體性質(zhì)、注漿壓力、漿體材料及配比等有關(guān)。

因控制地層損失率的需要，同步注漿量較一般情況有所增加，注漿量調(diào)整系數(shù)控制在1.5～2.0，實際注漿量相當(dāng)于建筑空隙理論計算值的150%～200%，即2.2～2.97 m3/環(huán)。由于小半徑曲線段施工段帶來的超挖和砂性土區(qū)域的漿液流失，實際注漿量和注漿壓力根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行動態(tài)調(diào)整。

2.5.3 注漿壓力

為保證漿體較好地滲入周圍土體中，注漿壓力須大于隧道所處的土壓力值。而且必須控制在較好的范圍之內(nèi)，保證只是填充而不是劈裂，實際注漿壓力按照1.1～1.2倍的靜止土壓力進行控制。

2.6 微擾動注漿控制

為減少施工沿線建筑物沉降，進一步充填盾構(gòu)施工造成的地層損失，考慮在盾構(gòu)機后方實施壁后微擾動注漿。根據(jù)監(jiān)測資料，于管片脫出盾尾8～10環(huán)后實施，在注漿后，依據(jù)建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)，必要時可多次實施注漿以控制隧道上方土體、建筑物等后期產(chǎn)生的沉降，控制施工對沿線建筑物和環(huán)境的影響。

1）注漿孔布置：每環(huán)管片注漿孔共計15個，分別布置在拱底塊、標(biāo)準(zhǔn)塊和鄰接塊內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對需要加固的部位進行必要的注漿加固。先用沖擊鉆將預(yù)留孔疏通，將特制的防噴裝置安裝好，并將單向球閥接在注漿管上，以便注漿（圖2）。

圖2 管片注漿孔分布示意

2）漿液配比：注漿通常采用水泥單液漿或水玻璃、水泥漿混合雙液漿2種漿液搭配使用。其中單液漿的特點是均勻、密實、注漿壓力?。浑p液漿的特點是凝固快、收縮小、補償變形迅速。以200 L漿液配比為例，甲液中的水為100～120 kg，水泥為200 kg：乙液中的水玻璃為30～50 kg。甲、乙兩液配比由現(xiàn)場試驗確定，初凝時間確定為30～60 s。上述漿液配比僅考慮土體加固注漿為一次性施工，如注漿孔需多次打開重復(fù)注漿，應(yīng)適當(dāng)降低水玻璃用量，以保證再次注漿時注漿孔能被順利打開。

3）注漿壓力和流量控制：注漿壓力控制在0.3 MPa以下，注漿流量為10～20 L/min。

3 實施效果

3.1 盾構(gòu)穿越沉降控制效果

以嘉善路站—陜西南路站區(qū)間上行線盾構(gòu)始發(fā)后25～60環(huán)范圍內(nèi)建筑物為例，上行線盾構(gòu)穿越該區(qū)域后，建筑物累計沉降曲線如圖3所示。

圖3 建筑物累計沉降變化曲線

上行線盾構(gòu)通過該區(qū)域后，即10月26日，該區(qū)域建筑物均為累計隆起狀態(tài)，最大隆起5.68 mm，最小隆起0.41 mm。上行線盾構(gòu)通過該區(qū)域10 d后，即11月6日，該區(qū)域建筑物最大隆起5.3 mm，最大沉降-2.96 mm[7,8]。

3.2 二次注漿沉降控制效果

盾構(gòu)穿越施工完成后，隨即對該范圍內(nèi)建筑物進行微擾動注漿，以控制其沉降發(fā)展，自11月7日～11月16日共11 d，分5次進行注漿施工，累計注漿量5.8 m3，單次每孔注漿量100～200 L，采取少量多次的注漿方式，在加固土體的同時，盡量減少注漿對土體的擾動。

上海地區(qū)盾構(gòu)法隧道施工的地層損失率一般要求控制在0.5%以內(nèi)。由于本工程周邊環(huán)境情況復(fù)雜，特提高地層損失率控制標(biāo)準(zhǔn)，使其≤0.3%，據(jù)此可根據(jù)Peck公式計算出盾構(gòu)隧道施工完成后的地面最大沉降控制值。在研究區(qū)域范圍內(nèi)的盾構(gòu)隧道埋深為19.231 m。經(jīng)計算，該區(qū)域盾構(gòu)穿越完成后，15 d的地面沉降最大值應(yīng)控制在-1.62 mm，30 d的地面沉降最大值應(yīng)控制在-2.43 mm。

從圖4監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，注漿過程對建筑物擾動很小，沉降點數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，至11月23日（盾構(gòu)穿越完成17 d），最大累計沉降為-1.55 mm，最大隆起為3.87 mm。

從圖5監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，由于進行了微擾動注漿控制，盾構(gòu)施工完成后30 d內(nèi)，研究區(qū)域內(nèi)建筑物沉降穩(wěn)定，至12月6日（盾構(gòu)穿越完成30 d），最大累計沉降-2.29 mm，最大累計隆起3.1 mm。

圖4 穿越完成后17 d的建筑物累計沉降變化曲線

圖5 穿越完成后30 d的建筑物累計沉降變化曲線

由于該區(qū)域盾構(gòu)上方均為建筑物，故以建筑物沉降量來校核地層損失率控制情況，經(jīng)比較，盾構(gòu)穿越后15 d和30 d的沉降控制指標(biāo)均符合0.3%地層損失率控制要求。

4 結(jié)語

綜合各項技術(shù)措施將本次盾構(gòu)穿越中心城區(qū)建筑物實現(xiàn)微擾動施工的關(guān)鍵因素，總結(jié)如下：

1）合理、及時地調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)為微擾動穿越施工提供了有力的保障。

2）少量、多次、及時的二次注漿對已擾動土體的穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用。