盾构穿越西安长乐门城墙文物保护措施

盾构穿越西安长乐门城墙文物保护措施

朱旬

中铁二十局集团第五工程有限公司云南昆明650200

摘要：盾构法施工不仅施工进度快，而且无噪音、振动公害，对地面交通及沿线建筑物、地下管线、商业活动和居民生活等影响较少，质量易于控制，防水效果好等优点，它也是目前及今后地铁区间隧道建设的主流施工方法。故在穿越文物带等重要建构筑物时，优先推荐采用盾构法施工。西安地铁六号线大差市～东关正街区间在穿越古城墙文物段即采用盾构法施工。为实现在城墙及长乐门洞安全的条件下盾构顺利掘进。本文通过对盾构穿越古城墙时采取的一些措施进行解析，重点介绍如何对古城墙的保护及施工过程中的控制，对类似的盾构穿越的重要文物带及建筑物有较好的借鉴作用。

关键词：隔离桩；袖阀管；盾构施工措施；监测

1工程概述

西安长乐门城墙1988年整修建设，城墙基础为夯填土层，埋深于地面下2m，盾构隧道拱顶至城墙基础底最小净距约20m。西安地铁六号线二期工程大差市站～东关正街站区间左线盾构隧道从长乐门北洞正下方穿过，右线盾构隧道从长乐门南洞正下方穿过。长乐门城墙与盾构隧道位置关系见图1-1。

图1-2长乐门瓮城与盾构隧道位置关系图

2地质情况

2.1地形地貌

拟建区间沿线场地地面起伏较大，区间地势东高西低，地面高程介于406.74～410.77m。地貌属黄土梁洼区。

该区间沿东大街及东门外东关正街布置，西端为大差市十字，东端为东门外东关正街，场地为现状市政道路，交通繁忙。

2.2地形地貌

盾构隧道区间地层组成自上而下为：杂填土、素填土、新黄土、饱和软黄土、古土壤、老黄土、粉质黏土。隧道围岩主要为地下水位以下的3-2-2层古土壤、4-1-2、4-1-3层老黄土、4-2-2层古土壤、4-3粉质黏土。地层特征描述见表2-1。

表2-1地层特征表

2.3水文地质

大差市站～东关正街站区间工程建设影响范围内为地下潜水。勘察期间实测场地内地下潜水稳定水位埋深7.00～16.00m之间，相应高程为390.74～403.25m，东高西低。地下水补给主要有地下径流及大气降水等渗入补给。潜水排泄方式主要为径流排泄、人工开采等。

3重难点分析

根据本区间工程概况及长乐门城墙下部工程地质和水文地质条件，在盾构穿越长乐门城墙施工时，必须解决以下重难点问题：

⑴盾构穿越长乐门城墙，有效地将城墙范围内地表最大沉降量控制在+5～-15mm，局部倾斜不超过0.001的沉降变形控制是施工的关键控制点,必须确保古城墙万无一失。

⑵盾构始发后需尽快进行有效的试验段掘进来总结在这种地层适当的盾构掘进参数，确保盾构安全通过古城墙。

4古城墙保护措施

4.1城墙基础加固措施

盾构穿越前，在盾构影响范围内沿城墙四周对城墙基底下方预埋2排φ80袖阀管，袖阀管间距为1000×1000mm，袖阀管埋深深度为基础底以下8m。盾构穿越过程中根据监测情况，跟踪补偿注浆，注浆液选用水泥-水玻璃双液浆，双液浆配合比根据现场实际情况进行调整确认，注浆结束标准以注浆压力为主要控制依据，建议注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆压力根据现场试验调整，避免注浆压力过大对建筑造成影响。城墙加固平剖面图详见图4-1。

