臨近既有地鐵隧道大直徑盾構(gòu)施工及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

在城市中，新建地下工程鄰近已建或在建建（構(gòu)）筑物會(huì)產(chǎn)生重要的環(huán)境影響［1］。隨著城市軌道交通建設(shè)持續(xù)發(fā)展，地下盾構(gòu)隧道已經(jīng)縱橫交錯(cuò)，臨近或穿越既有隧道及兩臺(tái)盾構(gòu)互穿的情況也越來(lái)越普遍［2］。

諸多學(xué)者利用各種計(jì)算模型和有限元分析軟件針對(duì)新建隧道對(duì)已建隧道的影響開(kāi)展一系列理論、數(shù)值及試驗(yàn)研究，得出對(duì)類(lèi)似工程具有重要借鑒和指導(dǎo)意義的結(jié)論。Chehade等［3］通過(guò)參數(shù)化分析，研究雙孔平行隧道的相對(duì)位置（水平對(duì)齊、垂直對(duì)齊和斜對(duì)齊）和施工措施對(duì)土體沉降和內(nèi)力的影響。Fang等人［4］通過(guò)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)北京地鐵工程案例進(jìn)行分析，分析上方雙線隧道開(kāi)挖對(duì)下方已建雙線隧道的影響，并給出計(jì)算地表沉降和隧道變形的解析表達(dá)式。Lv等［5］利用MIDAS GTS以廣州地鐵8號(hào)線為算例，對(duì)比有、無(wú)隔離樁加固兩種工況，分析極近距離（2.6 m）隧道開(kāi)挖對(duì)已建隧道的影響。

本文基于杭州江南大道提升改造工程，簡(jiǎn)述臨近既有地鐵隧道大直徑盾構(gòu)施工中為了保證施工安全、控制地表沉降及其對(duì)臨近隧道的影響采取的施工控制措施。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)論證各項(xiàng)措施的有效性和必要性，為類(lèi)似工程提供指導(dǎo)。

1 工程概況

本工程為杭州地鐵6號(hào)線一期工程土建施工SG6-9標(biāo)段，采用“地下快速路+地面快速路”形式，全長(zhǎng)3.16 km，規(guī)劃建設(shè)一條雙向4車(chē)道、設(shè)計(jì)車(chē)速60 km/h的城市快速路隧道。

工程總平面見(jiàn)圖1，江南大道提升改造工程盾構(gòu)區(qū)間段線路自西向東，與杭州地鐵6號(hào)線平行，位于現(xiàn)狀江南大道下方。該區(qū)間段盾構(gòu)線路須先后避讓杭州地鐵6號(hào)線江漢路站（擬建）、江暉路過(guò)街通道（擬建）、泰安路人行通道、杭州地鐵1號(hào)線及6號(hào)線換乘江陵路站、阡陌路過(guò)街通道（擬建）和建設(shè)河中興路箱涵。

圖1 江南大道提升改造工程總平面

圓隧道段北線起訖里程為NK1+275.20—NK3+533.80，總長(zhǎng)為2258.61 m，覆土厚度約9.5～37.5 m，圓隧道段平曲線最小半徑為R-800 m，最大縱坡為4%；南線起訖里程為SK1+275.20—SK3+531.20，總長(zhǎng)為2256.00 m，覆土厚度約9.3～35.8 m，圓隧道段平曲線最小半徑為R-8202.77 m，最大縱坡為3.85%。隧道的內(nèi)徑為10360 mm，外徑為11360 mm，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)寬為2000 mm，襯砌環(huán)抗?jié)B等級(jí)為P10。

