天津地铁1号线盾构穿越百年故居施工技术
摘 要 天津地铁1号线(新建段)首次采用盾构法进行施工，在下瓦房～小白楼区间隧道（左、右线）施工中，盾构机要穿越具有百年历史的王仲山故居建筑物，施工难度高。文章就盾构穿越建筑物时采取的技术措施加以叙述，通过对监测数据的分析，证明所采用的技术措施是切实有效的，可供同类工程借鉴。
关键词 天津地铁 盾构隧道 王仲山故居 施工技术 监测
1 概述
天津地铁1号线工程小白楼～下瓦房区间隧道，地处天津市中心区域，沿线经过小白楼商业区、河西区的商业中心以及天津市主要的办公区，其中重要的建筑物有王仲山故居。
王仲山故居位于南京路与浦口道交界处（河西区重要的商业中心南京路21号），已有百余年历史，是天津市政府颁布的重点建筑物保护单位。该建筑物为砖木结构的3层楼房（带地下室和顶子间），一层为半地下，具有德国传统风格。区间隧道的左、右线从王仲山故居及其周边建筑物下部穿过（见图1）。盾构轴线在此处由R350 m的曲线段变为直线段。
区间隧道采用盾构法施工，双线隧道全长2087.699 m；隧道外径为6.2 m，内径为5.5 m；隧道管片设计强度为C50，宽1 m，整环管片分为1块F封顶块、2块L邻接块、3块标准块，采取通缝拼装形式，纵、环向均采用M30弯螺栓连接；管片接缝防水采用弹性密封垫（三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶）。
2 地质概貌
该区间隧道区域的土层主要为第四系全系统人工填土层（人工堆积Qml）、第Ⅰ陆相层（河床～河漫滩相沉积层Q43al）、第Ⅰ海相层（浅海相沉积层Q42m）、第Ⅱ陆相层（河床～河漫滩相沉积层Q41al）、第四系上更新统第Ⅲ陆相层（河床～河漫滩相沉积层Q3cal）、第Ⅱ海相层（滨海～潮汐带相沉积层Q3dmc）及第Ⅳ陆相层（河床～河漫滩相沉积层Q3cal）。盾构主要穿越④、④3、⑤、⑥和⑥4等土层，土层的性能指标见表1。
3 盾构机穿越王仲山故居技术措施
3.1 理论地表变形计算
盾构穿越王仲山故居前，根据派克（Peck）的地层损失概念进行理论计算。假定施工引起的地面沉降是在不排水情况下产生的，那么，所有的沉降槽的体积应等于地层损失的体积；假定地层损失在隧道长度上是均匀分布的，那么，地面沉降的横向分布呈正态分布曲线。采用地面沉降量的横向分布公式估算，王仲山旧居的最大沉降量为-2.2 cm，2个角部沉降分别为-2.1 cm和-0.3 cm。
3.2 利用《专家系统》进行预测
《专家系统》即《盾构法隧道施工智能化辅助决策系统》软件。
将土层的性能指标 、盾构施工掘进参数等输入系统，运用静态预测，对其沉降量和土体扰动等情况进行分析，并显示数值，指导施工。预测盾构在穿越过程中，正常施工情况下，盾构切口土压应控制在0.216 MPa，地面最大变形量为-9.974 mm，最大隆起量为+8.015 mm。
3.3 右线隧道施工技术措施
⑴ 在盾构穿越王仲山故居过程中，应严格控制切口平衡压力，减少波动；推进速度为1～2 m/min，均衡、匀速施工，以减少盾构推进变化对土体的扰动；出土量为31 m3/环。
⑵ 此段隧道轴线恰好由R350 m的曲线段变为直线段，所以事先应调整好盾构的姿态，严格控制盾构纠偏量，控制和掌握盾构单次纠偏的幅度，以减少纠偏对周围土体扰动造成的影响。
