盾构穿越古建筑群施工技术
杭州地铁1号线12、13号盾构定安路站～龙翔桥站区间大量房屋、古建筑和临街商铺，古建筑群主要在清末和民国时期修建，天然基础，一至两层砖木结构，全部为杭州市历史文物保护建筑。在分析同类型工程经验的基础上，盾构穿越古建筑群前，通过建立试验段对盾构施工参数进行优化、管片注浆孔进行设计优化等，同时配合信息化施工，调整施工参数，保证了安全顺利穿越古建筑群，为后续项目提供了经验。
随着社会、经济的高速发展,城市化进程的不断加快，为有效缓解地面交通压力，越来越多的城市进行地铁规划和建设。由于地面资源的利用逐渐趋于饱和和城市历史形成的原因，地铁设计及建设的周边环境控制因素越来越多，地铁穿越居民小区甚至历史文物保护建筑大量出现。因此，本文依据杭州地铁1号线定安路站～龙翔桥站盾构区间工程较为系统地总结穿越古建筑群施工经验，为后续工程提供经验指导。
一、工程概况
杭州地铁1号线12、13号盾构定安路站～龙翔桥站区间工程盾构自定安路站始发后沿西湖大道向西掘进，隧道右转下穿古建筑群后至延安路下掘进，直至到达龙翔桥站。本区间隧道顶埋深9.3～22.3m，隧道主要穿越⑦1粉质粘土层、⑦2粘质粉土层、④3淤泥质粉质粘土夹粉土层和④2淤泥质粉质粘土。
本区间穿越的古建筑群主要在清末和民国时期修建，天然基础和条石基础，一至三层砖木（混）结构，抗变形能力差.
二、盾构穿越古建筑群施工技术
2.1建立试验段
试验段在盾构穿越古建筑群前50m范围内较为合适（地质情况和埋深比较接近），通过试验段试掘进，摸索出在不同的推进参数下地面和周边建构筑物变形情况，并根据监测数据对掘进参数进行优化调整，最终实现的目标是：盾构机通过后地表预隆起量1～3mm，工后沉降量≤10mm。
2.2 初步确定推进参数
1、土压力计算值
在盾构掘进前，根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算出盾构正面土压力，土压力设定值约为计算值的1.05～1.1倍。
P=KP0
P：土仓设定压力
P0：静水压力和地层土压力之和
K：土压力系数
试验段范围隧道埋深为18.8～18.9m，试验段内各断面的计算土压力为0.20～0.21Mpa。
2、出土量控制值
盾构机外径6.34m，管片环宽1.2m，每环的理论出土量为37.88m3，为降低地层损失，使地表微隆起，因此将出土量控制在理论出值的98%，即37.12m3/环。
3、推进速度
试验段施工时，推进速度不宜过快，尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，避免在途中有较长时间耽搁。如果推得过快则刀盘开口断面对地层的挤压作用相对明显，地层应力来不及释放，所以正常推进时速度应控制在2~3cm/min。
4、同步注浆
① 注浆压力
浆液要充分充填盾构施工产生的地层空隙，避免由此引起的地表沉陷，影响地表建筑物与地下管线的安全。同时防止过大的注浆压力引起地表隆起或破坏管片衬砌。同步注浆注浆压力应大于开挖面的土压力，控制在1.1～1.2倍的静止土压力范围内。
② 注浆量
Q=V·λ
λ—指注浆率
V—盾构施工引起的建筑空隙（m3）
V=π（D2-d2）L/4
D—指盾构切削外径（m）（削切外径6.34m）
d—指管片外径（m）（管片外径6.2m）
L—管片每环宽度（管片环宽1.2m）
根据公式计算得
Q=（6.342 -6.22）×3.14×1.2×λ/4=1.654λm3
根据杭州软土地层特性和以往软土地层施工经验，试验段的注浆率为200～300%，试验段注浆率暂定为为250%，即注浆量初步确定为4.14m3/环。
5、二次注浆
为控制盾构通过后的工后沉降，在管片脱出盾尾后进行二次注浆，二次注浆坚持“少量多次”的原则，注浆量为0.3m3/环·次。
2.3 监测点设置
为了能及时反映盾构推进过程中隆沉情况，在试验段范围内每10m设置一个监测断面，每个监测断面共计9个点，轴线上布设1点，轴线左右两侧各布4点，间距分别为2.5m、3.5 m、5 m、4 m，根据每个断面的监测结果，绘制出沉降槽正态分布曲线。
2.4 调整优化施工参数
