盾構(gòu)上跨既有地鐵運(yùn)行區(qū)間技術(shù)措施研究

趙穎麗

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司,天津 300459)

1 工程概況

1.1 新建隧道與既有隧道位置關(guān)系

沈陽地鐵十號(hào)線九標(biāo)新建盾構(gòu)地鐵區(qū)間基本位于北一環(huán)交通主干道下方。隧道采用盾構(gòu)施工，采用?6 140 mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，襯砌內(nèi)徑為5 400 mm，外徑為6 000 mm，強(qiáng)度等級(jí)C50，抗?jié)B等級(jí)P10，管片組裝方式采用“3+2+1”錯(cuò)縫拼裝。區(qū)間左線全長1 220.245 m，右線全長1 234.533 m，左右線間距為12～15 m，覆土厚度9.8～17.8 m，區(qū)間設(shè)兩座聯(lián)絡(luò)通道。

既有線上跨位置位于距離小里程車站23 m處，新建線與既有線位置關(guān)系見圖1，盾構(gòu)上跨既有線區(qū)間拼裝的管片均采取特殊型管片。既有線區(qū)間為馬蹄形單洞單線隧道，礦山法施工、復(fù)合式襯砌，標(biāo)準(zhǔn)段二襯厚度為350 mm、初支厚度為250 mm，人防段二襯厚度500 mm、初支厚度300 mm。

圖1 上跨位置平面圖

隧道左線始發(fā)后約23 m進(jìn)入上跨既有線位置，盾構(gòu)機(jī)刀盤外邊緣與既有線右線初期支護(hù)結(jié)構(gòu)凈距約131 mm(刀盤與既有線具體位置關(guān)系見圖2)，新建左線區(qū)間隧道刀盤外邊緣與既有線左線初期支護(hù)結(jié)構(gòu)凈距約580 mm。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地探挖發(fā)現(xiàn)，新建區(qū)間左線與既有線右線暗挖人防段初支小導(dǎo)管相沖突，小導(dǎo)管侵限狀況見圖3(a)，沖突范圍約2.4 m×2.7 m。

圖2 既有線初支頂面與盾構(gòu)刀盤位置示意圖(單位：mm)

圖3 既有線侵限初支

1.2 水文、地質(zhì)情況

新建盾構(gòu)隧道主要位于中粗砂層、礫砂層，上跨既有線位置地層主要為中粗砂層、礫砂層。區(qū)間地下水位埋深9.4～12.0 m，抗浮水位埋深6.4～9.0 m。

由于上跨位置臨近端盾構(gòu)始發(fā)段，為滿足始發(fā)條件始發(fā)端要求進(jìn)行24 h降水施工，始發(fā)端頭實(shí)際水位20～25 m，既有隧道人防段頂部施作豎井探查小導(dǎo)管時(shí)，地下無水。

2 施工重點(diǎn)分析

(1)由于既有線距離始發(fā)車站左線始發(fā)端僅有23 m左右，為避開既有線人防結(jié)構(gòu)，始發(fā)段線路的縱坡設(shè)計(jì)為27‰，因此控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)是隧道施工中的首要任務(wù)。

(2)新建隧道盾構(gòu)上跨既有線位置主要為礫砂層和中粗砂層，且無地下水，掘進(jìn)過程中應(yīng)控制好掘進(jìn)參數(shù)，避免推力過大、出土量過多從而產(chǎn)生地面隆沉造成不良后果。

(3)通過前期采用人工挖孔調(diào)查發(fā)現(xiàn)新建線距離既有線人防段初支最近距離131 mm，如何減小盾構(gòu)施工對(duì)運(yùn)營線路所造成的影響，保證盾構(gòu)安全通過既有線路及既有線隧道結(jié)構(gòu)安全及正常運(yùn)行同樣重要。

3 采取的主要技術(shù)措施

3.1 侵限處理及注漿加固

3.1.1 侵限處理

盾構(gòu)上跨施工前期為保證施工安全，采用人工挖孔對(duì)上跨既有線位置進(jìn)行調(diào)查，經(jīng)多次組織專家溝通、論證確認(rèn)；盾構(gòu)刀盤底距離初支格柵保持最小間距176 mm方可滿足盾構(gòu)通過要求；掘進(jìn)過程中盾構(gòu)始終要保持抬頭趨勢掘進(jìn)，前端保持在+30～+40 mm，必要時(shí)需打開鉸接系統(tǒng)進(jìn)行抬頭。因此，在既有線區(qū)間上方施作臨時(shí)施工豎井，對(duì)沖突范圍內(nèi)的小導(dǎo)管進(jìn)行處理(見圖3(b))，將既有線初支鑿除至控制標(biāo)高處，滿足盾構(gòu)通過時(shí)刀盤距初支176 mm要求。