江南大道快速通道與長(zhǎng)河路站至江漢路站區(qū)間隧道并行關(guān)系如下：長(zhǎng)河路站至江漢路站區(qū)間線路自江漢路站小里程端頭井出發(fā)，出發(fā)后在里程YDK19+162.88—YDK19+318.07江南大道快速路通道（1～78環(huán)）與區(qū)間地鐵隧道（699～828環(huán)）并行，并行長(zhǎng)度約為155 m，快速路通道埋深為9.5～14.2 m，地鐵隧道埋深為9.5～10.5 m。區(qū)間隧道與江南大道快速路通道盾構(gòu)隧道水平間距為8.8～20.5 m，垂直間距為0 m。在該區(qū)間并行段大盾構(gòu)施工時(shí)，并行段地鐵隧道已施工完成（未貫通）。圖2展示了該并行段的平面及盾構(gòu)與過(guò)街通道頂管橫斷面管位關(guān)系。

圖2 并行段平面及盾構(gòu)與過(guò)街通道頂管橫斷面管位關(guān)系

該區(qū)段周邊以市政道路和綠化為主，周邊既有的建筑物以零星分布的高層建筑為主。盾構(gòu)區(qū)間里程樁號(hào)YDK18+425.45—YDK19+318.07為現(xiàn)有的市政道路江南大道，盾構(gòu)區(qū)間基本與之平行行走。江南大道下方有大量地下管線，為電力、通信、燃?xì)狻⒔o水、雨水、污水和路燈管道等地下管道。

江南大道快速通道與江漢路站至江陵路站區(qū)間，以及與江陵路站至星民站區(qū)間隧道并行概況與上述長(zhǎng)河路站至江漢路站區(qū)間類(lèi)似，此處不贅述。

2 地質(zhì)水文情況

鑒于三個(gè)區(qū)段地質(zhì)水文情況較為接近，因此本部分亦針對(duì)長(zhǎng)河路站至江漢路站區(qū)間的地質(zhì)水文情況進(jìn)行介紹。

根據(jù)勘察報(bào)告等資料，擬建場(chǎng)地整體地形較為平坦，地面高程約5.67～6.76 m，地貌及地表環(huán)境單一。本場(chǎng)區(qū)為錢(qián)塘江沖海積平原地貌單元，場(chǎng)地勘探深度以內(nèi)可分為①、③、⑥、⑧、⑩和?共6個(gè)大層，細(xì)劃為14個(gè)亞層。由上至下分別為①人工堆積、沖積層；③沖海積層；⑥海積層；⑧湖積層；⑩沖湖積層和?沖積層。

勘探結(jié)果表明，該場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要是第四紀(jì)松散巖類(lèi)孔隙水和基巖裂隙水?？紫缎詽撍饕x存于場(chǎng)區(qū)表層填土、③層砂質(zhì)粉土、粉砂中；空隙承壓水分布于場(chǎng)區(qū)下部的⑧3層粉砂、?1層粉砂和?4層圓礫，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和黏土層（⑥、⑧2層）；基巖裂隙水主要賦存于場(chǎng)區(qū)深部風(fēng)化基巖中。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析及施工措施

3.1 施工潛在風(fēng)險(xiǎn)

江南大道快速路通道工程盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中將與長(zhǎng)河路站、江漢路站、江陵路站及星民站地鐵區(qū)間并行，并行總長(zhǎng)度約1838 m。同時(shí)，施工段地質(zhì)條件較差，大盾構(gòu)隧道斷面涉及粉砂層和圓礫層，大直徑盾構(gòu)在粉砂層和圓礫層中長(zhǎng)距離掘進(jìn)可能導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，需要進(jìn)倉(cāng)換刀，在此期間對(duì)地鐵隧道影響較大。

大直徑盾構(gòu)在長(zhǎng)距離掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的施工保護(hù)和控制措施，以避免對(duì)已建地鐵隧道產(chǎn)生滲水、漏水、沉降，甚至管片破裂、位移和錯(cuò)臺(tái)等影響。

另一方面，由于盾構(gòu)在進(jìn)出洞段覆土較淺，當(dāng)大直徑盾構(gòu)在地下水豐富的土層中施工時(shí)，容易出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)正面泥水后竄和隧道上浮的風(fēng)險(xiǎn)。在超深埋段，盾構(gòu)機(jī)須穿越空隙承壓水分布的粉砂層和圓礫層，盾構(gòu)機(jī)尾部存在潛在的滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 大盾構(gòu)進(jìn)出洞段對(duì)地鐵區(qū)間隧道保護(hù)措施

