复杂地层中盾构穿越高层住宅楼关键施工技术

复杂地层中盾构穿越高层住宅楼关键施工技术

王少鹏 冯宏朝

摘 要 近年来，随着我国城市化建设的快速发展，城市地铁工程建设快速发展，受地

铁车站选择的控制，盾构隧道线路下穿既有建筑物成为一种新的常态。在工程地质条件恶劣或建筑物结构不能采取下穿方式施工时，通常采用人员临迁或建筑物拆迁来降低施工风险。本文依托深圳地铁七号线（福民站～皇岗口岸区间右线）在软硬相间复杂地层采取盾构穿越8层住宅楼的施工，详细介绍了盾构施工过程中采取的各项技术措施，并成功安全穿越住宅楼，为类似工程施工提供借鉴经验。

关键词 复杂地层 盾构住宅楼 施工技术 1 工程简况

深圳地铁7号线7304-1标福民站至皇岗口岸站区间位于深圳市福田区，区间左线全长675.684m,右线全长672.305m。区间在右线DK18+678.0～DK18+788.0和左线DK18+710.0～DK18+770.0段下穿福民新村20#、21#、22#和23#住宅楼，其中右线下穿20#、22#，侧穿21#、23#

住宅楼，左线下穿21#、22#，侧穿20#住宅楼，福民新村 图1 房屋与隧道平面位置布置图

4栋房屋与隧道平面位置如图1，区间隧道埋深在19.8～23.6m之间，穿越建筑物段线路平面最小曲线半径为400m，坡度为24.36‰，采用复合式土压平衡盾构机进行施工。

房屋基础均为打入式灌注桩，桩长16m，桩尖位于圆砾土层，单桩容许承载力60t，桩径480mm，桩顶插筋6Φ14，深入桩内长度11500mm，外露长度560mm，与桩顶承台连接。

福民新村20#房屋与隧道位置剖面图见图2。 2 工程地质与水文

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区间范围内上覆第四系人工堆积层 图2 福民新村20#房屋与隧道位置剖面图

（Q4ml）、海积层（Q4m）、冲洪积层（Q4al+pl及Q3 al+pl）、残积层（Qel），下伏燕山期花岗岩（γ53）。

该工程段盾构掘进掌子面地层主要为微风化花岗岩、强风化花岗岩、砾砂、砾质粘性土，隧道以上覆土层自上至下依次为5.10～6.25m素填土；3.20～5.30m淤泥质黏土；3.20～4.30m中砂层；2.40～7.20m砾砂层。

穿越地层的岩石特性如下：

①素填土：褐黄、褐红、青灰等色，稍湿，松散～稍密。主要成份为黏性土，混砂砾，局部夹碎块石，碎石粒径2～100mm。

②淤泥质粘土：灰黑、深灰色，饱和，流塑，味臭，主要成分为黏性土，含少量贝壳、细砂及有机质。

③中砂：灰白、深灰色，饱和，松散状态，级配不良，主要成分为石英，含少量有机质。

④淤泥质黏土：深灰、灰黑色，饱和，软塑，含腐殖质，局部夹有腐木及植物根系，具异味，易污手及黏手。

⑤砾砂：浅灰、灰白色，饱和，稍密～中密状态，级配良好，主要成分为石英，局部含黏性土。

⑥砾质黏性土：褐红、褐黄、灰白色，可塑～硬塑。由粗粒花岗岩风化残积形成。 ⑦强风化花岗岩：褐黄、褐红色，岩体呈砂土状，局部呈砂土状夹块状，碎块手可掰断。

⑧中等风化花岗岩：浅肉红、灰白等色，岩体呈碎块～块状，节理裂隙发育。岩芯较破碎，岩石质量等级为Ⅴ级。根据临时场地试验资料，岩石饱和单轴抗压强度最小值为7.1MPa，最大值为65MPa，平均值为27.3 MPa。

⑨微风化花岗岩：浅肉红、灰白等色，岩体呈碎块、块状、巨块状，节理裂隙发育。岩芯较破碎，岩石质量等级为Ⅳ级。岩石饱和单轴抗压强度最小值为22.4MPa，最大值为140 MPa，平均值为68.3 MPa。