臨時(shí)豎井采用倒掛井壁法施工。臨時(shí)豎井所處位置位于市內(nèi)交通繁華的街上，車流量極大，施工占道困難，白天無法施工，只能在夜間21時(shí)至凌晨6時(shí)之間進(jìn)行施工，白天恢復(fù)交通。受現(xiàn)場管線及交通條件限制，臨時(shí)豎井設(shè)計(jì)深度約15 m，豎井凈空尺寸3.5 m×2.0 m，在地面4 m以下豎井截面寬度由2 m漸變?yōu)? m(單側(cè)漸變)；井口采用鋼筋混凝土鎖口圈梁，施工采用單襯形式，支護(hù)形式為組合鋼架、鋼格柵+鋼筋網(wǎng)片。地面鋪蓋系統(tǒng)結(jié)合鎖口圈梁設(shè)計(jì)，采用7根I40c工字鋼+2塊2 cm厚鋼板組合形式，每3根工字鋼和一塊鋼板計(jì)一組，整個(gè)鋪蓋系統(tǒng)共2組。按臨時(shí)豎井施工圖設(shè)計(jì)要求在圈梁上南北向預(yù)留槽口，在夜間施工完成后及時(shí)進(jìn)行井口鋪蓋，滿足現(xiàn)場交通安全暢通需要。

當(dāng)臨時(shí)開挖至既有線格柵時(shí)，復(fù)測格柵標(biāo)高，當(dāng)實(shí)際標(biāo)高大于或者等于設(shè)計(jì)要求的盾構(gòu)刀盤外邊緣與格柵間176 mm時(shí)，采用C15素混凝土進(jìn)行回填。若小于176 mm時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況采用人工持電鎬破除，盡量減小對(duì)既有線的擾動(dòng)和振動(dòng)。

3.1.2 注漿加固

既有線小導(dǎo)管處理完成后，利用臨時(shí)豎井對(duì)上跨既有線右線前后各10 m范圍內(nèi)土體進(jìn)行深孔注漿加固。注漿加固采用深孔后退式注漿，采用水泥漿，孔間距1 m梅花形布設(shè)。施工順序?yàn)樽陨隙?，隨施工需要搭設(shè)施工平臺(tái)。注漿完成后進(jìn)行測量復(fù)測井底標(biāo)高，清除殘余漿液及雜物，滿足盾構(gòu)通過要求后方可進(jìn)行下道工序。注漿范圍如圖4所示。

圖4 上跨位置注漿范圍(單位：mm)

3.2 既有線人防段臨時(shí)加固

在上跨位置既有線洞采取型鋼臨時(shí)支頂措施。經(jīng)實(shí)地調(diào)查上跨位于既有線人防段，其高度、寬度均滿足臨時(shí)支頂要求，且支頂后對(duì)既有線運(yùn)營無影響，待盾構(gòu)通過后根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、運(yùn)營一段時(shí)間后進(jìn)行拆除[1]。

既有線人防段臨時(shí)加固工程，采用間距500 mm分布的門架結(jié)構(gòu)，門架間沿隧道縱向采用I10a工字鋼連成整體，加固結(jié)構(gòu)如圖5所示。門架采用弧形桁架為主要受力體系，桁架上弦桿采用I16a工字鋼、下弦桿采用I20a工字鋼、門架鋼柱采用I20a工字鋼，腹桿及其他撐桿采用I10a工字鋼連接。

圖5 加固鋼架斷面示意圖(單位：mm)

3.3 盾構(gòu)穿越過程中自身參數(shù)控制

3.3.1 盾構(gòu)機(jī)改造

盾構(gòu)機(jī)選用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)含刀盤長為9.98 m。為保證順利完成上跨施工對(duì)盾構(gòu)刀具進(jìn)行改造，情況如下：為了確保刀盤開挖直徑6 170mm，將盾構(gòu)刀盤周邊原有的6把普通保徑刀增加至18把保徑刀；邊緣刮刀由原有的6大、6小普通型刮刀，加強(qiáng)為重型刮刀；盾構(gòu)刀盤面板上加密耐磨條紋，并在盾構(gòu)刀圈邊緣增設(shè)保護(hù)刀和耐磨塊；刀具更換完成后，進(jìn)行量測，確保盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)的開挖直徑大于盾體。專門配備一臺(tái)泥漿泵進(jìn)行減阻使用，盾構(gòu)機(jī)在穿越掘進(jìn)中，在中前盾往盾體四周注入克泥效泥漿進(jìn)行潤滑，減小阻力。

