南昌地鐵隧道在復(fù)雜環(huán)境下盾構(gòu)施工技術(shù)

王向宇

（中鐵十八局集團 第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 工程案例分析

南昌地鐵某區(qū)間右線設(shè)計里程為：右DK34+755.600～SDK35+809.200，右線隧道全長1053.600m;左線設(shè)計里程為：左DK34+755.600～左DK35+809.200,左線隧道全長1051.152m（含短鏈2.448m）; 區(qū)間左右線隧道總長2104.752m。此區(qū)間出丁公路北站沿著北京西路東進，穿越二七北路公路橋，到達師大南路站，北京西路道路較寬，區(qū)間在道路正下方穿過，對兩邊建筑物影響較小，主要影響的建筑物是二七北路公路橋。在穿越二七北路公路橋區(qū)間時，線路呈左右線展開，為了進一步提高工程項目的質(zhì)量，在平面設(shè)計結(jié)構(gòu)中，主要采用左右方式，旨在最大程度上的避讓原有工程項目的市政橋梁[1]。正是基于工程項目中線路的嚴重制約，在地鐵盾構(gòu)隧道修建的同時，橋梁基礎(chǔ)和工程項目之間處于臨近狀態(tài)。

2 工程項目運行現(xiàn)狀

在工程項目中，二七北路公路橋為三孔簡支板梁橋，上部結(jié)構(gòu)為裝配式鋼筋混凝土實心板，下部結(jié)構(gòu)為單排架柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1000mm，樁長28m，樁基底標高-25m。橋臺為重力式橋臺，天然淺基礎(chǔ)。整板砼厚度0.6m，上為漿砌塊石，整板輪條形基礎(chǔ)35×3.80m，橋基礎(chǔ)底標髙為-2.2m。

另外，工程項目的地質(zhì)勘察報告也需要得到有效的分析，主要包括：①雜填土、②粉土、④1 粉質(zhì)粘土⑤淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，具體地質(zhì)剖面圖如圖1 所。

圖1 盾構(gòu)始發(fā)端洞門地質(zhì)剖面圖

3 盾構(gòu)隧道施工項目對臨近市政橋梁影響數(shù)值模擬分析

3.1 荷載計算

在工程項目建立時，要對臨近橋梁的荷載進行數(shù)值模擬計算。要對其實際使用情況進行分析，其中，機動車道的寬度設(shè)為13m，主要計算三條單向車道，人行道寬度則設(shè)定為4m。按照《城市橋梁設(shè)計荷載標準》的相關(guān)參數(shù)對其進行荷載分析，設(shè)定為城市-A 級車道，人行道的荷載計算數(shù)值則需要對人行荷載和路面鋪裝荷載兩項進行綜合分析和設(shè)定。另外，要對橋梁自重進行全面分析，對地層- 結(jié)構(gòu)模型進行統(tǒng)籌管理，確保橋樁中心位置和節(jié)點對應(yīng)。

3.2 工序方案設(shè)定

在實際工序開展過程中，要結(jié)合工程項目的實際需求和管理機制，按照先進行固定，后進行通過操作的方式，確保地鐵項目和臨近的橋梁結(jié)構(gòu)之間在地層要求方面得到有效加固。盾構(gòu)試掘進和正常掘進項目都需要落實到位，建筑物沉降（含差異沉降）、建筑物｛質(zhì)斜、建筑物裂縫。測點布置在建筑物的角點上，沿盾構(gòu)掘進方向每隔10m 布設(shè)一個測點，每隔一定距離布設(shè)一個橫向監(jiān)測斷面，每個橫向監(jiān)測斷面在垂向于隧道走向的方向上又布置6～7 個監(jiān)測點，其間距為5m。整體處理將機制和監(jiān)測頻率為：盾構(gòu)切口前30m、盾尾后50m 內(nèi)2 次/ 天；盾尾通過3 天后1 次/天；以后1～2 次凋。

圖2 盾構(gòu)主要工程工序流程圖

圖3 盾構(gòu)下穿橋梁平面圖

圖4 測點布置示意圖

第一，施工準備要充分，對相關(guān)參數(shù)進行著重分析，若地表沉降不大于16mm，隆起不大于4mm。地表沉降變形預(yù)警值、報警值和控制值分別為10mm、13mm 和16mm。地表隆起變形控制值為4mm。若建筑物沉降不大于10mm、隆起不大于4mm、傾斜不大于4‰。建筑物沉降變形的預(yù)警值、報警值、控制值分別為6mm、8mm 和10mm。建筑物隆起變形控制值為4mm，傾斜變形控制值為2‰、。第二，盾構(gòu)機下井組裝調(diào)試，要在加固操作符合標準后，利用盾構(gòu)隧道實現(xiàn)隧道全面修筑工序過程要按照以下操作流程依次開展。第三，盾構(gòu)始發(fā)，盾構(gòu)姿態(tài)控制：盾構(gòu)姿態(tài)應(yīng)控制盾首或盾尾的垂直及水平偏差絕對值在一定范圍之內(nèi)，同時需控制盾首和盾尾偏差絕對值之和。盾尾油脂用量為35kg/環(huán)以上。

