新建盾構(gòu)上穿既有隧道的主動(dòng)加固技術(shù)應(yīng)用分析

譚晶

摘 要：通過在新建盾構(gòu)既有隧道上穿施工過程中采用主動(dòng)加固技術(shù)，推動(dòng)隧道抗壓能力的增加，又可以增加隧道的強(qiáng)度，針對(duì)新建隧道上穿既有隧道的施工工況，在此基礎(chǔ)上，有效地解決了工程中存在的不足，對(duì)既有隧道注漿加固后的隧道變形值進(jìn)行分析，并提出加固建議。避免工程返工率，建造了更好的交通出行環(huán)境。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)上穿；既有隧道；主動(dòng)加固技術(shù)

引言：新建隧道左線及右線的開挖對(duì)既有隧道產(chǎn)生的影響有較大差異，同時(shí)上部隧道的穿越角度影響既有隧道的沉降位移值，城市公共交通的不斷建設(shè)，使得地下空間的開發(fā)利用也迎來發(fā)展的高峰時(shí)期。新型盾構(gòu)隧道施工過程中存在著各種各樣的施工問題，其中新型盾構(gòu)隧道主動(dòng)加固的技術(shù)問題就是其中之一。

一、新建盾構(gòu)隧道上穿既有隧道的主動(dòng)加固技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)必要性

（一）沉降因素的影響

根據(jù)隧道力學(xué)理論可以推斷出，基于地鐵隧道淺埋暗挖的特點(diǎn)，將上覆土層的荷載能力全部轉(zhuǎn)移給隧道結(jié)構(gòu)承擔(dān)，而其本身已經(jīng)完全喪失了承載作用，在新建盾構(gòu)既有隧道施工過程中，既有隧道會(huì)由于受到沉降因素的影響而發(fā)生變形，對(duì)既有隧道的正常運(yùn)行造成干擾。能否將地表的沉降程度控制在安全范圍內(nèi)，也取決于對(duì)地下水的處理。地鐵隧道的位置通常低于地下水位，隧道開挖過程中勢(shì)必會(huì)有地下水滲入到土層當(dāng)中，從而加重了地層的沉降，直接影響著隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)成的穩(wěn)定性。這個(gè)問題的主要?dú)w因于既有隧道的加固技術(shù)不到位，導(dǎo)致既有隧道在高頻下的不規(guī)則地面上穿工作。在對(duì)既有隧道進(jìn)行加固的過程中，施工單位應(yīng)及時(shí)對(duì)既有隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免施工軌道出現(xiàn)較大變形。

（二）縫隙因素的影響

在施工過程中，既有隧道出現(xiàn)裂隙的不平整現(xiàn)象，這些問題往往出現(xiàn)在施工道路上的鐵軌和地基連接處。涌水是隧洞施工常常碰見的問題，特別是在高降水量地方。研究指出，突泥涌流問題與特殊地質(zhì)環(huán)境、煤層蓄水、斷層出水等影響條件密切相關(guān)，由于施工地處于巖溶地帶，附近的巖層容易產(chǎn)生大量的積水。另外，由于隧洞周圍的軟質(zhì)填充料和地下水，無法阻擋流動(dòng)勢(shì)能。如果施工后圍巖突然被開挖，造成充填料和地下水的突然傾斜，從而導(dǎo)致水泥砂漿突出，嚴(yán)重危害工程安全和人員人身安全。因此如果存在這一情況，要發(fā)現(xiàn)施工時(shí)的缺陷，并實(shí)施雙重檢測(cè)，以保證所有隧洞的安全。

（三）既有管道設(shè)施的影響

盾構(gòu)隧道施工對(duì)地下管線影響主要包括管線的位移變形和管線的受力性狀，即便是位移較小也可能會(huì)導(dǎo)致附加應(yīng)力超過其破壞強(qiáng)度，管線發(fā)生撓曲或者翹曲變形破壞。而且管線隨土體發(fā)生剛體位移，當(dāng)土體變形不大時(shí)，還可以正常使用，但是當(dāng)周圍土體位移較大，剛性管線位移達(dá)到極限就會(huì)發(fā)生斷裂破壞。在新建盾構(gòu)形勢(shì)下，現(xiàn)有的隧道施工將在施工過程中超過標(biāo)準(zhǔn)，既有隧道上穿施工計(jì)劃應(yīng)及時(shí)調(diào)整，但總體上穿建設(shè)原則應(yīng)盡量減少損失，也就是說，應(yīng)推動(dòng)既有隧道上穿工作的損失規(guī)模降低，既有隧道上穿應(yīng)及時(shí)根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀而改變計(jì)劃;假使線路更換的損失過大，有利于保持原有的施工工藝，及時(shí)安排現(xiàn)有人員對(duì)現(xiàn)有的隧道管線進(jìn)行更改。在既有隧道上穿的情況下，施工單位現(xiàn)有管道管理人員應(yīng)促進(jìn)相互協(xié)商，選擇最佳施工解決方案，確?，F(xiàn)有隧道建設(shè)投資的合理利用，增強(qiáng)勘探精度的重要性。