在盾构试掘进期间，每天将监测数据进行整理分析，根据各监测断面的监测数据所反映的地面变形情况对掘进参数进行调整。由于同一监测断面在盾构机通过的不同时段所引起的地表隆沉原因不同，因此将各个监测断面按盾构到达前、盾构刀盘、脱离盾尾、盾构通过后（1天、3天、7天、14天）各时间点的监测数据进行分析，并采取相应的措施调整盾构掘进和注浆参数。
1、盾构到达前
在盾构机到达前100m时布设监测点并读取初始时。
2、盾构刀盘到达
（1）地表沉降
当监测数据显示盾构机刀盘前方土体沉降较大时，说明正面土压力设置偏小，将土压力系数适当调高，每次调整量控制在0.01～0.02范围内。同时应调整盾构总推力，扭矩、推进速度和土压力相匹配。
（2）地表隆起
当监测数据显示盾构机刀盘前方土体隆起量较大时，说明正面土压力设置偏大，将土压力系数适当调低，每次调整量控制在0.01～0.02范围内。同时调整盾构总推力、降低扭矩、放慢推进速度。
3、盾尾到达
（1）地表沉降
当盾构机尾部已通过监测断面时，若监测数据显示，盾尾土体沉降较大时，说明同步注浆量偏小，可适当增大同步注浆量，每次调整量控制在0.3～0.5m3范围内。
（2）地表隆起
当监测数据显示，盾尾土体隆起量较大时，说明同步注浆量偏大，可适当减少同步注浆量，每次调整量控制在0.2～0.3m3范围内。
4、盾构机完全通过
当盾构机尾部已通过监测断面3天后，同步注浆浆液已凝固并产生一定的收缩，此时的地表沉量会较脱离盾尾前增大，开始进行二次注浆。根据盾构机通过1天、3天、7天、14天时监测断面的变形量和变形速率调整注浆量和注浆参数。
（1）沉降变形继续增长
当地表沉降变形继续增长，变形速率衰减时，说明二次注浆量偏少，需要继续进行二次注浆。
（2）沉降变形趋于稳定
当地表沉降变形速率逐渐减小趋于零，或由沉降开始变为隆起时，说明二次注浆量已达到控制地表变形要求，可以减少注浆量或是停止注浆。
（3）地表突然隆起
在二次注浆初期，单日变形为突然隆起且变形速率较大时，说明注浆量较多、注浆压力偏大，需减少二次注浆量、降低注浆压力。二次注浆应遵循“多点、少量、多次、均匀” 的循环往复注浆原则。
2.5 掘进参数的确定
1、按照理论设计参数推进
土压力为0.205～0.21Mpa，同步注浆量约4.14m3/环，地面沉降监测数据如下表。
2、调整土压力为0.195～0.205Mpa，同步注浆量约4.14m3/环，地面沉降监测数据如下表。
3、土压力为0.19Mpa，同步注浆量约4.7m3/环，地面沉降监测数据如下表。
4、经过试推进，根据以上三个表格中参数的设置和结果比较分析，最后确定推进参数。土压力为0.19Mpa，同步注浆量约4.7m3/环，推进时速度应控制在2～3cm/min时，地表隆沉较为合理。
2.6 盾构穿越古建筑群施工
根据盾构穿越古建筑群前建立的试验段所摸索出的盾构施工参数进行掘进。盾构施工是一个动态施工过程，穿越过程中，根据监测数据不断的对施工参数进行修正，以试验段中确定的参数为基准，不断的进行微调和优化，真正做到信息化施工，进而确保安全顺利的穿越古建筑群。
三、优化管片注浆孔
对于建（构）筑物而言，尤其是盾构单侧穿越或是左右双线两次穿越的建（构）筑物，易造成建筑物产生差异沉降，而差异沉降将严重影响建（构）筑物的安全。加之盾构穿越的地层主要是软土地层，故盾构穿越后的工后沉降控制时间较长，工后沉降控制需反复多次跟踪注浆。
普通管片中注浆孔在3个标准块+2个邻接块+ 1个封顶块的管片中心各设计一个注浆孔，共6处注浆孔。为能够反复多次注浆，除封顶环为1个注浆孔外，其余各块管片均设计为3个注浆孔，每环管片共计16个注浆孔。优化后的管片能够实现多点、多次、均匀的二次注浆，从而保证注浆效果，更能有效控制古建筑群的后期沉降。
四、盾构穿越古建筑群施工效果
盾构穿越古建筑群期间没有发生过大的隆起和沉降，没有发生地面和室内外房屋墙面开裂。通过连续100天对古建筑群工后沉降监测，数据已稳定，古建筑物累计最大沉降量为-5.75mm，97%的监测点累计沉降量在-5mm以内。
五、结束语
地铁隧道穿越古建筑群施工是地铁施工中重大的风险源，尤其是在软土地层中穿越。只要我们注重理论与实践相结合，采取有效的措施，就能杜绝事故的发生，确保穿越古建筑群施工安全。实践证明，本工程在软土地层中盾构穿越古建筑群施工措施效果显著，是非常成功的一次穿越，尤其是试验段模型的建立功不可没，可供类似工程参考。