3.3 計算模型

在對模型進行全面計算后，要結(jié)合橋梁基本結(jié)構(gòu)，對橋梁下部、橋梁基礎(chǔ)以及臨近隧道的區(qū)間結(jié)構(gòu)進行統(tǒng)籌分析，提高地層結(jié)構(gòu)之間的平衡性，要利用模型范圍控制方式對計算精度展開驗證。其中，地層橫向范圍要保證在隧道的外側(cè)取15m 進行模型控制，豎直范圍上部到達地表，深度控制到地層，為2.5 倍盾構(gòu)的直徑。并且，兩者組成的區(qū)間隧道需要縱向上進行數(shù)據(jù)模擬和計算，橋長基礎(chǔ)上向兩側(cè)各擴展10m 左右。除了要對橫斷面范圍進行計算外，也要對三維計算模型進行全程模擬。值得一提的是，模擬參數(shù)要符合實際標準，地層參數(shù)要符合工程勘察報告中的數(shù)值參數(shù)，邊界條件中地表為自由邊界，剩余界面借助滾軸約束進行集中處理，并對力學(xué)模型進行深度分析和集中測試，結(jié)合地層的實際特征以及埋深結(jié)構(gòu)，利用圍巖操作和彈塑性模型對盾構(gòu)隧道開挖部分進行全程模擬。利用實體單元模擬和彈性模型對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的盾構(gòu)管片進行綜合性分析，并結(jié)合地層參數(shù)處理注漿地層的分析，利用樁單元模擬處理橋梁的蓋梁和承臺結(jié)構(gòu)，提高參數(shù)的處理效果[2]。除此之外，技術(shù)人員需要對主要荷載參數(shù)進行模擬分析，包括橋梁結(jié)構(gòu)的自重情況、橋梁整體水壓力、橋梁整體地層壓力等參數(shù)。

3.4 結(jié)果分析

在盾構(gòu)隧道和臨近市政橋梁之間建立加固地層操作后，能減少不利影響，并且進一步控制工程項目的運行效果以及整體處理情況，在結(jié)合原因后，能有效加固其地層隔離參數(shù)，并對規(guī)模的影響效果有明確的分析。由于加固后原有地層剛度有明顯提高，能保證相鄰區(qū)域內(nèi)變形情況有所減少，并且提高了整體工程項目的安全系數(shù)。正是由于盾構(gòu)操作，橋梁的基礎(chǔ)沉降得以有效均衡控制，盡管盾構(gòu)操作使得橋梁承臺的沉降最大值達到1.0mm，橋梁橫向蓋梁受基礎(chǔ)沉降影響也產(chǎn)生了3.0mm 沉降差，但是相關(guān)數(shù)據(jù)都符合橋梁的安全使用標準。

4 工程項目優(yōu)化措施

在通過相關(guān)計算和項目模擬分析后，技術(shù)人員要提高管理意識和控制效果，對工程項目進行全面升級改良，地層以及盾構(gòu)操作都要嚴格遵守工況和工序，確保模擬結(jié)構(gòu)和處理效果的最優(yōu)化，并且對地層情況展開深度分析和集中調(diào)研，針對不均勻情況要及時采取有效的處理措施，提升參數(shù)管理模型。另外，在利用盾構(gòu)進行人橋區(qū)調(diào)整時，要保證平穩(wěn)且連續(xù)的通過效果，強化監(jiān)督，結(jié)合實時性監(jiān)測結(jié)構(gòu)對工程項目的運行機制展開調(diào)整，以保證整體工程項目的最優(yōu)化。

5 結(jié)束語

總而言之，在利用盾構(gòu)隧道處理機制的過程中，要結(jié)合實際工程項目運行參數(shù)，對原有市政橋梁的參數(shù)進行全面分析和集中處理，并對影響因素以及具體采納數(shù)據(jù)展開深度調(diào)研，提高參數(shù)穩(wěn)定性和綜合處理效果，保證工程項目安全運行，積極推廣加固式“地層——結(jié)構(gòu)”模型，確保工程項目符合安全技術(shù)要求，優(yōu)化工藝操作和控制效果的同時，實現(xiàn)技術(shù)管控項目的全面升級。