⑶ 严格控制同步注浆量（取建筑空隙的180%～250%，即3.4～4.7 m3）和浆液质量，减少施工过程中的土体变形。同步注浆浆液的配比，在原有浆液中加入适量的水泥，以提高浆液的后期强度，稠度控制在9～11，且保证不会堵塞注浆管。具体配比见表2。
⑷ 壁后补压浆
在盾构推进同步注浆后，为进一步加强土体后期强度和空隙填充密实度，根据地面监测变形情况，进行壁后补压浆，浆液为双液浆，壁后注浆压力一般控制在0.2～0.5 MPa，注浆量一般控制在0.2～2 m3。浆液配比及浆液性能见表3、表4。
3.4 左线隧道施工技术措施
在总结右线隧道的施工经验后，对补压浆作了一些改进。
⑴ 调整同步注浆浆液的配比，见表5。
⑵ 把壁后补压浆改为盾构推进同步二次补充注浆。
4 施工监测
4.1 监测方法
⑴ 连通管自动监测
连通管监测是一种高科技的仪器，具有连续性和时效性，监测精度较高。
⑵ 普通水准监测
4.2 测点布置
普通水准测量，是在建筑物外部布设监测点，共布置16个；王仲山故居内的地下室选用连通管监测设备，在左、右线隧道盾构穿越时，分别按不同位置布设6个监测探头及水准点（以便进行水准的联测与校核），每15 min采集1次监测数据，精度为0.1 mm。左、右线隧道盾构穿越王仲山故居时的测点布置见图1、图2。
4.3 监测结果
用连通管监测左、右线隧道盾构穿越王仲山故居时的沉降曲线见图3、图4。
图5、图6是左、右线隧道盾构穿越后建筑物累积沉降曲线图；图7、图8为左、右线隧道盾构穿越后地面纵向累积沉降曲线图。
4.4 结果分析
沉降的理论计算值与实际测量值见表6。
⑴ 从表5数据可以看出：实际测量值比理论值小，证明施工中所采取的措施是有效果的，如控制同步注浆和出土量可以防止土体损失，可以减小房屋及地面沉降；控制土压、推进速度和减小纠偏量，可以减小施工对土体的扰动，从而减小后期沉降。
⑵ 专家系统预测值比Peck理论计算值更接近实际测量值，说明专家系统是在总结长期实践经验的基础上，结合本工程的特殊情况，给予的提示和理论指导是比较切合实际的。
⑶ 左线沉降情况比右线好（沉降总体较小，不均匀沉降程度较好），证明在左线施工时的改进措施是合适、可取的，即在左线施工过程中，将原用惰性浆液调整为缓凝浆液，浆液的初凝时间缩短，减小了施工时的初期沉降；浆液的强度也有一定的提高，使得房屋后期沉降和不均匀沉降大大减小；在左线施工时，根据监测报表，把二次补压浆改为预先二次注浆，这样避免了等地表发生变化后再补压浆，从而减小了地表起伏扰动。
5．结论
王仲山故居为老式砖木结构，基础薄弱，为保护这百年故居，在左、右线隧道盾构施工前，采纳了专家系统的指导意见，对施工参数进行预定；在施工过程中，严格控制平衡压力、推进速度及盾构纠偏量，减小盾构施工对土体的扰动，从而减小后期沉降；在同步注浆时，采用缓凝浆液，采用与盾构推进同步二次补充注浆的方式。
右线隧道施工后，测得房屋最大沉降量为－9.2 mm，不均匀沉降仅为0.54‰，连通管测量房屋变化为-1.8～-7.1 mm；左线隧道施工进行一定调整后，测得房屋最大沉降量为-8.4 mm，不均匀沉降为0.32‰，连通管测量房屋变化为+1.2～-3 mm。
盾构2次穿越王仲山故居，建筑物的沉降仍能得到很好的控制，由此足以说明，施工过程中采取的措施是行之有效的，可供同类工程施工借鉴。
转载自：隧道网