二、新建盾構(gòu)隧道上穿既有隧道的的主要影響因素

（一）正面影響因素

1.土倉壓力

土倉壓力也是在平衡地壓盾構(gòu)推進(jìn)過程中，維持挖掘平面穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。土壓平衡盾構(gòu)在推進(jìn)過程中，主要取決于土倉內(nèi)土壓力和盾構(gòu)前地面土壤壓力的均衡值。倉內(nèi)的地面土壤壓力，可使用地壓傳感器來檢測(cè)。如果面臨既有隧道壓力過低的風(fēng)險(xiǎn)，則既有隧道前方土體會(huì)向新盾構(gòu)工具頭方向輕微移動(dòng)。抵抗新土壤的下行趨勢(shì)時(shí)，土的剪切力在既有的新隧道內(nèi)將會(huì)上升。但一旦既有的混凝土體側(cè)應(yīng)力減少，而新隧道既有的土側(cè)應(yīng)力下降，新隧道內(nèi)既有土抗剪切強(qiáng)度超過一定值時(shí)，新隧洞內(nèi)土將達(dá)到主動(dòng)極限的平衡狀態(tài)，隧道內(nèi)相應(yīng)的土壓力稱為主動(dòng)土壓力?；钴S的極限平衡力量被摧毀時(shí)，土壤遭受損害的沉降。反之，既有隧道的土倉壓力存在過高風(fēng)險(xiǎn)，則既有隧道的土將處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，既有隧道的土壓力稱為被動(dòng)土壓力。當(dāng)既有隧道的被動(dòng)極限平衡被破壞時(shí)，會(huì)引起既有土體的抬升。當(dāng)既有隧道的壓力存在較高或較低時(shí)，可通過調(diào)整屏蔽推力、推進(jìn)速度、螺旋輸送機(jī)速度等參數(shù)來解決既有隧道上穿問題。土倉壓力是土壓平衡盾構(gòu)施工過程中的一個(gè)重要參數(shù)。通過比較不同土倉條件下基坑前方混凝土的結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀況，得到基坑倉荷載設(shè)定的理論計(jì)算公式。通過數(shù)值模擬軟件，可以研究各種土倉壓力對(duì)開挖層結(jié)構(gòu)位移和地表沉降現(xiàn)象的影響，即當(dāng)土倉壓力接近原始土表應(yīng)力值時(shí)，有利于研究土層結(jié)構(gòu)位移的影響。然而，土壤表面沉降室壓力的影響主要集中在盾構(gòu)開挖的早期階段，然而，筒倉壓力對(duì)地表沉降的影響主要集中在盾構(gòu)開挖的早期階段，并簡(jiǎn)單地增加表面沉降筒倉壓力的影響是非常有限的。

2.掘進(jìn)和出土速度

開挖效率低，工作面處于空中時(shí)間，支護(hù)無法跟進(jìn)，存在圍巖坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)隧道在上軟地層和下硬地層中施工時(shí)，由于工作面巖性強(qiáng)度差異大，切削頭在破石過程中，巖面對(duì)的工具磨損破碎嚴(yán)重，刀具轉(zhuǎn)換困難，使盾構(gòu)隧道施工速度慢，而且施工方向也容易出現(xiàn)偏移。由于盾構(gòu)機(jī)刀盤受力不均，造成了主滾動(dòng)軸承破裂以及主滾動(dòng)軸承密封損傷。同時(shí)，由于在地質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力的波動(dòng)情況下刀具組不平衡，由于相同的刀頭推力和刀輪速度，下部施工進(jìn)尺相對(duì)緩慢，由于上部掘進(jìn)速度相對(duì)較快引起的巖層構(gòu)造擾動(dòng)，盾構(gòu)施工機(jī)部過大，同時(shí)由于同步注漿材料和注漿方法量的不夠，不適時(shí)易出現(xiàn)地基沉降或坍塌等嚴(yán)重影響對(duì)周圍建筑的影響，等，和保護(hù)環(huán)節(jié)后容易浮起來的盾尾。

