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摘要：苏州轨道交通2号线盾构区间共需穿越各类建筑物570栋，由于盾构在富水软弱地层中掘进，沉降控制极为困难。研究表明：盾构应采用复合式或面板式的刀盘，推速宜采用2.5～3.0cm/min；当同步注浆注入4.0m3、二次补浆注入1.2m3的情况下，可分别将地表沉降和建筑物沉降控制在16mm和20mm内；所研发的新型同步浆液可有效避免堵管现象并兼顾沉降控制效果。研究成果成功应用于苏州穿越建筑物群工程，可为今后类似工程提供参考。
关键词：富水软弱地层；穿越建筑物；施工控制
引言：苏州轨道交通2号线长约25.6km，总体呈南北走向，共15个地下区间，均采用土压平衡盾构法施工。受苏州城市道路特点限制，2号线多处存在小半径转弯，并多次遇丁字路后穿越居民小区，因此造成2号线正穿或侧穿各类建筑物共计570栋，所穿越建筑物类型包括老旧小区居民楼、市保护性建筑、街边店铺、厂房等。盾构能否安全穿越这些建筑物，直接关系到苏州广大市民的正常生产和生活，也是影响2号线工程安全的核心所在。
本文依托苏州轨道交通2号线盾构穿越建筑物群工程，通过理论分析、现场试验和室内试验等，在盾构设备性能要求、掘进技术措施、新型同步注浆浆液等方面研究提出了富水软弱地层盾构穿越建筑物群的沉降控制办法，并探讨提出了相应的沉降控制标准。
一、掘进过程控制技术与标准
2号线开工前，在正施工的1号线中选择与2号线地层相似的多个标段，开展现场试验研究。
1、地表沉降控制试验
在1号线I-TS-01标开展现场试验，主要对推进速度进行对比研究，当推进速度减慢后，地表沉降有着显著下降，究其原因，推进速度过快时，盾构对地层的扰动强度大，另外某些施工工序可能因时间不足而出现纰漏。但是，推速也不宜过慢，过慢则对地层的扰动时间过长，因此2.5～3.0cm/min的推速为最佳。
在1号线I-TS-11标开展同步注浆材料以及二次补浆试验。从图1可以看出，若同步注浆使用惰性浆液，在盾尾脱出阶段，沉降曲线快速下沉，而若同步注浆使用可硬性浆液，则可使沉降曲线在盾尾脱出阶段缓慢下沉。图1同时也表明，二次补浆具有明显的控制沉降效果，甚至可使地面沉降有所抬升。
（a）使用惰性浆液及二次补浆 （b）使用可硬性浆液及二次补浆
图1 壁后注浆效果对比图
试验表明：当同步注浆量达到4.0m3、二次补浆达到1.2m3时，施工期沉降可控制在13.6mm，再考虑2mm的后期固结沉降，地表最终沉降能控制在16mm内。
二、沉降控制标准
多个标段的现场试验研究表明，在合理的推进速度以及足量的同步注浆量和二次补浆量的情况下，地表沉降可控制在+6mm～-16mm。考虑到建筑物的附加应力对沉降控制的不利影响，建筑物的沉降控制标准定为+6mm～-20mm之间。同时参考国家规范及其他地方标准，采取三级警示制度，制定了苏州轨道交通2号线穿越建筑物的沉降控制标准如表1所示。
三、新型同步注浆浆液研发
1、传统浆液的不足及堵管影响
可硬性浆液虽能较好控制沉降，但该种浆液保水性差且凝结速度快，易发生堵管。注浆管一旦被堵，将难以注入足量的浆量，另外，由于疏通管路较为耗力耗时，将会导致盾构长时间停机。而根据苏州轨道交通1号线盾构施工经验，盾构在富水软弱地层停机时间过长，对沉降控制极为不利。
2、新型浆液研发
为了兼顾沉降控制效果并避免发生堵管现象，在经过调研、室内试验和工程现场验证后，研究开发了以消石灰为主要原料的“准厚浆”。考虑到工程应用需要及现场检测的方便，新型浆液以塌落度和凝结时间为核心控制指标，兼顾稠度、强度、密度等其他指标。图2为实验室测出的准厚浆的坍落度、稠度随时间变化曲线。基于室内试验和工程应用效果，表2列出了对浆液性能指标的控制要求。
四、盾构机性能要求及验收办法
1、盾构机性能要求
盾构刀盘应为面板式或复合式，开口率在28～43%。苏州富水软弱地层的自稳性差，若采用开口率大的辐条式刀盘，开挖面稳定较难控制。1号线曾出现因采用辐条式刀盘而难以控制沉降的案例。
盾尾密封3道及以上，密封刷为进口且在国内具有良好信誉的知名品牌。2号线穿越建筑物对同步注浆及二次补浆的使用量大，盾尾刷会承受较大压力，应从产品质量方面减小其被击穿的可能性。
盾构切削外径与管片外径之间的距离不大于70mm。通过控制盾尾空隙可直接减小对地层的扰动。
