盾構(gòu)長(zhǎng)距離下穿運(yùn)營(yíng)地鐵隧道施工技術(shù)研究

宋衛(wèi)杰

摘要：隨著城市地鐵建設(shè)的發(fā)展，在方便人們出行的同時(shí)，逐步對(duì)地鐵建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn)和要求，不可避免的出現(xiàn)了新建地鐵線路需要下穿既有運(yùn)營(yíng)地鐵。某地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工需長(zhǎng)距離下穿既有運(yùn)營(yíng)地鐵隧道，為確保安全，減少對(duì)既有隧道的影響，采取了地層加固控制一系列技術(shù)措施。為進(jìn)一步研究盾構(gòu)下穿對(duì)既有地鐵隧道的沉降規(guī)律，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)，對(duì)下穿區(qū)段的既有地鐵隧道進(jìn)行了嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，獲取了下穿施工時(shí)的沉降數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，得出盾構(gòu)長(zhǎng)距離下穿既有運(yùn)營(yíng)隧道的沉降規(guī)律，取得了良好的施工效果。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法;長(zhǎng)距離;下穿;運(yùn)營(yíng)地鐵

隨著城市地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地下空間的相對(duì)壓縮，在修建地鐵的過(guò)程中出現(xiàn)了形式各異、繁雜不一的近接施工情況，給施工帶來(lái)了新的技術(shù)難題，同時(shí)也成為各學(xué)者研究的重點(diǎn)課題。盾構(gòu)長(zhǎng)距離穿越既有運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的工程逐漸增多，如果施工措施不當(dāng)，往往對(duì)在建隧道和既有隧道造成很大的破壞以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何有效控制盾構(gòu)長(zhǎng)距離下穿既有地鐵線路對(duì)構(gòu)筑物的影響，是大規(guī)模地下工程建設(shè)中亟待解決的問(wèn)題。為此，在盾構(gòu)施工前和盾構(gòu)施工中，需要時(shí)刻了解施工對(duì)既有隧道的損害程度，根據(jù)相應(yīng)的變形數(shù)據(jù)，針對(duì)性的采取減少不良影響的技術(shù)措施。

一、盾構(gòu)隧道下穿既有隧道施工現(xiàn)狀

隧道施工一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)，由于隧道施工的相互影響，圍巖應(yīng)力場(chǎng)變化復(fù)雜。隧道近接的類(lèi)型復(fù)雜多樣，主要包括隧道平行近接問(wèn)題、隧道正交下穿近接問(wèn)題、隧道斜交近接問(wèn)題及隧道重疊近接問(wèn)題，主要針對(duì)隧道下穿既有隧道展開(kāi)調(diào)研。從隧道開(kāi)挖的力學(xué)行為上來(lái)看，單洞的開(kāi)挖，會(huì)導(dǎo)致圍巖從初始應(yīng)力狀態(tài)向多次應(yīng)力狀態(tài)演變，進(jìn)而引起隧道圍巖的變形，但其影響范圍是有限的。根據(jù)彈性力學(xué)，在一個(gè)半空間無(wú)限體中進(jìn)行隧道開(kāi)挖，其影響程度會(huì)隨著距隧道距離的増大而逐漸減小，存在明顯的梯度變化，正是由于這個(gè)應(yīng)力集中區(qū)域的存在，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力出現(xiàn)更加復(fù)雜的變異。根據(jù)彈性狀態(tài)下的理論研究，隨著兩隧道凈距不同，會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)力集中系數(shù)，當(dāng)兩隧道的間距越小時(shí)，隧道周邊的應(yīng)為集中系數(shù)就越大，當(dāng)兩隧道的間距越大時(shí)，隧道周邊的應(yīng)力集中系數(shù)就會(huì)越小。

二、概況

某地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工需長(zhǎng)距離下穿既有運(yùn)營(yíng)地鐵隧道，采用盾構(gòu)法先于本項(xiàng)目施工，兩區(qū)間平面夾角約20°，左線下穿里程范圍為DK12 + 215. 242～ + 273. 758，影響范圍長(zhǎng)58. 516 m;右線下穿里程范圍為DK12 + 225. 599～ + 298. 589，影響范圍長(zhǎng)72.990 m，環(huán)城下穿首期地鐵隧道，下穿影響范圍內(nèi)均處于泥炭質(zhì)土層。在盾構(gòu)下穿的掘進(jìn)過(guò)程中，容易出現(xiàn)土壓不穩(wěn)、出土超量、注漿壓力過(guò)大、注漿量不夠等因素，對(duì)近接運(yùn)營(yíng)隧道周邊地層造成擾動(dòng)，從而引起運(yùn)營(yíng)隧道變形。

三、穿越過(guò)程中的技術(shù)措施

1、碴土改良。為確保盾構(gòu)機(jī)順利穿越該特殊地段，應(yīng)當(dāng)充分利用盾構(gòu)機(jī)的碴土改良功能對(duì)土倉(cāng)環(huán)境進(jìn)行改良，以達(dá)到避免結(jié)泥餅、避免噴涌、控制出土量、提高推進(jìn)效率的目的。根據(jù)以往盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于圓礫土、泥炭質(zhì)土、粉土之類(lèi)粘粒含量較高的地層，宜采用主要加注泡沫、輔助加注膨潤(rùn)土泥漿或高分子聚合物的碴土改良工藝。

