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【摘要】天津地铁二号线津赤路站～李明庄盾构终点井区间左线，在DK21+876.362～DK21+906.635处盾构机下穿津汉公路立交桥，如掘进参数控制不好或保护措施未完善极可能造成桥面不均匀沉降，所以合理的进行控制掘进参数，加强地面沉降监测等是保证施工安全的有利条件。
【关键词】盾构机；下穿；立交桥；注浆；监测
引言
随着盾构法隧道施工在城市交通工程中的日益发展和扩大，盾构隧道将不可避免地近距离穿越城市中一些重要桥梁、房屋、管线、河床及其他复杂地建（构）筑物，稍有不慎，后果不堪设想。如何顺利穿越这些重大建筑物，以避免造成重大事故，是我们今后做盾构必须认真研究的难题。
1、影响分析
盾构过建（构）筑物过程中对地层地影响有四个阶段，即：到达前阶段、经过阶段、衬砌注浆阶段和固结沉降阶段。
到達前的影响因素有：a盾构刀盘旋转地挤压作用；b推力和土压力对地层地扰动；c盾构与土体地摩擦作用；d盾构地超挖。
经过阶段的影响因素：a盾构的非正常超挖造成的地面塌陷；b纠偏和曲线推进过程的超挖过大；c盾构推力过大速度过快
衬砌注浆阶段的影响：a注浆量不足或注浆压力过大；b管片结构变形。
后期沉降的影响：a同步注浆的浆液凝固收缩；b二次注浆不及时引起的隧道渗水。
2、主要影响参数
影响地面变形的主要参数有：土仓压力、排土量、推进速度、千斤顶总推力、注浆压力、注浆时间、注浆量、浆液性能、盾构姿态和管片拼装偏差，合理的选择以上参数才是施工中的关键。
3、工程实例
3.1工程概况
天津地铁二号线津赤路站～李明庄盾构终点井区间左线起讫里程为：DK21+333.967～DK22+190，区间左线长958.135米（长链98.918米），在DK21+750处设一联络通道；线路最大纵坡为25‰，最小纵坡2‰；线间距为11～18m，最小曲线半径为1500m，隧道覆土厚度8.5～12.6米，本区间采用一台日本小松土压平衡盾构机掘进。
3.2区间构筑物及工程地质描述
根据现场实际调查，本区间跨越盾构线路的重要建（构）筑物有DK21+876.362～DK21+906.635处的津汉公路立交桥， 盾构区间左线结构距最近的桥台桩基净距约4米，桥梁桩基底部距隧道结构25.5米，隧道覆土12.5m，隧道掌子面主要位于④3层淤泥质粉质粘土和④1层粉质粘土，都属高含水量、高灵敏度、中～高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软弱粘性土，蠕变量大，易引起地面较大变形。施工中应考虑其不均匀沉降对本工程的影响，所以合理的进行控制掘进参数，加强地面沉降监测等是保证施工安全的有利条件。
图1 桥墩与线路关系图
3.3施工控制措施
3.3.1控制切口土压力，保持土压平衡
盾构机在下穿津汉桥的时候，计算的理论土压力在0.22MPa～0.28MPa，根据试掘进进参数及地面隆沉数据，设定切口土压力为0.24MPa～0.26MPa，并尽量减少变化，施工过程中视监测情况微调。
图2 土压平衡控制原理如图
3.3.2推进速度和总推力控制
在本区间地层，正常推进时，推进速度为3cm/min～5cm/min，在下穿津汉桥时，将速度控制在1.5～1.5cm/min，以减小总推力，降低正面土压力对管道的影响，减少刀盘扭矩，使刀盘对土体充分切割，防止偏挖减轻盾构机与地层间的摩擦，降低对土体的扰动，使盾构机均衡匀速地穿越津汉桥处地层，总推力控制在8500～9000KN ，刀盘扭矩3000～3800KN·m。
