盾構隧道近距離下穿既有運營隧道的施工技術

張文賀

（中國鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司 廣東深圳 518000）

隧道下穿施工項目難度大、施工環(huán)境復雜，在施工中容易造成對周邊環(huán)境如建筑物安全的影響。因此，我們需要采取適當?shù)膽獙Υ胧?，對新隧道從既有隧道下面垂直穿過時產(chǎn)生的變形影響方面予以控制。近年來，筆者就盾構隧道穿越施工引起的土體擾動問題進行了諸多的研究，得出了相應的施工控制措施，既保證近距離疊交施工安全穩(wěn)定，又能減少隧道擾動。對于城市地下軌道交通開發(fā)利用來說，該技術研究成果具有很大的應用指導價值。

一、工程概況

某城市軌道交通6號線工程第19個站，車站位于中新大道西與星海街的交叉路口，沿中新大道西布置，為地下二層島式站。該站為工程中間站，往西為中新大道西站，往東為李公堤西站。車站大里程端盾構為始發(fā)、小里程端連接中新大道西站～星海街站明挖區(qū)間。該車站為地下二層島式站，采用單柱雙跨（局部為雙柱三跨）現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，對數(shù)據(jù)采用數(shù)值模擬分析，經(jīng)過三維模型進行分析計算，通過數(shù)值模擬計算結(jié)果得到地鐵盾構下穿臨近已運營地鐵隧道的擾動程度，用于指導施工，確保地鐵隧道運營安全。相關參數(shù)獲得之后，采用計算分析的方法，對已運營地鐵隧道擾動影響進行分析，得出結(jié)論為經(jīng)過開發(fā)之后，既有隧道結(jié)構位移最大的監(jiān)測點產(chǎn)生了一定的沉降，地表豎向位移變化與既有隧道結(jié)構位移變化趨向一致，既有隧道右線結(jié)構和上方地表出現(xiàn)了較大沉降，尤其是在盾尾發(fā)生了突出，導致地表沉降數(shù)值超過預定范圍。

二、盾構施工下穿隧道既有線路技術分析。

（一）進場前的準備工作

組裝調(diào)試前，項目部整個過程進行周密的籌劃，對所用設備材料進行詳細的準備，對人員進行精心的組織。組裝時按照既定的方案，結(jié)合現(xiàn)場的情況進行高質(zhì)、高效、安全的組裝工作。試驗段進行圍巖量測、地表建筑物監(jiān)測、爆破地震波振動速度量測，根據(jù)測量結(jié)果及時修正施工方法、鉆爆設計參數(shù)及循環(huán)進尺。隧道拱頂路面沉降觀測采用電子水平儀、水準尺。收斂變形量測在隧道開挖后，周邊點的位移是圍巖和初期支護力學形態(tài)變化最直接、最明顯的反映，凈空的變化是圍巖變形最明顯的體現(xiàn)。

（二）施工階段的技術應用

為了確保既有隧道的結(jié)構、運營和新建鐵路隧道的施工安全，經(jīng)過反復的方案論證和優(yōu)化，將開挖爆破震動控制到最低限度，以保證既有隧道的安全，減少既有隧道下沉和變形量。為實現(xiàn)上述目的，Ⅴ級巖段采用中隔壁（CRD）法施工。為確保地表隧道及其行車的安全，有效控制爆破產(chǎn)生的振動對地表高速公路隧道的影響，爆破技術方案主要從兩個方面考慮，一是采用爆破干擾降震技術降低爆破對圍巖的震動；二是采用振動測試儀檢測爆破震速，確保震動速度不超過安全震速（10cm/s）。為了更好地控制爆破規(guī)模，采用短進尺、控制一次性起爆藥量的方法來減弱新建隧道爆破地震波的強度。同時，采用預裂爆破、阻隔減弱地震波向瑞坡隧道傳播、擴散，利用微差爆破技術達到干擾降震的目的。

隧道初期支護及襯砌施作技術應用——初期支護緊隨開挖工作面及時施做，盡量減少圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖松動。噴射混凝土采用濕噴法施工，嚴格控制各種原材料的摻配，保證砼施工的和易性及噴層強度穩(wěn)定；鋼支撐重點控制拱腳穩(wěn)定，鋼拱架鎖腳錨桿均采用φ42鋼花管。初期支護及襯砌施作嚴格按照“重地質(zhì)、超前支護、弱爆破，短進尺，少擾動，早噴錨，勤量測，早成環(huán)，二次襯砌緊跟”的規(guī)則控制。[1]

1.平衡盾構背土以及地層沉降量，控制土倉壓力

施工過程中根據(jù)出土情況進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取，對獲得的數(shù)據(jù)如土體推力、出土數(shù)量、土體壓力進行分析，得到壓力波動差值、平衡土體壓力等參數(shù)，為施工提供依據(jù)，便于施工環(huán)節(jié)進行技術調(diào)整。嚴格控制差值是為了降低平衡波動，防止超挖、欠挖發(fā)生。

2.嚴格控制盾構的推進速度

正確下達每班掘進指令，建議推進速度應控制在2.0～3.0cm/min，并在推進過程中保持勻速，減少擾動周圍土體，根據(jù)實際情況和理論依據(jù)加以施工及時調(diào)整，如排土量控制在理論值的95%，即38.5～39.9立方米/環(huán)，施工中保持每日推進5～6環(huán)的推進速度，保持均衡施工，與出土速度匹配，盡量長時間停機事故發(fā)生，做到均衡施工。