如采用铰接式盾构机，必须为主动铰接，在铰接处必须具有1MPa及以上防水能力。本条主要是考虑苏州地层含大量富水粉细砂的情况。
盾构机额定扭矩大于4000KN?m，额定推力大于3200T。在砂性地层中掘进时，往往容易产生推力扭矩较大的情况，故作出此条要求。
6～10、刀盘具备超前注浆功能；刀盘上有4个及以上添加剂注入口；螺旋输送机有2道防水闸门；土舱内装有3个及以上的土压计；各区域推进千斤顶最大可伸长量相等。
2、验收办法
根据工程进度，分三次进行验收：第一次验收为，在外地已使用过的盾构机或新购置的盾构机进入苏州前，以及苏州轨道交通1号线使用过的盾构机进入2号线前的检查验收；第二次验收为，盾构机在苏州轨道交通工地组装完成后、始发前的检查验收；第三次验收为，盾构机在进入盾构穿越建筑物前的自检和核查。验收不合格的盾构机不能用于2号线穿越建筑物施工。
五、工程实施效果
目前2号线全线现已顺利洞通，经统计，97.5%的建筑物测点沉降值在控制值20mm内，99.2%的建筑物测点沉降值在30mm内，全线未发生影响建筑物安全的沉降、开裂等现象。
图3为2号线两个典型盾构区间连续穿越密集建筑物群的沉降控制情况，可见，无论是粉砂粉土地层还是粉质粘土地层，沉降控制效果都较好。工程的安全成功，验证说明了本文所研究提出的沉降控制技术措施是合理可行的。
（a）火三区间：穿越④3粉砂夹粉土、④5粉质粘土（b）三石区间：穿越④1粉土、⑤1粉质粘土
图3典型区间穿越建筑物群的沉降控制情况
六、结论
依托苏州轨道交通2号线长距离连续穿越建筑物群这一工程难题，研究提出了富水软弱地层盾构穿越建筑物群的沉降控制办法及沉降控制标准。得到如下结论：
（1）盾构应采用复合式或面板式的刀盘；应特别加强对盾尾刷的产品质量控制。
（2）推进速度宜控制在2.5～3.0cm/min，过快或过慢都对沉降控制不利。
（3）同步注浆不应采用惰性浆液，二次补浆对控制沉降具有显著的效果。
（4）当同步注浆注入4.0m3、二次补浆注入1.2m3的情况下，可分别将地表沉降和建筑物沉降控制在16mm和20mm内。
（5）所研发的以消石灰为主要原料的新型同步浆液—“准厚浆”，既可有效避免堵管现象，同时又可兼顾沉降控制效果。
参考文献：
[1]尹凡.富水软弱粉细砂地层土压平衡盾构掘进对土体扰动研究[D].北京交通大学，2010.
[2]苏州轨道交通有限公司.苏州轨道交通2号线盾构隧道穿越建筑物施工指南[R].苏州，2011.
关键词：富水软弱地层；穿越建筑物；施工控制
引言：苏州轨道交通2号线长约25.6km，总体呈南北走向，共15个地下区间，均采用土压平衡盾构法施工。受苏州城市道路特点限制，2号线多处存在小半径转弯，并多次遇丁字路后穿越居民小区，因此造成2号线正穿或侧穿各类建筑物共计570栋，所穿越建筑物类型包括老旧小区居民楼、市保护性建筑、街边店铺、厂房等。盾构能否安全穿越这些建筑物，直接关系到苏州广大市民的正常生产和生活，也是影响2号线工程安全的核心所在。
本文依托苏州轨道交通2号线盾构穿越建筑物群工程，通过理论分析、现场试验和室内试验等，在盾构设备性能要求、掘进技术措施、新型同步注浆浆液等方面研究提出了富水软弱地层盾构穿越建筑物群的沉降控制办法，并探讨提出了相应的沉降控制标准。
一、掘进过程控制技术与标准
2号线开工前，在正施工的1号线中选择与2号线地层相似的多个标段，开展现场试验研究。
1、地表沉降控制试验
在1号线I-TS-01标开展现场试验，主要对推进速度进行对比研究，当推进速度减慢后，地表沉降有着显著下降，究其原因，推进速度过快时，盾构对地层的扰动强度大，另外某些施工工序可能因时间不足而出现纰漏。但是，推速也不宜过慢，过慢则对地层的扰动时间过长，因此2.5～3.0cm/min的推速为最佳。
在1号线I-TS-11标开展同步注浆材料以及二次补浆试验。从图1可以看出，若同步注浆使用惰性浆液，在盾尾脱出阶段，沉降曲线快速下沉，而若同步注浆使用可硬性浆液，则可使沉降曲线在盾尾脱出阶段缓慢下沉。图1同时也表明，二次补浆具有明显的控制沉降效果，甚至可使地面沉降有所抬升。
（a）使用惰性浆液及二次补浆 （b）使用可硬性浆液及二次补浆
图1 壁后注浆效果对比图
试验表明：当同步注浆量达到4.0m3、二次补浆达到1.2m3时，施工期沉降可控制在13.6mm，再考虑2mm的后期固结沉降，地表最终沉降能控制在16mm内。
