富水砂層盾構(gòu)近距離上跨既有線下穿污水頂管施工工法

李剛柱

摘 要： 杭州地鐵6號(hào)線一期工程中醫(yī)藥大學(xué)站～偉業(yè)路站區(qū)間由中鐵三局集團(tuán)有限公司承建，位于杭州市濱江區(qū)，中～偉區(qū)間隧道以29°斜交上穿地鐵4號(hào)線并下穿污水頂管，該上穿位置位于濱江區(qū)東信大道與南環(huán)路交叉口。上穿4號(hào)線并下穿污水頂管階段，盾構(gòu)隧道主要穿越地層為③3砂質(zhì)粉土夾粉砂、③4-1砂質(zhì)粉土、③5砂質(zhì)粉土，土層軟弱且富水，力學(xué)性差且透水性強(qiáng)。本文主要探討了富水砂層盾構(gòu)近距離上跨既有線下穿污水頂管施工工法。

關(guān)鍵詞： 富水砂層;盾構(gòu);施工工法

由于運(yùn)營(yíng)中隧道上部土體卸載必然產(chǎn)生上浮，如變形過大，則會(huì)影響其正常運(yùn)營(yíng);污水頂進(jìn)涵因其頂進(jìn)工藝，下方?jīng)]有基礎(chǔ)，盾構(gòu)下穿過程必然引起沉降。在穿越過程中如何控制上方污水頂進(jìn)涵不沉降，下方既有隧道不上浮成了工程的重難點(diǎn)。

1 工藝原理

（1）盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)根據(jù)微擾動(dòng)控制技術(shù)，正面壓力應(yīng)維持在0.9～1.1bar左右，并保持壓力波動(dòng)小于0.1bar，以保證切口前方土體穩(wěn)定;推進(jìn)速度應(yīng)控制在≦40mm/min，按每段20～30cm進(jìn)行推進(jìn);注漿壓力控制在0.15～0.25Mpa，注漿時(shí)以壓力控制為主，注漿量控制為輔的方針。

（2）當(dāng)盾構(gòu)穿越4號(hào)線，在6號(hào)線隧道內(nèi)采用堆載壓重的方法。壓重范圍從隧道與4號(hào)線穿越范圍內(nèi)前后各10環(huán)的影響區(qū)域?，F(xiàn)場(chǎng)采用Φ=100mm，長(zhǎng)度1m的鋼棒壓重。每環(huán)共壓重78根鋼棒，共計(jì)4.8t。

（3）在已運(yùn)營(yíng)的地鐵4號(hào)線內(nèi)采用三維坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)6號(hào)線盾構(gòu)盾頭距4號(hào)線隧道5米～盾尾距隧道5米時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，上行線1號(hào)機(jī)監(jiān)測(cè)4號(hào)線正影響區(qū)域左右各10環(huán)，每3環(huán)一個(gè)斷面為S349至S379，共計(jì)11個(gè)斷面。下行線1號(hào)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斷面范圍為X367至X400，共計(jì)12個(gè)斷面。自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)上述范圍內(nèi)道床沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：試驗(yàn)段掘進(jìn)→優(yōu)化施工參數(shù)→盾構(gòu)穿越施工→隧道堆載壓重→既有隧道自動(dòng)化加監(jiān)測(cè)→二次注漿→穩(wěn)定后卸載→完成穿越。

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 盾構(gòu)施工參數(shù)控制

施工參數(shù)可根據(jù)微擾動(dòng)控制技術(shù)，并結(jié)合具體情況來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析，正面壓力過大或過小均不宜。因此，根據(jù)隧道不同埋深，正面壓力應(yīng)維持在0.9～1.1bar，并保持壓力波動(dòng)小于0.1bar，以保證切口前方土體穩(wěn)定。推進(jìn)速度應(yīng)控制在≦40mm/min，按每段20～30cm進(jìn)行推進(jìn);以縮小施工相關(guān)信息反饋的時(shí)間間隔，及時(shí)對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在慢推的基礎(chǔ)上保證慢糾盾構(gòu)姿態(tài)，盾構(gòu)軸線水平向和垂直向偏角控制在0.5‰～1‰以內(nèi)，即水平和垂直向差值需控制在4.25～8.5mm以內(nèi)。同步注漿漿液采用高密度漿液，稠度為9～10，注漿量為5m3，以提高對(duì)盾構(gòu)周圍土體的填充和加固效果。

2.2.2 管片螺栓緊固

螺栓緊固為管片螺栓連接質(zhì)量控制要點(diǎn)，其緊固扭矩應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。每環(huán)管片拼裝過程中，隨管片定位的同時(shí)用螺栓連接，并對(duì)螺栓進(jìn)行初緊。待掘進(jìn)下一環(huán)后，管片脫出盾尾，已具備擰緊螺栓的工作面，此時(shí)應(yīng)對(duì)該環(huán)螺栓進(jìn)行再次擰緊。后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，在每環(huán)管片拼裝之前，對(duì)相鄰已拼裝成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)連接螺栓進(jìn)行全面檢查并復(fù)緊。

2.2.3 二次注漿

二次補(bǔ)償注漿利用管片的吊裝孔開口后進(jìn)行補(bǔ)漿，采用水泥漿、水玻璃漿雙液注漿，彌補(bǔ)壁后漿液的填充不實(shí)的空隙，減小因同步注漿不飽滿產(chǎn)生的沉降，為滿足地鐵4號(hào)線沉降要求，施工中要求每環(huán)進(jìn)行二次補(bǔ)漿，補(bǔ)漿位置為隧道管片上部。為防止掘進(jìn)后的后期沉降，在管片脫出盾尾后5環(huán)，立即對(duì)管片后的建筑孔隙進(jìn)行二次注漿，如圖1所示。