3.3.3严格控制纠偏量
盾构推进中，因轴线走偏或衬砌环法面倾斜，造成盾构机走“蛇形”，对周围土体扰动影响很大，因此必须在穿越前确保盾构及管片姿态正常。穿越过程中，盾构机及管片纠偏幅度严格遵守“少量多次”的纠偏原则，每次纠偏量均不大于3mm，这样对津汉桥桩基础的保护效果更佳。
3.3.4严格控制同步注浆量和浆液质量
盾构推进中的同步注浆是及时填充土体与管片圆环间的建筑间隙和减少前期沉降的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。
1）浆液配比
盾构下穿过程中，同步注浆浆液采用可硬性浆液，对控制地面沉降有很好的效果，浆液配比如下（每立方米）：
表1 同步注浆浆液配比
材料名称
水泥（kg）
粉煤灰（kg）
石灰（kg）
膨润土（kg）
砂（kg）
水（kg）
数量
300
165
45
50
600
250
2）注浆量及稠度
在穿越津汉桥时，注浆量控制在4.7～5.2m3，由于在盾构下穿津汉桥段的地层以淤泥质粉质粘土为主，含水量大，故浆液稠度设定为9.5cm以内。
3）注浆压力
注浆压力过大时，管片外的土层会被浆液扰动而造成较大的后期地层沉降及隧道本身的沉降，且易造成跑浆；而压力过小，填充不充分，也会使地表变形增大。因此，注浆压力最佳值应在综合考虑地基条件、管片强度、浆液性能和土压力的基础上来确定。另外，还须视监测情况及时进行调整，根据通过前的掘进经验，在下穿津汉桥时，注浆压力设定在0.3MPa～0.35MPa之间。
4）二次注浆
由于盾构推进同时同步注浆的浆液在填补建筑空隙的同时也会存在一定的间隙，且浆液的收缩变形也存在引起地面沉降的隐患，为进一步填充空隙并形成密实的防水层，在津汉桥桩基础对应衬砌管片出盾尾5～6环后，进行二次注浆，注浆量每环压注0.5～1.0m3，二次注浆压力控制在0.3MPa以下；注浆流量控制在10L/min～15L/min，以减少地层后续沉降，同时也达到加强隧道衬砌的目的。另外，注浆参数是根据地层变形监测数据来随时调整的，若地面有隆起，减少注浆或不注浆；若产生了沉降，须及时进行注浆，以防止沉降过大造成对津汉桥桩基的位移，二次注浆采用双液浆，以达到早强和防水的目的，配比如下（每立方米）：
表2 二次注浆浆液配比
A液
B液
凝结时间间（s）
压缩强度/MPa
水泥（kg）
膨润土（kg）
水（kg）
水玻璃（L）
1h
3h
7d
28d
275
55
785
77
7-11
0.05
0.11
0.85
1.8
3.4施工监测
3.4.1津汉公路立交桥监测点的埋设
在每个承台的四个角设置4个沉降观测点，同时在墩柱上设倾斜观测点，地面每5m一个断面，埋设地面隆沉观测点。
3.4.2加强施工中监控量测
盾构施工中，在盾构到达津汉桥桥墩前30米、盾尾后50米内每天观测3次，盾构通过时，每天8次，盾尾部通过3天后，每天2次，以后每周1～2次，密切观测桥梁的沉降、倾斜或裂缝。
4、实施效果
在盾构下穿津汉桥桥墩1个月后，对各监测点进行复测。监测数据表明：最大沉降值为-9.1mm，平均值为-5mm左右，小于规范要求的10mm变形量。由此说明，在盾构下穿桥墩时，各种施工参数设定较为合理，其有效控制了地层的变形，减少了对桥墩的影响，使盾构得以顺利、安全地穿越危险段。
5、总结和建议
通过天津地铁2号线津～李明区间左线成功通过津汉公路立交桥。我们得到以下结论：
5.1盾构机掘进参数的控制，是保证建构筑物安全的关键；