盾構(gòu)出洞過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)部分位于基座上，還未完全進(jìn)入土體，不易糾偏，施工難度大。同時(shí)，盾構(gòu)施工可能造成地鐵隧道不同程度的沉降，并在粉砂層內(nèi)引起涌砂、涌水現(xiàn)象，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。為保障進(jìn)出洞段施工安全性，工程中采取以下針對(duì)性掘進(jìn)技術(shù)措施。

在沉降、變形控制方面，采用進(jìn)出洞段地基加固、盾構(gòu)切口水壓控制、同步注漿控制及精細(xì)化泥水質(zhì)量控制。根據(jù)地表沉降變形實(shí)時(shí)調(diào)控相關(guān)盾構(gòu)參數(shù)，抑制場(chǎng)地變形過(guò)大，確保盾構(gòu)順利推進(jìn)。

在隧道軸線控制方面，為避免對(duì)土體產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換頻率在推進(jìn)過(guò)程中不宜過(guò)高，同時(shí)加強(qiáng)隧道縱向變形監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性糾偏。在隧道覆土較淺段，可以通過(guò)調(diào)整注漿量來(lái)克服隧道的上浮量。

3.3 大盾構(gòu)正常段對(duì)地鐵區(qū)間隧道保護(hù)措施

在大盾構(gòu)進(jìn)入地鐵隧道影響范圍時(shí)，主要分析泥水壓力、泥水質(zhì)量、推進(jìn)速度、注漿量和注漿壓力設(shè)定對(duì)地面沉降的影響。明確盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中的土體沉降量，并研究土體性質(zhì)對(duì)其的影響，通過(guò)設(shè)定正確的施工參數(shù)和采用相應(yīng)的措施減少土體沉降，保證地鐵隧道安全運(yùn)行。

同步注漿漿液主要材料配比見(jiàn)表1。注漿壓力由以下公式確定：

表1 漿液主要材料配比（1m3）

式中：P1為該位置的切口水壓力；

P2為管阻，取0.2 MPa；

P3為常數(shù)，取0.15 MPa。

施工過(guò)程中還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，維持注漿壓力與周?chē)翂毫ζ胶狻?/p>

同時(shí)，盾尾油脂和集中潤(rùn)滑材料的壓注和管片拼裝及防水應(yīng)嚴(yán)格遵循工藝要求，科學(xué)合理的管片選型是施工軸線精確控制的基礎(chǔ)。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，注意控制切口水壓力，使其波動(dòng)范圍不超過(guò)0.005 MPa，并減少切口正面土體擾動(dòng)。擬在現(xiàn)場(chǎng)建立監(jiān)測(cè)信息交流網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)確定更為科學(xué)和準(zhǔn)確的盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，以達(dá)到控制地面沉降的目的。

3.4 穿越后施工措施

盾構(gòu)并行后，地面易產(chǎn)生一定的后期沉降，從而對(duì)地鐵隧道造成影響。因此，對(duì)于地鐵隧道的后續(xù)沉降必須進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

江南大道快速路大盾構(gòu)掘進(jìn)，原則上只采用同步注漿，在地鐵隧道變形達(dá)到預(yù)警值時(shí)，可采用地鐵隧道內(nèi)微擾動(dòng)注漿和大隧道內(nèi)二次注漿。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況及分析

大盾構(gòu)并行地鐵隧道期間，測(cè)量與監(jiān)測(cè)是極其重要的一項(xiàng)工作，建設(shè)施工過(guò)程中須對(duì)隧道軸線、地面沉降變形，和臨近建（構(gòu)）筑物、管線變形進(jìn)行嚴(yán)格控制。