图4-1城墙加固平剖面图

4.2长乐门城墙城门保护措施

长乐门城门沿门洞轮廓线设置一圈工字钢钢拱架，钢拱架采用I22b工字钢，钢拱架纵向间距1000mm；沿洞门环向设置[16槽钢加强纵向联结系，环向间距1000mm，以加强拱架结构整体稳定；拱架底部设置10mm厚钢垫板，垫板宽度400mm，沿洞门纵向通长设置；为防止在盾构施工期间，城门处建筑碎片掉下砸伤行人或车辆等意外事件发生，在城门顶部设置连续的防坠网。盾构穿越前，沿门洞基础四周对城墙基底下方预埋2排φ80袖阀管，袖阀管间距为1000×1000mm，袖阀管埋深深度为基础底以下8m。盾构穿越过程中根据监测情况，跟踪补偿注浆，注浆浆液及注浆压力与城墙基础加固一致，具体数值现场试验确认。城门加固平面图见图4-2。城门加固剖面图见图4-3。

4.3长乐门瓮城保护措施

盾构穿越前，分别在隧道左、右线与瓮城之间施作10根、15根φ1000@1500钻孔灌注桩作为隔离桩，桩长约26m。在盾构影响范围内沿城墙周围对瓮城基底下方预埋2排φ80袖阀管，袖阀管间距为1000×1000mm，袖阀管埋深深度为基础底以下8m。盾构穿越过程中根据监测情况，跟踪补偿注浆，注浆液选用水泥-水玻璃双液浆，双液浆配合比根据现场实际情况进行调整确认，注浆结束标准以注浆压力为主要控制依据，建议注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆压力根据现场试验调整，避免注浆压力过大对建筑造成影响。瓮城加固平面图见图4-4。瓮城加固剖面图见图4-5。

5盾构施工措施

为了确保在盾构机穿越期间古城墙的安全，综合考虑该区间隧道的埋深、地质情况以及与城墙空间关系，制定本区段施工的指导思想为：“安全、连续、平稳”，并确立“模式正确、土压合理、平稳掘进、保证注浆、避免停机、严密监测、快速反馈”的施工原则。可采取以下措施：

5.1试验段掘进

将穿越城墙前100m作为试验段，盾构始发后严格做好地表沉降的监测工作，比较系统地了解盾构在此类土层掘进过程中掘进参数以及同步注浆参数的变化，对盾构推进速度、刀盘转速、正面土舱压力、出土量、同步注浆量等施工参数进行分析反馈，摸索盾构在该土层中推进参数和地面沉降变形规律，为调整盾构掘进和注浆施工的参数提供依据，试验段内推进速度为2cm/min左右，每推进2环均需及时进行监测，根据每环地面监测报表调整盾构掘进土压力和压浆量，及时对试验段盾构掘进参数进行收集，总结盾构掘进过程中对地层的影响，为盾构穿越古城墙时积累经验。

5.2严格控制掘进速度

盾构推进速度与正面土仓压力、千斤顶推力、土体性质等因素有关，一般应综合考虑。盾构隧道穿越铁路地段隧道穿越洞身范围为黄土状土层、粉质粘土层、中砂层，穿越此类地层的经验推进速度为：60～70mm／min，日均进尺18～21m，为保证下穿长乐门古城墙施工的安全，穿越期间的推进速度控制在20～30mm／min，预计日均进尺10.5～12m，保持连续均衡的掘进。

5.3严格进行压力管理

⑴严格控制土仓压力，尽量保持土压平衡，不要出现过大的波动。

⑵注浆压力与水土压力平衡。

5.4穿越长乐门城墙盾构技术措施

结合以往西安地铁盾构区间施工经验，盾构施工相关技术措施对比表详见表5-1。

表5-1盾构施工相关技术措施对比表

6结束语

地铁盾构隧道下穿古文物建筑是地铁施工中一项重大的风险源，只要我们注重理论与实践相结合，采取有效的施工措施，就能杜绝事故的发生，本文，通过对古建筑物自身进行加固及施工过程中采取的一些施工措施来确保盾构隧道下穿古文物建筑的安全，希望可供类似工程参考。

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.

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