5.2盾构机在建构筑物下通过时，及时进行同步及二次注浆可有效降低地面的沉降量；
5.3严格控制盾构机纠偏、适当减小盾构纠偏量有利地面沉降的控制；
5.4在盾构穿越重要建构筑物时加强地面监测是保证地面安全的有效途径。
【关键词】盾构机；下穿；立交桥；注浆；监测
引言
随着盾构法隧道施工在城市交通工程中的日益发展和扩大，盾构隧道将不可避免地近距离穿越城市中一些重要桥梁、房屋、管线、河床及其他复杂地建（构）筑物，稍有不慎，后果不堪设想。如何顺利穿越这些重大建筑物，以避免造成重大事故，是我们今后做盾构必须认真研究的难题。
1、影响分析
盾构过建（构）筑物过程中对地层地影响有四个阶段，即：到达前阶段、经过阶段、衬砌注浆阶段和固结沉降阶段。
到達前的影响因素有：a盾构刀盘旋转地挤压作用；b推力和土压力对地层地扰动；c盾构与土体地摩擦作用；d盾构地超挖。
经过阶段的影响因素：a盾构的非正常超挖造成的地面塌陷；b纠偏和曲线推进过程的超挖过大；c盾构推力过大速度过快
衬砌注浆阶段的影响：a注浆量不足或注浆压力过大；b管片结构变形。
后期沉降的影响：a同步注浆的浆液凝固收缩；b二次注浆不及时引起的隧道渗水。
2、主要影响参数
影响地面变形的主要参数有：土仓压力、排土量、推进速度、千斤顶总推力、注浆压力、注浆时间、注浆量、浆液性能、盾构姿态和管片拼装偏差，合理的选择以上参数才是施工中的关键。
3、工程实例
3.1工程概况
天津地铁二号线津赤路站～李明庄盾构终点井区间左线起讫里程为：DK21+333.967～DK22+190，区间左线长958.135米（长链98.918米），在DK21+750处设一联络通道；线路最大纵坡为25‰，最小纵坡2‰；线间距为11～18m，最小曲线半径为1500m，隧道覆土厚度8.5～12.6米，本区间采用一台日本小松土压平衡盾构机掘进。
3.2区间构筑物及工程地质描述
根据现场实际调查，本区间跨越盾构线路的重要建（构）筑物有DK21+876.362～DK21+906.635处的津汉公路立交桥， 盾构区间左线结构距最近的桥台桩基净距约4米，桥梁桩基底部距隧道结构25.5米，隧道覆土12.5m，隧道掌子面主要位于④3层淤泥质粉质粘土和④1层粉质粘土，都属高含水量、高灵敏度、中～高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软弱粘性土，蠕变量大，易引起地面较大变形。施工中应考虑其不均匀沉降对本工程的影响，所以合理的进行控制掘进参数，加强地面沉降监测等是保证施工安全的有利条件。
图1 桥墩与线路关系图
3.3施工控制措施
3.3.1控制切口土压力，保持土压平衡
盾构机在下穿津汉桥的时候，计算的理论土压力在0.22MPa～0.28MPa，根据试掘进进参数及地面隆沉数据，设定切口土压力为0.24MPa～0.26MPa，并尽量减少变化，施工过程中视监测情况微调。
图2 土压平衡控制原理如图
3.3.2推进速度和总推力控制
在本区间地层，正常推进时，推进速度为3cm/min～5cm/min，在下穿津汉桥时，将速度控制在1.5～1.5cm/min，以减小总推力，降低正面土压力对管道的影响，减少刀盘扭矩，使刀盘对土体充分切割，防止偏挖减轻盾构机与地层间的摩擦，降低对土体的扰动，使盾构机均衡匀速地穿越津汉桥处地层，总推力控制在8500～9000KN ，刀盘扭矩3000～3800KN·m。
3.3.3严格控制纠偏量