2、掘進(jìn)參數(shù)。根據(jù)類(lèi)似地層施工經(jīng)驗(yàn)及數(shù)值模擬分析，擬定施工參數(shù)：土壓力3. 0～3.2 bar，總推力2300～2500 t，刀盤(pán)扭矩2.0～ 2.2 MN·m，推進(jìn)速度20 ～25 mm/min，同步注漿量4. 0～5.0m³，二次注漿量5～2.0m³。

3、同步注漿。盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑間隙和減少后期變形的主要方法，也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中的一道重要工序。漿液壓注要及時(shí)、均勻、足量，確保其建筑空隙得以及時(shí)和足量的充填，實(shí)際注漿應(yīng)控制在理論值的250 %～300 %，即為2. 15 ～2. 98 m3。在穿越過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員負(fù)責(zé)對(duì)注漿量、注漿壓力作好詳細(xì)記錄，并根據(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。同時(shí)，應(yīng)隨時(shí)檢查盾尾是否出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。若盾尾漏漿立即采用手動(dòng)模式對(duì)漏漿點(diǎn)位進(jìn)行盾尾油脂補(bǔ)注，若漏漿嚴(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。在穿越過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員還應(yīng)嚴(yán)格控制同步注漿漿液質(zhì)量，認(rèn)真檢查每次進(jìn)洞漿液，每3環(huán)取一組試樣并觀察記錄其稠度、粗顆粒含量、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間和泌水率，確保漿液質(zhì)量合格。

四、沉降分析

該盾構(gòu)區(qū)間右線盾構(gòu)掘進(jìn)至DK12 + 647.798，右線已脫離交點(diǎn)影響區(qū)范圍，故監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)僅用于分析左線開(kāi)挖對(duì)既有運(yùn)營(yíng)地鐵的影響。而此時(shí)，左線盾構(gòu)掘進(jìn)至DK12 + 218.064，刀盤(pán)進(jìn)入2 號(hào)線右線正下方。左線推至DK12+ 291.864，其盾尾已脫離左線，對(duì)該時(shí)間范圍內(nèi)左線盾構(gòu)施工對(duì)上方既有運(yùn)營(yíng)地鐵沉降變形的影響進(jìn)行分析。

盾構(gòu)施工對(duì)既有運(yùn)營(yíng)地鐵的影響較大，為了掌握隧道正上方監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降規(guī)律，選取盾構(gòu)隧道正上方的SD1-5點(diǎn)右線，SD2-8左線進(jìn)行分析。為了更加詳細(xì)地了解盾構(gòu)隧道在進(jìn)入影響區(qū)和離開(kāi)影響區(qū)時(shí)的變形規(guī)律，將起始測(cè)點(diǎn)和終止測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)列出用以分析。對(duì)SD1-1 起始測(cè)點(diǎn)，SD1-5 和SD1-10終止測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得其沉降值變化，見(jiàn)圖。

從圖可以看出：沉降可分為兩個(gè)階段：①盾構(gòu)正下穿該點(diǎn)過(guò)程中;②盾構(gòu)脫離監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在起始的12 天左右的時(shí)間內(nèi)，沉降變化處于第一階段。還可看出：在起始的5 天時(shí)間內(nèi)，既有隧道的沉降速率最大，這是由于此時(shí)正好處于盾構(gòu)下穿該點(diǎn)的開(kāi)挖過(guò)程中。從第5 天到第12 天，既有隧道的沉降速率逐步減緩。在第12 天時(shí)，沉降值達(dá)到最大值-4. 45 mm，這是由于盾構(gòu)管片已經(jīng)閉合，變形速率相應(yīng)減緩。在第12 天之后，沉降變化處于第二階段。盾構(gòu)脫離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，由于管片閉合，整體剛度增大，既有隧道的沉降值有一定回彈。但是，此時(shí)的沉降值并不代表既有隧道已經(jīng)處于安全階段，從22 天的沉降值的增加可以看出，此時(shí)既有隧道的沉降值還處在調(diào)整階段。測(cè)點(diǎn)SD1-1 和測(cè)點(diǎn)SD1-10 距離盾構(gòu)線路較測(cè)點(diǎn)SD1-5 遠(yuǎn)，故兩測(cè)點(diǎn)沉降值較小，并且初始的8天內(nèi)，沉降值波動(dòng)較大，原因也是處于上述的調(diào)整階段。同樣，對(duì)SD2-1 起始測(cè)點(diǎn)，SD2-8和

SD2-11終止測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得其沉降值變化，通過(guò)對(duì)既有隧道左線沉降分析，可以得到與右線相似的規(guī)律。但是，由于盾構(gòu)隧道先下穿既有隧道的右線，再下穿左線，所以沉降值變化有以下不同：

（1）初始的8 天左右，處于調(diào)整階段，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降值都在不斷波動(dòng)。直到第10 天左右，盾構(gòu)下穿即將脫離右線并進(jìn)入左線，既有隧道的左線沉降值才開(kāi)始表現(xiàn)出劇烈增加。

（2）在第22 天時(shí)，既有隧道左線沉降值仍有較大變化，但未超過(guò)預(yù)警值。這可能是，由于此處地段地質(zhì)條件較差，未能達(dá)到保持較低的沉降值水平。