盾構(gòu)隧道的速度應(yīng)該配合表面隆起凹陷值控制，挖掘，前面土壓力平衡的調(diào)整值和同步注漿。盾構(gòu)掘進(jìn)的開挖速度主要受盾構(gòu)掘進(jìn)設(shè)備的開挖速度限制，且開挖速度協(xié)調(diào)不好，很容易造成正面土體不穩(wěn)定和地表隆起沉陷現(xiàn)象。盾構(gòu)隧道施工應(yīng)盡可能連續(xù)進(jìn)行，以保證隧道質(zhì)量，減少對(duì)地層的擾動(dòng)，減少地表隆起沉降現(xiàn)象。因此，要平衡地組織建設(shè)。必要停機(jī)時(shí)，應(yīng)采取措施防止泥土進(jìn)入盾構(gòu)前尾部，防止地面沉降和盾構(gòu)位移損壞。

（二）側(cè)面影響因素

在新建盾構(gòu)隧道施工過程中，盾殼與周圍土體發(fā)生相對(duì)位移，產(chǎn)生側(cè)摩阻力。側(cè)摩阻力是盾構(gòu)隧道施工中引起周圍土體隆起的重要因素之一，特別是對(duì)于近距離穿越工程，需要考慮盾構(gòu)與周圍土體側(cè)摩阻力的影響。另一方面，由于盾構(gòu)機(jī)械的精度，人為控制帶來的誤差、土層的不均勻性以及盾構(gòu)設(shè)計(jì)本身軸線曲線的變化，都是導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)變化的重要因素。隨著盾構(gòu)姿態(tài)的不斷變化，這些變化往往會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)開孔過切，造成地層損失。因此，盾的軸應(yīng)嚴(yán)格控制在隧道的過程中為了避免大錯(cuò)誤。

（三）盾尾影響因素

在盾構(gòu)機(jī)的施工過程，如果盾尾沒有填寫時(shí)間，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的變形，對(duì)結(jié)構(gòu)周圍也會(huì)產(chǎn)生不利影響，最終導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)效果破壞，它也需要及時(shí)通過灌漿加固、必要的填補(bǔ)這一缺口，保證土壤的基礎(chǔ)上運(yùn)動(dòng)控制問題。盾構(gòu)機(jī)盾尾注漿施工過程中，往往能表現(xiàn)出比較明顯的防滲性能，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)以往地下滲漏問題的防治，成為必不可少的防水防線。當(dāng)然，在盾構(gòu)尾注漿作業(yè)后，也可以保證相應(yīng)地下結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，有利于加固圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)，避免盾構(gòu)機(jī)施工過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌或變形問題。

三、新建盾構(gòu)隧道上穿既有隧道的主動(dòng)加固技術(shù)應(yīng)用

（一）鋼環(huán)加固關(guān)鍵技術(shù)分析

為了確保既有隧道上穿工作過程的干燥和清潔，在隧道上穿工作中填補(bǔ)彈性環(huán)氧膠粘劑，應(yīng)當(dāng)確保其平滑過程中水泥填充。接縫處有銹蝕，背面進(jìn)行防銹處理。在隧道上的施工中填補(bǔ)彈性環(huán)氧膠粘劑，應(yīng)當(dāng)在其平滑狀態(tài)中用水泥填滿。如果接縫處有金屬腐蝕，并做好防腐蝕措施。在建設(shè)盾構(gòu)隧道的過程中，部分結(jié)構(gòu)在施工的過程中很容易開裂甚至斷裂，進(jìn)而影響將來地鐵軌道的使用壽命，為防止裂紋的產(chǎn)生，就需要根據(jù)地鐵軌道的鋼筋尺寸，以及運(yùn)用先進(jìn)的后段變形設(shè)計(jì)和施工方法，做好結(jié)構(gòu)的維修工作。在對(duì)管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修的過程中，要針對(duì)管片結(jié)構(gòu)的變化狀況，選擇不同的維修方式，以提高管片結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，為軌道系統(tǒng)在今后的建設(shè)工作中提供了安全可靠的保證。