深圳市气候属亚热带季风气候，热量丰富，日照时间长，雨量充沛。地下水含量丰富，按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水。地下水位位于隧道以上19.1～21.30m处。

3 施工重难点分析

3.1 控制沉降，确保建筑物安全是重中之重

住宅楼为八层框架结构，建筑物荷载较大，沉降变形控制尤为重要。在盾构下穿

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过程中，势必引起对隧道上部富水粗砂层和砾石层的扰动、水位下降，地表出现不均匀沉降现象，将进一步加剧桩基及上部结构的沉降或引起上部建筑物结构损坏。 3.2 确定适当掘进参数，关系到施工成本与效益

线路穿越福民新村房屋洞身地层自上而下主要为粗砂和砾石（厚1～3m不等）、强风化花岗岩（厚0～4m不等）、中风化花岗岩和微风化花岗岩（厚0～4m不等），属于上软下硬复合地层，且桩基距离隧道上部距离较近，盾构掘进过程中将加剧刀具磨损，缩短刀具使用寿命。合理设定盾构掘进参数，保护好刀盘、刀具，防止发生非正常磨损具有十分重要的意义。

3.3 预防产生泥饼现象是施工控制的关键

盾构机穿越福民新村八层住宅楼时，须在（5～10mm）粗砂、（5～12mm）砾石、（8mm）强～微风化地层中掘进，该地层遇水崩解后粘性大，刀盘、土仓容易产生泥饼现象，从而导致无法掘进，需开仓处理。开仓期间容易引起地层失水、沉降，甚至造成楼房裂缝、地表沉降加大。因此，盾构掘进预防泥饼现象是本工程的重点。 3.4 出土量与注浆量控制直接关系到结构及地面沉降

盾构穿越建筑物时，出土量控制非常重要，尤其在上软下硬地层中，因上部土层较软、砂土流动性高，极易发生坍塌、涌土入仓，造成出土量超标，引起地面沉降。

管片壁后注浆可有效填充盾构机开挖后土体与管片之间建筑间隙，减小地面沉降。及时、有效完成注浆，并充填饱满是关键。 3.5 施工监控意义重大

施工监测是观察结构及地表沉降的眼睛，盾构机下穿前后加强施工监测，及时掌控建筑物的变化情况，便于及时有效采取措施。 4 盾构施工前采取的主要技术措施 4.1 对隧道范围内圆砺层、砂层进行深孔注浆加固

对20#、22#楼之间右线顶部圆砺层、砂层进行加固，加固长度15m，加固宽度9m，隧道两侧各3m，洞顶3m，入岩深度1.5m。孔排距1.0×1.0m，梅花型交错布置。注浆

压力0.5～1.2MPa。注浆材料采 图3 房屋外深孔注浆平面图 用水泥-水玻璃双液浆。具体布置见图3。 4.2 浅层房屋基础加固

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根据现场情况，结合房屋周边管线、占地协调实际情况，对隧道左、右线影响范围具备加固条件的房屋，从外墙1.5m～2m范围内采用φ50×3.5m袖阀管注浆加固，下穿过程中，根据监测数据情况，及时进行跟踪注浆，减少盾构施工对建筑物的影响。具体布置见图4。

图4 房屋基础浅层加固平面图 图5 换刀点布置平面图 4.3 主动换刀

根据详勘和补堪地质资料，区间建筑物地质条件复杂，上软下硬，为保证安全下穿，在进入20#楼前范围145环、158～160环分别进行带压检查主动换刀和设备检查维修，同时，在右线福明新村20#、22#楼之间190～193环设换刀点，并提前完成加固，为下穿22#楼进行第二次换刀。为防止砂层加固效果不佳，引起地表沉降和构筑物变形，采取带压检查换刀。完成22#楼穿越后到达接收井前，进行一次带压检查换刀，计划为220环处，确保盾构机顺利进入接收井。具体布置见图5。 4.4 设备维护与保养

盾构穿越住宅楼前，利用停机换刀时间，加强对盾构机、门机、拌合站、电瓶车、冷却塔等主要施工设备进行检修保养，备足备用件，确保盾构均匀、快速穿越住宅楼，避免不必要的故障停机。 5 盾构掘进施工主要施工方法 5.1 施工流程

根据住宅楼区域地质条件及本工程盾构施工特点，施工工艺流程如图6所示：

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