盾構(gòu)斜穿既有地鐵線路施工技術(shù)

鄧統(tǒng)輝

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000)

盾構(gòu)斜穿既有地鐵線路施工技術(shù)

鄧統(tǒng)輝

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000)

在城市地鐵隧道施工過(guò)程中，越來(lái)越多的地鐵建設(shè)將面臨多次穿越既有地鐵線路的問(wèn)題，這是新線建設(shè)中等級(jí)最高的風(fēng)險(xiǎn)之一。本文選取了深圳地鐵2號(hào)線斜穿地鐵1號(hào)線工程案例，研究了盾構(gòu)下穿過(guò)程中采用的施工技術(shù)，分析了下穿過(guò)程中監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)出了盾構(gòu)下穿過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。可為以后的地鐵穿越提供借鑒。

盾構(gòu) 下穿 斜穿 既有線

在城市地鐵隧道施工過(guò)程中，往往會(huì)遇到需要穿越既有隧道的工程難點(diǎn)。由于新線施工會(huì)不可避免地引起既有線的沉降，而地鐵運(yùn)營(yíng)又對(duì)既有線的軌道變形有非常嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，因此這類下穿問(wèn)題對(duì)既有線路的安全提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，成為地鐵建設(shè)中等級(jí)最高的風(fēng)險(xiǎn)工程。本文結(jié)合深圳地鐵2號(hào)線斜穿地鐵1號(hào)線工程案例，對(duì)下穿工程采取控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、二次注漿及信息化監(jiān)測(cè)等手段，順利地實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)的成功穿越。

1 工程概況

1)本工程盾構(gòu)始發(fā)井—大劇院站區(qū)段將以20°～23°的平面夾角下穿運(yùn)營(yíng)中的地鐵1號(hào)線科學(xué)館—大劇院暗挖區(qū)間。兩線路重疊范圍為:左線70.485 m，右線73.844 m。

2)根據(jù)詳勘報(bào)告與補(bǔ)勘資料，盾構(gòu)始發(fā)井—大劇院站區(qū)段下穿地鐵1號(hào)線范圍隧道拱頂埋深為20.2～23.6 m，上部覆土依次為〈1-1〉素填土、〈5-2-3〉中砂、〈5-2-2〉細(xì)砂、〈8-4〉礫質(zhì)黏性土、〈9-1〉全風(fēng)化花崗巖。下穿范圍隧道洞身處于〈9-1〉全風(fēng)化花崗巖、〈9-2-1〉強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、〈9-3〉中風(fēng)化花崗巖均有存在的復(fù)合地層中。

2 工程技術(shù)難點(diǎn)分析

1)下穿區(qū)段距離1號(hào)既有線較近，左線間距1.71 m，右線間距2.48 m，下穿開(kāi)挖控制不好，可能引起塌方及下沉。

2)下穿區(qū)段位于曲線段，在外界條件復(fù)雜的情況下，盾構(gòu)容易偏移，要注意糾偏措施。

3)根據(jù)地質(zhì)補(bǔ)勘資料，上軟下硬花崗巖地層具備以下特征:上部強(qiáng)風(fēng)化花崗巖風(fēng)化程度十分強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，巖芯主要呈土狀，自穩(wěn)能力很差;中風(fēng)化花崗巖風(fēng)化程度較弱，石英含量高，原巖結(jié)構(gòu)完整，巖芯主要呈硬巖狀，抗壓強(qiáng)度較高(無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為70～90 MPa)，完整性好(RQD值為60% ～80%);軟、硬巖之間為明顯的巖土分界線，且存在含水量豐富的破碎帶。以往施工經(jīng)驗(yàn)顯示，該地層掘進(jìn)過(guò)程中土倉(cāng)壓力起伏較大，停機(jī)時(shí)經(jīng)常發(fā)生因切口上方土體坍塌或地下水大量涌入導(dǎo)致土倉(cāng)壓力大幅上漲的情況。這些情況將導(dǎo)致地層持續(xù)失水、自穩(wěn)性不斷降低的后果，可能直接導(dǎo)致上部軟巖的坍塌，對(duì)地鐵1號(hào)線造成嚴(yán)重影響。

4)隧道下穿方向，為斜交方向，開(kāi)挖重疊面積較大，容易引起下沉。且下穿部位位于曲線段，糾偏可能對(duì)下穿的安全性造成影響。

3 施工技術(shù)