在整個(gè)隧道鋼圈加固過程中，應(yīng)加強(qiáng)以下準(zhǔn)備工作：一是施工過程中需要各方的協(xié)調(diào)。整個(gè)隧道加固周期較長，且施工時(shí)間在夜間天窗期間進(jìn)行，需要各方配合才能順利完成施工任務(wù)。第二，物流組織。利用天窗時(shí)間安排軌道車通過現(xiàn)有地鐵線路將材料從停車場(chǎng)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。確保速度極限，不會(huì)在運(yùn)輸過程中入侵，并確保所有材料都完成后施工;其三，成品保護(hù)。施工時(shí)應(yīng)保護(hù)各種設(shè)施和管道，保證地鐵白天正常運(yùn)行;第四，隧道施工過程中的監(jiān)控。在施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)既有工作點(diǎn)及100m隧道施工前后的變形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)，做好地面沉降觀測(cè)。

（二）隧道底部注漿加固

為避免在地鐵隧道中產(chǎn)生打井等問題，應(yīng)加強(qiáng)注漿孔的布置，并進(jìn)行處理，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員還應(yīng)注意對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)和施工縫的維護(hù)，并根據(jù)實(shí)際情況制定漿液滲漏的處理措施。只有在灌漿可以二次檢驗(yàn)合格。當(dāng)采用注漿法對(duì)隧道進(jìn)行加固時(shí)，雖然缺陷的處理效果顯著，但如果想使施工質(zhì)量進(jìn)一步提高，還需在鉆孔施工中加大注意程度，注意以下技術(shù)問題：（1）如果出現(xiàn)突然的洪水情況，必須暫停施工，采取的壓力注漿材料法在纖維支氣管鏡清洗后可以繼續(xù)進(jìn)行;（2）異常如果注漿成型后水壓突然增大，從而改變了注漿成型砼或混凝土水泥的方式，應(yīng)再次采用注漿方法，以恢復(fù)后續(xù)注漿壓力。但是一旦灌漿壓力還沒有恢復(fù)到正常水平，施工人員就必須停止灌漿查看它有沒有被水堵塞;（3）一旦灌漿壓力已經(jīng)過高了很長一段時(shí)間在灌漿過程中，相應(yīng)的水泥含量可能需要及時(shí)調(diào)整。另外，斷斷續(xù)續(xù)的灌漿工藝也不可能是嚴(yán)格控制，注漿成型后的停留時(shí)間基于對(duì)灌漿凝膠時(shí)間的要求。

在隧道底注漿材料加固的技術(shù)中，也同樣應(yīng)重視材料的合理性與設(shè)計(jì)應(yīng)用，主要涉及如下方面：①在盾構(gòu)與隧洞底加固的工藝中，應(yīng)考慮噴涌效應(yīng)，并合理設(shè)計(jì)注漿材料孔。如隧洞底面為淤泥土層，則應(yīng)使用純水泥漿進(jìn)行注漿材料;若為完全的液化混凝土層，則必須使用雙液注漿料（水玻璃+水泥漿）作為注漿材料。②強(qiáng)化階段，單液注漿與雙液注漿成型要按照現(xiàn)場(chǎng)狀況交替使用，以增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)作用。在強(qiáng)化階段，針對(duì)隧道出現(xiàn)的沉降與變化，有必要采取適當(dāng)保護(hù)措施，避免隧道跨線橋的正常工作。（3）如果處于強(qiáng)化階段，需應(yīng)用溶解度為4%的水玻璃溶液和42.5R的普通硅酸鹽水泥，避免使用材料簡(jiǎn)單;此外，它是必要的，以確保在工作的過程中使用的材料參數(shù)是合理和科學(xué)。④在對(duì)隧道外側(cè)進(jìn)行加固的過程中，應(yīng)在隧道兩側(cè)完成相應(yīng)的壓貫注漿處理步驟，從而有效保護(hù)既有隧道結(jié)構(gòu)。

四、結(jié)語

隧道是十分關(guān)鍵的交通運(yùn)輸載體。建設(shè)盾構(gòu)隧洞跨越既有隧洞，對(duì)我國的新建盾構(gòu)上穿既有隧道發(fā)展有著重大意義。在隧洞工程建設(shè)中運(yùn)用加固技術(shù)，不但能夠增強(qiáng)隧洞的耐壓能力，同時(shí)能夠帶動(dòng)隧洞剛度的整體增強(qiáng)。

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