二、沉降控制标准
多个标段的现场试验研究表明，在合理的推进速度以及足量的同步注浆量和二次补浆量的情况下，地表沉降可控制在+6mm～-16mm。考虑到建筑物的附加应力对沉降控制的不利影响，建筑物的沉降控制标准定为+6mm～-20mm之间。同时参考国家规范及其他地方标准，采取三级警示制度，制定了苏州轨道交通2号线穿越建筑物的沉降控制标准如表1所示。
三、新型同步注浆浆液研发
1、传统浆液的不足及堵管影响
可硬性浆液虽能较好控制沉降，但该种浆液保水性差且凝结速度快，易发生堵管。注浆管一旦被堵，将难以注入足量的浆量，另外，由于疏通管路较为耗力耗时，将会导致盾构长时间停机。而根据苏州轨道交通1号线盾构施工经验，盾构在富水软弱地层停机时间过长，对沉降控制极为不利。
2、新型浆液研发
为了兼顾沉降控制效果并避免发生堵管现象，在经过调研、室内试验和工程现场验证后，研究开发了以消石灰为主要原料的“准厚浆”。考虑到工程应用需要及现场检测的方便，新型浆液以塌落度和凝结时间为核心控制指标，兼顾稠度、强度、密度等其他指标。图2为实验室测出的准厚浆的坍落度、稠度随时间变化曲线。基于室内试验和工程应用效果，表2列出了对浆液性能指标的控制要求。
四、盾构机性能要求及验收办法
1、盾构机性能要求
盾构刀盘应为面板式或复合式，开口率在28～43%。苏州富水软弱地层的自稳性差，若采用开口率大的辐条式刀盘，开挖面稳定较难控制。1号线曾出现因采用辐条式刀盘而难以控制沉降的案例。
盾尾密封3道及以上，密封刷为进口且在国内具有良好信誉的知名品牌。2号线穿越建筑物对同步注浆及二次补浆的使用量大，盾尾刷会承受较大压力，应从产品质量方面减小其被击穿的可能性。
盾构切削外径与管片外径之间的距离不大于70mm。通过控制盾尾空隙可直接减小对地层的扰动。
如采用铰接式盾构机，必须为主动铰接，在铰接处必须具有1MPa及以上防水能力。本条主要是考虑苏州地层含大量富水粉细砂的情况。
盾构机额定扭矩大于4000KN?m，额定推力大于3200T。在砂性地层中掘进时，往往容易产生推力扭矩较大的情况，故作出此条要求。
6～10、刀盘具备超前注浆功能；刀盘上有4个及以上添加剂注入口；螺旋输送机有2道防水闸门；土舱内装有3个及以上的土压计；各区域推进千斤顶最大可伸长量相等。
2、验收办法
根据工程进度，分三次进行验收：第一次验收为，在外地已使用过的盾构机或新购置的盾构机进入苏州前，以及苏州轨道交通1号线使用过的盾构机进入2号线前的检查验收；第二次验收为，盾构机在苏州轨道交通工地组装完成后、始发前的检查验收；第三次验收为，盾构机在进入盾构穿越建筑物前的自检和核查。验收不合格的盾构机不能用于2号线穿越建筑物施工。
五、工程实施效果
目前2号线全线现已顺利洞通，经统计，97.5%的建筑物测点沉降值在控制值20mm内，99.2%的建筑物测点沉降值在30mm内，全线未发生影响建筑物安全的沉降、开裂等现象。
图3为2号线两个典型盾构区间连续穿越密集建筑物群的沉降控制情况，可见，无论是粉砂粉土地层还是粉质粘土地层，沉降控制效果都较好。工程的安全成功，验证说明了本文所研究提出的沉降控制技术措施是合理可行的。
（a）火三区间：穿越④3粉砂夹粉土、④5粉质粘土（b）三石区间：穿越④1粉土、⑤1粉质粘土
图3典型区间穿越建筑物群的沉降控制情况
六、结论
依托苏州轨道交通2号线长距离连续穿越建筑物群这一工程难题，研究提出了富水软弱地层盾构穿越建筑物群的沉降控制办法及沉降控制标准。得到如下结论：
（1）盾构应采用复合式或面板式的刀盘；应特别加强对盾尾刷的产品质量控制。
（2）推进速度宜控制在2.5～3.0cm/min，过快或过慢都对沉降控制不利。
（3）同步注浆不应采用惰性浆液，二次补浆对控制沉降具有显著的效果。
（4）当同步注浆注入4.0m3、二次补浆注入1.2m3的情况下，可分别将地表沉降和建筑物沉降控制在16mm和20mm内。
（5）所研发的以消石灰为主要原料的新型同步浆液—“准厚浆”，既可有效避免堵管现象，同时又可兼顾沉降控制效果。
参考文献：
[1]尹凡.富水软弱粉细砂地层土压平衡盾构掘进对土体扰动研究[D].北京交通大学，2010.
[2]苏州轨道交通有限公司.苏州轨道交通2号线盾构隧道穿越建筑物施工指南[R].苏州，2011.