3.嚴格控制盾構的糾偏量

盾構施工過程中，工程技術人員會根據(jù)以往盾構穿越鐵路的經(jīng)驗，精準獲得地面荷載、地質(zhì)變化、隧道沉降、地層埋深等參數(shù)，并且還要對各類設備進行檢測，如刀盤扭矩、千斤頂?shù)耐屏Φ?，?jīng)過跟蹤勘探、測量信息、跟蹤調(diào)整，控制每次糾偏的量。小偏差應及時糾正，防止出現(xiàn)盾構過程中數(shù)據(jù)偏差嚴重的問題。這要求盾構機操作人員須操作得當、嚴格執(zhí)行指令。

4.同步注漿和二次注漿

為控制地面沉降，進行同步和二次注漿。根據(jù)盾構的形式和地質(zhì)情況，對地層進行甄別，如粘土層土壓力作用要均勻，淤泥質(zhì)土層注意迅速注漿，對砂層確保注漿穩(wěn)定，對自穩(wěn)性較差的地層確保使管片組成的襯砌環(huán)早期穩(wěn)定，在盾尾間隙產(chǎn)生的同時迅速注漿以填充盾尾間隙，確保注漿及時。根據(jù)盾構的形式和掘削土層的性質(zhì)，準確選用相應的注漿材料、注入時期、范圍和施工工法選擇是關鍵[2]。采取二次注漿的方法，確保盾構均衡勻速施工，盾構姿態(tài)變化不可過大、過頻。每隔5環(huán)檢查管片的超前量，隧道軸線和盾構軸線折角變化不能超過0.4%。

為防止與管片間夾角過大造成土體損失，可采用穩(wěn)坡法、緩坡法推進，隨出土箱數(shù)和千斤頂行程逐漸變化，推進時不急糾、不猛糾，避免盾構，多注意觀察管片與盾殼的間隙，相對區(qū)域油壓注意動態(tài)變化以減少盾構施工對地表的影響[3]。

（三）施工安全措施

1.施工生產(chǎn)將建筑物安全及管線安全擺在首要位置。要加強施工管理，嚴格控制施工程序，防止因施工不當而對周邊建筑物及管線產(chǎn)生不良影響。

2.結(jié)合本標段盾構穿越既有運營隧道這一特點，加強對橋河的調(diào)查排查，掌握其橋梁基礎形式、河底標高、水流、深度等第一手資料，必要時根據(jù)實際情況制定針對性措施，保證其安全。

3.根據(jù)盾構施工要求，在盾構機選型時，選擇了適應性強、性能良好的盾構機進行施工，從注漿、推力、扭矩、開口率等多個參數(shù)方面擇優(yōu)選擇；同時，施工中將采用進口盾尾密封刷、進口油脂和優(yōu)質(zhì)的泡沫添加劑。這些都為順利穿越奠定了堅實的基礎。

4.對盾構機進行全面檢修和圍護，配置易損易壞的配件和備件，并制定好在隧道內(nèi)檢修的預案，一旦盾構機或后配套設備出現(xiàn)故障，按預案進行應急檢修；檢查盾尾密封系統(tǒng)的工作情況，必要時更換盾尾密封刷，確保不出現(xiàn)漏漿漏水現(xiàn)象。

5.盾構機掘進通過試推進摸索出與穿越房屋工況大致相同的各項最佳參數(shù)，確立通過建筑物的最妥善的掘進方法，提高變形的預測解析精度，布置合理的保護措施。

6.盾構機穿越階段應低速、勻速掘進，控制盾構機掘進速度在2～3cm/min，防止因掘進速度快導致姿態(tài)變化量大而造成的土體擾動加大；嚴格控制盾構機的姿態(tài)，盾構機糾偏時，采取勤糾慢糾的原則；及時進行同步注漿和二次注漿，增設一臺同步注漿泵，嚴格控制同步注漿量及注漿壓力，根據(jù)注漿速度和注漿量調(diào)整推進速度，防止推進過快而注漿速度慢導致地層沉降[4]。

（四）加強施工監(jiān)測

對周邊環(huán)境進行全方位的監(jiān)測，特別是報警值的設定，還要同有關管線的業(yè)主單位溝通，根據(jù)房屋的新舊程度、基礎類型、年代、結(jié)構形式等綜合確定，必要時要提高標準，確保萬無一失。當監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時，應增設監(jiān)測項目或監(jiān)測點位、加大監(jiān)測頻率，為施工提供第一手資料。制定詳細應急預案，準備充足的應急物資和設備，配備專業(yè)應急搶險隊伍，加強演練，險情發(fā)生時做到快速處置，最大程度地減小對周邊環(huán)境造成的不利影響。

三、盾構施工下穿隧道既有線路技術注意事項

（一）保持開挖面的穩(wěn)定，解決土壓帶來的問題，需要對土體改良和圖層處理，控制土體的塑性和泌水性、流動性。對土體進行處理，進行開挖，采用盾構掘進技術，可以增大土體流動性，確保開挖的土體和刀壁附和。

（二）盾構掘進注意保持盾構排土量控制螺旋輸送機的額轉(zhuǎn)速。

（三）注意注漿方式的選擇，了解地面的沉降，利用盾構機管片脫出盾尾產(chǎn)生的縫隙進行注漿填充[5]。壁后注漿可以避免盾構推進產(chǎn)生強大的推動力傳遞到圍巖上。

（四）管片施工中走向和管片姿態(tài)十分關鍵。對于管片拼接的姿態(tài)選擇，要注意根據(jù)計算值，在允許的偏差內(nèi)保持隧道設計軸線沿著盾構機推進的方向前進，嚴格控制環(huán)面的平整度。

四、結(jié)束語

隧道下穿既有線路施工中，對施工中引起地面和臨近建筑物變形應提起重視。為防止塌陷等安全問題，更好地將安全問題解決措施等落在實處，就要做好地下穿隧道空間掘進，對當前盾構法不斷進行技術創(chuàng)新和實踐，為施工項目質(zhì)量提升發(fā)揮作用。