針對(duì)隧道軸線，本工程盾構(gòu)采用自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備測(cè)量隧道軸線；針對(duì)地表沉降，在進(jìn)、出洞段100 m內(nèi)，按照每5 m布設(shè)一個(gè)軸線點(diǎn)，每20 m布設(shè)一個(gè)地表沉降大斷面，非進(jìn)、出洞段在軸線上每10 m布設(shè)一個(gè)沉降點(diǎn)，每50 m布設(shè)一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)斷面示意圖見(jiàn)圖3a）；針對(duì)建（構(gòu)）筑物，距線路中心向50 m內(nèi)建（構(gòu)）筑物均須監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位一般布設(shè)于建（構(gòu)）筑物的四周、大轉(zhuǎn)角、承重柱及伸縮縫處；針對(duì)管線沉降，在線路軸線左右各25 m范圍內(nèi)的地下管線布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)與軸線正交或斜交的管線每5～15 m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，與隧道縱向平行的管線每15 m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；針對(duì)隧道水平收斂及上浮監(jiān)測(cè)，在進(jìn)、出洞100 m范圍內(nèi)每5 m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，其余區(qū)域每10 m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，斷面布設(shè)情況見(jiàn)圖3b）。

監(jiān)測(cè)周期及頻率見(jiàn)表2，L為開(kāi)挖面至監(jiān)測(cè)點(diǎn)或監(jiān)測(cè)斷面的水平距離。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測(cè)頻率可逐步減少為每15～30 d/次。

表2 盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)頻率

本文以江南大道提升改造工程2021年1月10日地鐵保護(hù)監(jiān)測(cè)報(bào)表為基礎(chǔ)，分析大直徑盾構(gòu)開(kāi)挖施工過(guò)程中周?chē)鷰r土體及周邊環(huán)境的響應(yīng)。此時(shí)施工進(jìn)度為北線盾構(gòu)推進(jìn)至876環(huán)，南線至791環(huán)。

圖4和圖5分別展示了6號(hào)線江陵路站至星民站下行線、江漢路站至江陵路站上行線道床沉降和隧道水平位移隨里程分布的情況。圖6則展示了上、下行線隧道軌道高差監(jiān)測(cè)結(jié)果。

圖4 隧道道床沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖5 隧道水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖6 軌道高差沿里程分布情況

由圖中所示監(jiān)測(cè)結(jié)果與上一監(jiān)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，6號(hào)線江陵路站至星民路站下行線沉降最大次變化量為-0.7 mm，累計(jì)沉降最大為-3.5 mm；水平位移最大次變化量為-0.6 mm，累計(jì)位移最大為-0.8 mm；軌間高差最大次變化量為+0.4 mm，累計(jì)軌間高差最大為+0.9 mm。6號(hào)線江漢路站至江陵路站上行沉降最大次變化量為+0.4 mm，累計(jì)沉降最大為+1.0 mm；水平位移最大次變化量為+0.5 mm，累計(jì)位移最大為-2.4 mm；軌間高差最大次變化量為+0.6 mm，累計(jì)軌間高差最大為+1.3 mm。

對(duì)比預(yù)警值可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量均較小，施工對(duì)地鐵變形影響總體較小，盾構(gòu)隧道相對(duì)穩(wěn)定。自2020年12月7日至2021年1月17日，逐日的監(jiān)測(cè)結(jié)果均表明盾構(gòu)隧道較為穩(wěn)定，各項(xiàng)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的施工控制措施起到了良好的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于杭州江南大道提升改造工程，針對(duì)臨近既有地鐵隧道的大直徑盾構(gòu)施工可能引發(fā)的工程問(wèn)題及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，識(shí)別出復(fù)雜施工條件下的困難及潛在風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)，就大直徑盾構(gòu)進(jìn)出洞段和正常段對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響提出保護(hù)措施和施工控制措施。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地鐵保護(hù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比預(yù)警值可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量均較小，施工對(duì)已建地鐵變形影響總體較小，各項(xiàng)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中采取的保護(hù)措施和施工控制措施起到了良好的作用。