天津地鐵1號(hào)線盾構(gòu)穿越百年故居施工技術(shù)
摘 要 天津地鐵1號(hào)線(新建段)首次采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，在下瓦房～小白樓區(qū)間隧道（左、右線）施工中，盾構(gòu)機(jī)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(gòu)穿越建筑物時(shí)采取的技術(shù)措施加以敘述，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，證明所采用的技術(shù)措施是切實(shí)有效的，可供同類工程借鑒。
關(guān)鍵詞 天津地鐵 盾構(gòu)隧道 王仲山故居 施工技術(shù) 監(jiān)測(cè)
1 概述
天津地鐵1號(hào)線工程小白樓～下瓦房區(qū)間隧道，地處天津市中心區(qū)域，沿線經(jīng)過(guò)小白樓商業(yè)區(qū)、河西區(qū)的商業(yè)中心以及天津市主要的辦公區(qū)，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(qū)重要的商業(yè)中心南京路21號(hào)），已有百余年歷史，是天津市政府頒布的重點(diǎn)建筑物保護(hù)單位。該建筑物為磚木結(jié)構(gòu)的3層樓房（帶地下室和頂子間），一層為半地下，具有德國(guó)傳統(tǒng)風(fēng)格。區(qū)間隧道的左、右線從王仲山故居及其周邊建筑物下部穿過(guò)（見(jiàn)圖1）。盾構(gòu)軸線在此處由R350 m的曲線段變?yōu)橹本€段。
區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，雙線隧道全長(zhǎng)2087.699 m；隧道外徑為6.2 m，內(nèi)徑為5.5 m；隧道管片設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50，寬1 m，整環(huán)管片分為1塊F封頂塊、2塊L鄰接塊、3塊標(biāo)準(zhǔn)塊，采取通縫拼裝形式，縱、環(huán)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(zhì)概貌
該區(qū)間隧道區(qū)域的土層主要為第四系全系統(tǒng)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(tǒng)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(gòu)主要穿越④、④3、⑤、⑥和⑥4等土層，土層的性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
3 盾構(gòu)機(jī)穿越王仲山故居技術(shù)措施
3.1 理論地表變形計(jì)算
盾構(gòu)穿越王仲山故居前，根據(jù)派克（Peck）的地層損失概念進(jìn)行理論計(jì)算。假定施工引起的地面沉降是在不排水情況下產(chǎn)生的，那么，所有的沉降槽的體積應(yīng)等于地層損失的體積；假定地層損失在隧道長(zhǎng)度上是均勻分布的，那么，地面沉降的橫向分布呈正態(tài)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(gè)角部沉降分別為-2.1 cm和-0.3 cm。
3.2 利用《專家系統(tǒng)》進(jìn)行預(yù)測(cè)
《專家系統(tǒng)》即《盾構(gòu)法隧道施工智能化輔助決策系統(tǒng)》軟件。
將土層的性能指標(biāo) 、盾構(gòu)施工掘進(jìn)參數(shù)等輸入系統(tǒng)，運(yùn)用靜態(tài)預(yù)測(cè)，對(duì)其沉降量和土體擾動(dòng)等情況進(jìn)行分析，并顯示數(shù)值，指導(dǎo)施工。預(yù)測(cè)盾構(gòu)在穿越過(guò)程中，正常施工情況下，盾構(gòu)切口土壓應(yīng)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(shù)措施
⑴ 在盾構(gòu)穿越王仲山故居過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制切口平衡壓力，減少波動(dòng)；推進(jìn)速度為1～2 m/min，均衡、勻速施工，以減少盾構(gòu)推進(jìn)變化對(duì)土體的擾動(dòng)；出土量為31 m3/環(huán)。
⑵ 此段隧道軸線恰好由R350 m的曲線段變?yōu)橹本€段，所以事先應(yīng)調(diào)整好盾構(gòu)的姿態(tài)，嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量，控制和掌握盾構(gòu)單次糾偏的幅度，以減少糾偏對(duì)周圍土體擾動(dòng)造成的影響。
⑶ 嚴(yán)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(zhì)量，減少施工過(guò)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(qiáng)度，稠度控制在9～11，且保證不會(huì)堵塞注漿管。具體配比見(jiàn)表2。
⑷ 壁后補(bǔ)壓漿
