盾构下穿建筑物切桩技术研究

何列

摘    要：盾构下穿建筑物桩基风险较高，一般采用线路避让及桩基托换[1]处理的措施规避其风险，本文通过某项目具体实例研究盾构直接切断建筑物桩基础及采取的相关措施，成功切桩[2]并安全下穿，相关措施及方式为后续类似工程提供了借鉴。

关键词：盾构掘进;切桩;差异沉降

1  引言

盾构隧道选线过程中均会对沿线建构筑物及基础进行详细调查，线路选择时尽量避让桩基，在确实无法避让时，一般采用托换[3]方式对桩基进行处理，避免盾构掘进施工时盾构受阻或建筑物沉降开裂等现象，引发次生灾害。因前期资料不深入，既有桩基侵入盾构隧道范围内，通过对建筑物及地质情况进行分析，制定了相关掘进措施监测措施，盾构直接切桩通过该建筑物，差异沉降较小[4]，相关措施为类似工程提供了借鉴。

2  项目概况

某地铁隧道需下穿牌坊，牌坊结构为钢筋混凝土，基础设计4根钻孔灌注桩，桩长为8m，实际施工过程中调整为8m～14m，侵入区间隧道内，相关情况详见图1。

根据详勘报告揭露，该位置盾构埋深11.7m，顶部为3.4m的回填土、7.3m的<5Z-2>混合花岗岩残积土层、1m的<6Z>全风化混合花岗岩，隧道上部为约3.1m厚的<6Z>地层、隧道中部约2.5m厚的<7Z>强风化混合花岗岩，底部有较少约0.5m厚的<8Z>中风化混合花岗岩侵入隧道范围。

3  盾构下穿牌坊施工措施

由于前期调查不够深入，导致在盾构掘进过程中发现盾构刀盘扭矩波动大，地表建筑物震动强烈的现象，出现异常后立即保压停机，并采用按照“调查清楚，受力分析，土压平衡、稳步推进、减小扰动、信息施工、监测指导、及时注浆、加强应急”的原则，分别从盾构掘进施工事前、事中和事后三个阶段采取相应的措施，尽可能降低盾构掘进对牌坊造成的影响。

3.1  桩基调查及受力分析

（1）通过与相关单位进一步对接调查，了解到桩基的实际长度现场进行了更改，桩基由原设计的8m分别调整至P1（12m）、P2（14m）、P3（12m）、P4（8m）。

（2）通过现场测绘及量测，计算出建筑物结构的总重量，并对桩基结合地层进行验算，切除桩基后承载能力能够满足要求。

经计算，牌坊上部为钢混结构，总重约200吨，牌坊2#桩长=14m、桩径1m（桩身周长3.14m）、洞顶埋深11.4m（3.0m<1>、7.4m<5Z-2>、1m<6Z>）、参考《区间的详细勘察报告》中各项地层的力学性质指标。JGJ 94—20085.3《建筑桩基技术规范》单桩竖向极限承载力5.3.3原位测试法和本項目岩土工程勘察报告。对单桩摩擦力进行计算。钻孔灌注桩基桩竖向承载力（摩擦力）设计值

R=Qsk/γs+Qpk/γp=1935.22/1.67+0/1.67=1158kN≈115t

则4根桩的承载力远大于上部结构的重力，桩底无端承力时建筑物仍能满足其承载力要求，可以尝试对桩基进行截除。

（3）对牌坊自身、周边地面进行拍照取证，并进行必要的建构筑鉴定，尤其是一些裂缝、翘边、凹陷，对其长宽、深浅进行标注，以便用作施工前后对比。

3.2  切桩掘进参数制定

（1）通过前期掘进参数分析，制定下穿牌坊切桩段的相关参考参数。

（2）优化同步注浆配合比，使砂浆尽快达到初凝状态。

（3）由于桩基侵入隧道，隧道受力有所变化，采用加强配筋环拼装于桩基下方。

3.3  盾构通过时的措施

（1）在掘进桩基过程中严格按照以上掘进参数控制，尽量减少刀盘对桩基的冲击，地表由值班领导手触立柱感知立柱震动，直接指导主司机进行参数调整（主要调整转速及推力）。经尝试以掘进速度6～10mm/min，刀盘转速为0.8rpm～1.0rpm的参数掘进，可以有效控制地表及立柱震感。

（2）切桩掘进时出渣量控制是重点，由于掘进速度慢，泡沫系统在进气量极小的情况下土压均持续升高，在掘进时将泡沫系统进气量调整至50L/min，并分阶段轮流暂停泡沫管路，出渣根据油缸行程进行统计，严禁多出渣。

（3）通过牌坊桩基期间根据试掘进阶段制定的浆液配合比，初凝时间为2.5h～3h、终凝时间为6.5h～7.5h。在通过中每环均按7～8m?的量控制，确保填充密实管片背后间隙。

（4）抵达牌坊开始掘进之前由监测人员架置好仪器，每半小时监测一次牌坊沉降数据，地面值班领导通过手机与主机室取得联系并保持联通状态，随时准备监测取得变化数据和掘进切削桩基过程中地面结构的震动情况并反馈至主机室，并指导洞内调整土压值，及注浆方量。

3.4  盾构通过时的相关情况

下穿牌坊过程中，1#桩由于侵入隧道约30cm，通过时震动及刀盘扭矩波动不大，在通过2#、3#桩时地表震动明显，通过降低转速，减少推力，有效控制了桩基震动，4#桩通过时无震动现象。

3.5  盾构通过后的措施

①盾构通过后，仍持续进行监控量测，并保持每4h监测一次，根据监测数据分析盾构通过后牌坊桩基结构后期沉降规律，判断牌坊的稳定情况。根据沉降观测数据趋于稳定，最终累计最大沉降点P1为-7.8mm，P2为-10.8mm，P3为-13.6mm，P4为-13.9mm、差异沉降量较小，牌坊无开裂，倾斜现象。②为填充同步注浆的残留空隙，加固密实隧道管片周围土体，到达减小后期牌坊沉降的目的，在盾构通过牌坊后通过管片注浆孔对管片壁后进行二次补充注浆。

4  结束语

通过以上控制措施，盾构成功切桩通过牌坊，牌坊沉降处于可控范围，差异沉降较小，小结如下：①对于桩基侵入隧道的建构筑物，可以通过对其承载力进行建模计算，其结果能够指导施工，对方案研判意义重大。②低转速、低推力（低贯入度）能够对侵入隧道的桩基有效切除，且该种方式对于孤石[5]地层掘进同样具有参考意义。③盾构掘进时适当提高土仓压力及盾尾强制注浆有利于控制桩基沉降。④桩基拖出盾尾后存在快速沉降现象，通过加大同步注浆量，及时进行二次补充注浆，可以对沉降起到抑制作用。⑤通过建筑物时还应做好人员疏导及应急管理，避免异常情况发生。

参考文献：

[1] 李晨.轨道交通地下桩基主动托换施工技术[J].水利水电施工，2019（3）.

[2] 陈海丰，袁大军，王飞，王梦恕.盾构直接切削大直径桩基的掘削参数研究[J].土木工程学报，2016（10）.

[3] 马忠政，马险峰，徐前卫，王磊.盾构穿越桥梁桩基的托换及除桩施工技术研究[J].地下空间与工程学报，2010（1）.

[4] 钱新，黄雪梅.盾构下穿建（构）筑物控制沉降注浆技术研究与应用[J].现代隧道技术，2010（4）.

[5] 齐岭.土压盾构掘进遇孤石的判定及处理技术[J].四川水泥，2017（10）.