盾構(gòu)推進(jìn)根據(jù)試驗(yàn)段的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定掘進(jìn)參數(shù)，下穿1號(hào)線推進(jìn)過(guò)程中再根據(jù)地表監(jiān)測(cè)結(jié)果以及1號(hào)線洞內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)掘進(jìn)參數(shù)隨時(shí)調(diào)整優(yōu)化，嚴(yán)格控制土體沉降和位移，確保地鐵1號(hào)線的運(yùn)營(yíng)安全。

1)土倉(cāng)壓力。理論土倉(cāng)壓力值為160～220 kPa，推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)控制土倉(cāng)壓力在160～180 kPa，并根據(jù)出土情況與監(jiān)測(cè)結(jié)果適當(dāng)優(yōu)化。推進(jìn)過(guò)程中需保持土倉(cāng)壓力長(zhǎng)期處于平穩(wěn)狀態(tài)，起伏不宜大于 ±20 kPa。

2)推進(jìn)速度。掘進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、土倉(cāng)壓力、刀盤扭矩合理設(shè)置，盡量保持平穩(wěn)，減少對(duì)周邊土體的擾動(dòng)影響。推進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)禁出現(xiàn)為提高推進(jìn)速度而隨意降低土倉(cāng)壓力的行為。

3)刀盤轉(zhuǎn)速。為避免轉(zhuǎn)速過(guò)低造成刀盤切削下部硬巖時(shí)貫入度過(guò)高，推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)控制刀盤轉(zhuǎn)速在1.7～2.0 r/min。刀盤工作壓力上限設(shè)置為20 000 kPa，防止刀具產(chǎn)生過(guò)大的沖擊荷載。

4)出土量控制。每掘進(jìn)1環(huán)進(jìn)尺的理論出土量為46.4 m3，根據(jù)試驗(yàn)段施工經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋顯示，取松散系數(shù)k=1.5是比較合理的，故每掘進(jìn)1環(huán)進(jìn)尺的出土量應(yīng)控制在70 m3以下。在推進(jìn)過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)土木技術(shù)人員應(yīng)對(duì)可能出土超量的情況進(jìn)行預(yù)判和分析，第一時(shí)間匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)小組。

5)同步注漿。下穿1號(hào)線過(guò)程中同步注漿量原則上控制在7～9 m3/環(huán)，注漿壓力應(yīng)控制在250～300 kPa，控制注漿速度至千斤頂行程達(dá)到1 700 mm時(shí)注完，并保證4根注漿管同時(shí)工作。

推進(jìn)過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)土木技術(shù)員負(fù)責(zé)根據(jù)每一掘進(jìn)循環(huán)的進(jìn)尺情況及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)注漿參數(shù)及時(shí)調(diào)整，確保同步注漿的質(zhì)量。若盾尾漏漿嚴(yán)重，需在對(duì)應(yīng)管片脫出盾尾后及時(shí)進(jìn)行二次注漿。

6)二次注漿。為控制土體后續(xù)沉降，推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)脫出盾尾的管片進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿，使隧道周圍土體徹底固結(jié)，確保地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全。①二次注漿施工工藝。下穿1號(hào)線區(qū)段采用特殊管片，除封頂塊以外每塊管片均增設(shè)2個(gè)注漿孔。所有增設(shè)注漿孔在管片進(jìn)場(chǎng)前均已破掉背后的混凝土，并在注漿孔內(nèi)安設(shè)了單向逆止閥。需要二次注漿時(shí)無(wú)需開(kāi)孔，選擇好合適的注漿孔位(應(yīng)優(yōu)先選擇1點(diǎn)、11點(diǎn)的點(diǎn)位)后直接連接注漿接頭、三通混合器、水泥漿管和水玻璃管即可。注雙液漿時(shí)，先注純水泥漿液1 min后，打開(kāi)水玻璃閥進(jìn)行混合注入，終孔時(shí)應(yīng)加大水玻璃的濃度。在一個(gè)孔注漿完結(jié)后應(yīng)等5～10 min，將該注漿頭打開(kāi)查看注入效果。如果滲漏嚴(yán)重應(yīng)再次補(bǔ)注至滲水基本消失方可終孔。拆除注漿頭并用雙快水泥砂漿對(duì)注漿孔進(jìn)行封堵，帶上塑料螺栓并進(jìn)行下一個(gè)孔位注漿。②設(shè)置止水環(huán)。為提高同步注漿質(zhì)量，避免已成環(huán)管片背后的地下水大量涌入土倉(cāng)，應(yīng)每隔8～10環(huán)對(duì)管片背后進(jìn)行整環(huán)二次注漿，形成一個(gè)由凝固雙液漿形成的止水環(huán)，截?cái)喙芷澈髞?lái)水。