在盾構(gòu)推進(jìn)同步注漿后，為進(jìn)一步加強(qiáng)土體后期強(qiáng)度和空隙填充密實(shí)度，根據(jù)地面監(jiān)測(cè)變形情況，進(jìn)行壁后補(bǔ)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(jiàn)表3、表4。
3.4 左線隧道施工技術(shù)措施
在總結(jié)右線隧道的施工經(jīng)驗(yàn)后，對(duì)補(bǔ)壓漿作了一些改進(jìn)。
⑴ 調(diào)整同步注漿漿液的配比，見(jiàn)表5。
⑵ 把壁后補(bǔ)壓漿改為盾構(gòu)推進(jìn)同步二次補(bǔ)充注漿。
4 施工監(jiān)測(cè)
4.1 監(jiān)測(cè)方法
⑴ 連通管自動(dòng)監(jiān)測(cè)
連通管監(jiān)測(cè)是一種高科技的儀器，具有連續(xù)性和時(shí)效性，監(jiān)測(cè)精度較高。
⑵ 普通水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)
4.2 測(cè)點(diǎn)布置
普通水準(zhǔn)測(cè)量，是在建筑物外部布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布置16個(gè)；王仲山故居內(nèi)的地下室選用連通管監(jiān)測(cè)設(shè)備，在左、右線隧道盾構(gòu)穿越時(shí)，分別按不同位置布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)探頭及水準(zhǔn)點(diǎn)（以便進(jìn)行水準(zhǔn)的聯(lián)測(cè)與校核），每15 min采集1次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，精度為0.1 mm。左、右線隧道盾構(gòu)穿越王仲山故居時(shí)的測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1、圖2。
4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果
用連通管監(jiān)測(cè)左、右線隧道盾構(gòu)穿越王仲山故居時(shí)的沉降曲線見(jiàn)圖3、圖4。
圖5、圖6是左、右線隧道盾構(gòu)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(gòu)穿越后地面縱向累積沉降曲線圖。
4.4 結(jié)果分析
沉降的理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值見(jiàn)表6。
⑴ 從表5數(shù)據(jù)可以看出：實(shí)際測(cè)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(jìn)速度和減小糾偏量，可以減小施工對(duì)土體的擾動(dòng)，從而減小后期沉降。
⑵ 專家系統(tǒng)預(yù)測(cè)值比Peck理論計(jì)算值更接近實(shí)際測(cè)量值，說(shuō)明專家系統(tǒng)是在總結(jié)長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的特殊情況，給予的提示和理論指導(dǎo)是比較切合實(shí)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(shí)的改進(jìn)措施是合適、可取的，即在左線施工過(guò)程中，將原用惰性漿液調(diào)整為緩凝漿液，漿液的初凝時(shí)間縮短，減小了施工時(shí)的初期沉降；漿液的強(qiáng)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(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)表，把二次補(bǔ)壓漿改為預(yù)先二次注漿，這樣避免了等地表發(fā)生變化后再補(bǔ)壓漿，從而減小了地表起伏擾動(dòng)。
5．結(jié)論
王仲山故居為老式磚木結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)薄弱，為保護(hù)這百年故居，在左、右線隧道盾構(gòu)施工前，采納了專家系統(tǒng)的指導(dǎo)意見(jiàn)，對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行預(yù)定；在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制平衡壓力、推進(jìn)速度及盾構(gòu)糾偏量，減小盾構(gòu)施工對(duì)土體的擾動(dòng)，從而減小后期沉降；在同步注漿時(shí)，采用緩凝漿液，采用與盾構(gòu)推進(jìn)同步二次補(bǔ)充注漿的方式。
右線隧道施工后，測(cè)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(cè)量房屋變化為-1.8～-7.1 mm；左線隧道施工進(jìn)行一定調(diào)整后，測(cè)得房屋最大沉降量為-8.4 mm，不均勻沉降為0.32‰，連通管測(cè)量房屋變化為+1.2～-3 mm。
盾構(gòu)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(shuō)明，施工過(guò)程中采取的措施是行之有效的，可供同類工程施工借鑒。
轉(zhuǎn)載自：隧道網(wǎng)