（1）漿液配比。二次注漿擬采用雙液漿。

A液水泥漿，水∶水泥=1∶1（質(zhì)量比）

B液水玻璃溶液，水∶水玻璃=2∶1（體積比）

A∶B=1∶1（體積比）

壁后補(bǔ)壓漿的壓漿量按照施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而定。

（2）注漿壓力。因上穿段埋深較淺，二次注漿壓力控制在0.2～0.3Mpa之間，采用少注、勤注原則，注漿時(shí)密切注意管片的變化，以壓力為主控制。密切關(guān)注地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整。

2.2.4 隧道內(nèi)壓重措施

當(dāng)盾構(gòu)穿越4號(hào)線，在6號(hào)線隧道內(nèi)采用堆載壓重的方法。壓重范圍從隧道與4號(hào)線穿越范圍內(nèi)前后各10環(huán)的影響區(qū)域?，F(xiàn)場(chǎng)采用Φ=100mm，長(zhǎng)度1m的鋼棒壓重。每環(huán)共壓重78根鋼棒，共計(jì)4.8t，詳見下圖：

通過在施工隧道中壓重的方法，既能夠有效控制下部既有隧道的上浮，同時(shí)能夠控制施工隧道的上浮，進(jìn)而減小上部管線的沉降。

2.2.5 隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。利用地鐵4號(hào)線隧道內(nèi)的控制點(diǎn)在盾構(gòu)上穿地鐵4號(hào)線時(shí)對(duì)其隧道進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。既有地鐵4號(hào)線左線（下行）k05+133.5～k05+231.8，右線（上行）k05+179.9～k05+250.4，1斷面/3環(huán)。穿越段上下行共計(jì)布設(shè)46個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。每個(gè)隧道監(jiān)測(cè)斷面共布設(shè)4個(gè)棱鏡，包含一組水平收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一組道床差異沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（選取其中一個(gè)點(diǎn)作為道床沉降及水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)）。

（2）測(cè)量方法。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、計(jì)算機(jī)、信息管理軟件及通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。各種測(cè)量控制單元（DAU）對(duì)所轄的儀器按照監(jiān)控主機(jī)的命令設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)測(cè)量，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，暫存于DAU中，并根據(jù)監(jiān)控主機(jī)的命令向主機(jī)傳送所測(cè)數(shù)據(jù);監(jiān)控主機(jī)根據(jù)一定的判據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和在線監(jiān)控，并向管理主機(jī)傳送經(jīng)過檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)入庫;管理主機(jī)主要是對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并向各級(jí)主管部門發(fā)送有關(guān)安全方面的信息。

由于地鐵4號(hào)線已經(jīng)開始運(yùn)營(yíng)，施工時(shí)隧道內(nèi)設(shè)置有控制點(diǎn)，監(jiān)測(cè)時(shí)采用其控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)6號(hào)線盾構(gòu)盾頭距4號(hào)線隧道5米～盾尾距隧道5米時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，上行線1號(hào)機(jī)監(jiān)測(cè)4號(hào)線正影響區(qū)域左右各10環(huán)，每3環(huán)一個(gè)斷面為S349至S379，共計(jì)11個(gè)斷面。下行線1號(hào)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斷面范圍為X367至X400，共計(jì)12個(gè)斷面。自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)僅對(duì)上述范圍內(nèi)道床沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 質(zhì)量控制

建立“誰管理誰負(fù)責(zé)，誰操作誰保證”的質(zhì)量管理原則。通過完善的質(zhì)量管理體系將質(zhì)量管理職能分解到每一個(gè)部門、每一個(gè)崗位。施工經(jīng)理應(yīng)按項(xiàng)目部規(guī)定的質(zhì)量方針，滿足業(yè)主提出的質(zhì)量目標(biāo)要求，形成一個(gè)完整的質(zhì)量體系。管理者必須支持該體系，并由技術(shù)人員具體負(fù)責(zé)該體系。

本工法施工參照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》及《地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》等規(guī)范、規(guī)程。

施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行三檢制度。

3.1 自檢

每一作業(yè)班組設(shè)一名兼職質(zhì)量員，負(fù)責(zé)對(duì)本班組完成的工序按檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢查、驗(yàn)收，填寫自檢卡經(jīng)施工人員簽認(rèn)后交下道工序。

3.2 互檢

由下道工序班組兼職質(zhì)量員對(duì)上道工序質(zhì)量進(jìn)行檢查簽認(rèn)。

3.3 專檢

工序在自檢、互檢合格的基礎(chǔ)上，由專職質(zhì)量員進(jìn)行復(fù)檢并與自檢卡核對(duì)符合后方可轉(zhuǎn)入下道工序施工。

4 結(jié)論

針對(duì)淺埋富水砂層條件下盾構(gòu)穿越運(yùn)營(yíng)隧道上方抗浮技術(shù)及控制管線和地表沉降措施，杭州地鐵SG6-7標(biāo)段項(xiàng)目經(jīng)理部在上級(jí)主管部門的領(lǐng)導(dǎo)下運(yùn)用有限元法建立數(shù)學(xué)模型，通過控制盾構(gòu)施工參數(shù)、隧道內(nèi)堆載壓重、隧道內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等技術(shù)措施，對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算和工程實(shí)踐，得到了較理想的效果。