3.3.2 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)的控制

新建線路左線為了避開既有線人防段結(jié)構(gòu)，在始發(fā)進(jìn)洞后以27‰上坡上跨既有線。由于既有線人防段結(jié)構(gòu)距離始發(fā)端頭僅23 m左右，在始發(fā)掘進(jìn)過程中，應(yīng)盡量使盾構(gòu)機(jī)切口的位置保持在施工軸線的+20～+30 mm范圍內(nèi)，確保盾構(gòu)機(jī)以抬頭的姿態(tài)推進(jìn)。為了減少盾構(gòu)推進(jìn)過程中盾構(gòu)殼體對(duì)土體側(cè)向摩擦而產(chǎn)生的對(duì)既有結(jié)構(gòu)的側(cè)向荷載，在盾構(gòu)機(jī)刀盤距離既有線結(jié)構(gòu)10 m左右時(shí)，開始向中前盾注入克泥效觸變泥漿進(jìn)行殼體潤滑；嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)速度，降低刀盤轉(zhuǎn)速，減少刀盤對(duì)土體的擾動(dòng)，控制推進(jìn)速度，使盾構(gòu)機(jī)緩慢平順推進(jìn)。

3.3.3 同步注漿控制

根據(jù)地質(zhì)條件，選定有較高早期強(qiáng)度的水泥、水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在1.1～1.2倍的靜止水土壓力，即3.0～4.0 bar(1 bar=0.1 MPa)范圍內(nèi)；每環(huán)注漿量控制在3～3.5 m3之間；注漿速度嚴(yán)格與掘進(jìn)速度匹配，漿液配比A液∶B液(體積比)=10∶1，初凝時(shí)間控制在30 s左右，A液配比水泥∶粉煤灰∶水=554∶443∶664(kg/m3)，B液為35 Be′水玻璃。

3.4 二次補(bǔ)漿

盾構(gòu)上跨完成后，通過管片預(yù)留的注漿孔進(jìn)行二次注漿，從新建線隧道內(nèi)對(duì)既有線兩側(cè)結(jié)構(gòu)外邊線隧道底部120°范圍進(jìn)行深孔注漿(見圖6)。注漿漿液采用瞬凝型且具有較高早期強(qiáng)度的水泥—水玻璃快硬漿液，減少圍巖及既有線反應(yīng)的時(shí)間及空間，以穩(wěn)定新建線與既有線結(jié)構(gòu)相鄰的隧道結(jié)構(gòu)[2]。

圖6 二次補(bǔ)漿范圍示意圖(單位：mm)

3.5 施工監(jiān)控

根據(jù)施工進(jìn)行情況進(jìn)行地表沉降、管片結(jié)構(gòu)水平和豎向位移及管片凈空收斂、既有線區(qū)間沉降及傾斜觀測，變形縫差異沉降等監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 跨越期間人工監(jiān)測數(shù)據(jù)

新建線路盾構(gòu)施工直接影響既有線的范圍為21 m，根據(jù)既有線結(jié)構(gòu)運(yùn)行情況，自動(dòng)化監(jiān)測范圍分別向兩側(cè)延伸32 m，即保護(hù)監(jiān)測范圍為既有線上行、下行各為85 m，監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 跨越期間既有隧道自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)

沈陽地鐵區(qū)間雙線盾構(gòu)上跨既有地鐵線期間，基于在上跨施工過程中采取的各種保護(hù)措施，隧道結(jié)構(gòu)、軌道等的沉降、位移、變形等均在可控范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

沈陽地鐵十號(hào)線九標(biāo)新建盾構(gòu)區(qū)間上跨既有隧道盾構(gòu)穿越期間施工參數(shù)控制情況與監(jiān)控量測情況結(jié)合分析，說明本文采取的技術(shù)措施合理、有效，為同類型工程施工提供經(jīng)驗(yàn)，有顯著的經(jīng)濟(jì)效果和推廣價(jià)值。