盾构推进中，因轴线走偏或衬砌环法面倾斜，造成盾构机走“蛇形”，对周围土体扰动影响很大，因此必须在穿越前确保盾构及管片姿态正常。穿越过程中，盾构机及管片纠偏幅度严格遵守“少量多次”的纠偏原则，每次纠偏量均不大于3mm，这样对津汉桥桩基础的保护效果更佳。
3.3.4严格控制同步注浆量和浆液质量
盾构推进中的同步注浆是及时填充土体与管片圆环间的建筑间隙和减少前期沉降的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。
1）浆液配比
盾构下穿过程中，同步注浆浆液采用可硬性浆液，对控制地面沉降有很好的效果，浆液配比如下（每立方米）：
表1 同步注浆浆液配比
材料名称
水泥（kg）
粉煤灰（kg）
石灰（kg）
膨润土（kg）
砂（kg）
水（kg）
数量
300
165
45
50
600
250
2）注浆量及稠度
在穿越津汉桥时，注浆量控制在4.7～5.2m3，由于在盾构下穿津汉桥段的地层以淤泥质粉质粘土为主，含水量大，故浆液稠度设定为9.5cm以内。
3）注浆压力
注浆压力过大时，管片外的土层会被浆液扰动而造成较大的后期地层沉降及隧道本身的沉降，且易造成跑浆；而压力过小，填充不充分，也会使地表变形增大。因此，注浆压力最佳值应在综合考虑地基条件、管片强度、浆液性能和土压力的基础上来确定。另外，还须视监测情况及时进行调整，根据通过前的掘进经验，在下穿津汉桥时，注浆压力设定在0.3MPa～0.35MPa之间。
4）二次注浆
由于盾构推进同时同步注浆的浆液在填补建筑空隙的同时也会存在一定的间隙，且浆液的收缩变形也存在引起地面沉降的隐患，为进一步填充空隙并形成密实的防水层，在津汉桥桩基础对应衬砌管片出盾尾5～6环后，进行二次注浆，注浆量每环压注0.5～1.0m3，二次注浆压力控制在0.3MPa以下；注浆流量控制在10L/min～15L/min，以减少地层后续沉降，同时也达到加强隧道衬砌的目的。另外，注浆参数是根据地层变形监测数据来随时调整的，若地面有隆起，减少注浆或不注浆；若产生了沉降，须及时进行注浆，以防止沉降过大造成对津汉桥桩基的位移，二次注浆采用双液浆，以达到早强和防水的目的，配比如下（每立方米）：
表2 二次注浆浆液配比
A液
B液
凝结时间间（s）
压缩强度/MPa
水泥（kg）
膨润土（kg）
水（kg）
水玻璃（L）
1h
3h
7d
28d
275
55
785
77
7-11
0.05
0.11
0.85
1.8
3.4施工监测
3.4.1津汉公路立交桥监测点的埋设
在每个承台的四个角设置4个沉降观测点，同时在墩柱上设倾斜观测点，地面每5m一个断面，埋设地面隆沉观测点。
3.4.2加强施工中监控量测
盾构施工中，在盾构到达津汉桥桥墩前30米、盾尾后50米内每天观测3次，盾构通过时，每天8次，盾尾部通过3天后，每天2次，以后每周1～2次，密切观测桥梁的沉降、倾斜或裂缝。
4、实施效果
在盾构下穿津汉桥桥墩1个月后，对各监测点进行复测。监测数据表明：最大沉降值为-9.1mm，平均值为-5mm左右，小于规范要求的10mm变形量。由此说明，在盾构下穿桥墩时，各种施工参数设定较为合理，其有效控制了地层的变形，减少了对桥墩的影响，使盾构得以顺利、安全地穿越危险段。
5、总结和建议
通过天津地铁2号线津～李明区间左线成功通过津汉公路立交桥。我们得到以下结论：
5.1盾构机掘进参数的控制，是保证建构筑物安全的关键；
5.2盾构机在建构筑物下通过时，及时进行同步及二次注浆可有效降低地面的沉降量；
5.3严格控制盾构机纠偏、适当减小盾构纠偏量有利地面沉降的控制；
5.4在盾构穿越重要建构筑物时加强地面监测是保证地面安全的有效途径。