7)管片拼裝。為防止土倉(cāng)壓力平衡被破壞，在盾構(gòu)停機(jī)進(jìn)行管片拼裝時(shí)一次收回的千斤頂應(yīng)盡可能少，滿足管片拼裝即可。管片拼裝過(guò)程中，操作手需加強(qiáng)對(duì)土倉(cāng)壓力的監(jiān)控，出現(xiàn)土倉(cāng)壓力持續(xù)降低時(shí)應(yīng)向土倉(cāng)內(nèi)補(bǔ)注泥漿直至達(dá)到設(shè)定壓力。

8)姿態(tài)控制。盾構(gòu)行進(jìn)姿態(tài)修正的過(guò)程中會(huì)對(duì)地層造成超挖和額外擾動(dòng)，可能引起土體失穩(wěn)和出土超量。在穿越段的掘進(jìn)過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)單位進(jìn)尺的糾偏量至每環(huán)10 mm以內(nèi)，推進(jìn)時(shí)不急糾、不猛糾。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件很差時(shí)，只要水平、垂直姿態(tài)偏差不超過(guò)±50 mm，推進(jìn)時(shí)可不考慮設(shè)計(jì)軸線，保持當(dāng)前姿態(tài)徑直前行，盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)，待地質(zhì)條件好轉(zhuǎn)后再進(jìn)行緩慢糾偏。

9)掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定。綜上所述，下穿地鐵1號(hào)線掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1 下穿1號(hào)線推進(jìn)參數(shù)

10)上軟下硬地層的處理。降低推力，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，以求得在現(xiàn)有刀具條件下的最佳掘進(jìn)效果。應(yīng)適當(dāng)降低刀盤轉(zhuǎn)速，掘進(jìn)時(shí)應(yīng)保持較高的土倉(cāng)壓力與掌子面的壓力平衡。必須加強(qiáng)渣土改良，采取向土倉(cāng)內(nèi)加入泥漿(或膨潤(rùn)土)的方式，對(duì)砂層或其它軟弱地層起泥模作用，使土倉(cāng)內(nèi)高壓空氣不易逸出，可有效防止軟弱地層坍塌。

4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

1)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。為了及時(shí)收集、反饋和分析周圍環(huán)境及盾構(gòu)在施工中的變形與隧道內(nèi)力信息，本項(xiàng)目采取自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方式監(jiān)測(cè)下穿過(guò)程中的既有隧道沉降，監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)一覽 mm

2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。隧道的沉降初期有上拱現(xiàn)象，而后下沉急劇增大，盾尾過(guò)后趨于穩(wěn)定。最大下沉值9.6 mm，隧道最大沉降出現(xiàn)在道床上。最大下沉點(diǎn)小于預(yù)警值10 mm，說(shuō)明施工是安全的。

隧道結(jié)構(gòu)的裂縫與受損情況監(jiān)測(cè)結(jié)果正常。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)深圳地鐵2號(hào)線下穿1號(hào)線區(qū)間隧道的施工實(shí)踐證明:

1)采用同步注漿及二次注漿加固的方法，可以達(dá)到減少下穿隧道沉降變形及地表沉降的效果。注漿作為盾構(gòu)施工的一個(gè)關(guān)鍵工序，必須嚴(yán)格按“確保注漿壓力，兼顧注漿量”的雙重保障原則，緊密結(jié)合施工監(jiān)控量測(cè)的反饋信息，不斷優(yōu)化注漿壓力。注漿量一定要保證超過(guò)理論計(jì)算值，在實(shí)際平均注漿量的合理范圍內(nèi)波動(dòng)。

2)盾構(gòu)下穿時(shí)優(yōu)化施工參數(shù)，嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，對(duì)保證下穿隧道的安全起關(guān)鍵作用。保持推進(jìn)速度及土倉(cāng)壓力平穩(wěn)，控制刀盤轉(zhuǎn)速在1.7～2.0 r/min，防止過(guò)大沖擊荷載?？刂瞥鐾亮浚烤蜻M(jìn)1環(huán)進(jìn)尺的出土量應(yīng)控制在70 m3以下。曲線段“勤糾偏，小糾偏”。這些措施可以有效控制地層的彈塑性變形，保證下穿的順利進(jìn)行。

3)在施工過(guò)程中，合理安排施工步序、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和信息反饋是工程安全的保證。

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U455．43

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10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．17

1003-1995(2013)09-0054-03

2012-12-06;

2013-05-15

鄧統(tǒng)輝(1983— )，男，湖南瀏陽(yáng)人，工程師，碩士。

(責(zé)任審編 趙其文)