基于某地特征的富水軟弱地層近接疊交隧道與小凈距下穿有壓給水管道施工探索

趙金輝

（中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司，上海 201900）

在某城市軌道交通3號(hào)線施工過(guò)程中，Ⅲ-TS-14標(biāo)盾構(gòu)長(zhǎng)距離垂直疊交下穿帶壓管線，整個(gè)施工過(guò)程對(duì)技術(shù)要求比較高，施工難度大。該標(biāo)段為富水軟弱地層，如果利用傳統(tǒng)變形控制進(jìn)行施工，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。為了確保施工的安全性，在對(duì)該標(biāo)段進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入探討，確定了安全合理的技術(shù)方案，為以后施工提供了堅(jiān)實(shí)的方案支撐。

1 技術(shù)研究現(xiàn)狀

在城市軌道交通建設(shè)快速發(fā)展的背景下，其規(guī)模越來(lái)越大，利用大常規(guī)盾構(gòu)重疊隧道和下穿管線的施工方案相對(duì)較多。但是，在此次工程項(xiàng)目中，盾構(gòu)長(zhǎng)距離疊交、富水軟弱層主要包括粉土粉砂層、已經(jīng)建設(shè)完成的下部隧道等都會(huì)導(dǎo)致施工難度增加。在此次工程施工中，主要技術(shù)難點(diǎn)是在城市地鐵盾構(gòu)施工中需要下穿地面建筑、橋梁、鐵路、地下管線等構(gòu)筑物。軌道交通建設(shè)受地質(zhì)條件、水文條件以及周邊因素比較大，在具體的施工過(guò)程中，需要加強(qiáng)前期勘察作業(yè)。尤其是區(qū)間盾構(gòu)單獨(dú)下穿管線施工的技術(shù)類型相對(duì)較多，主要包括給水管、污水管、燃油管和大型管函等。在長(zhǎng)距離盾構(gòu)重疊隧道工況，中近距離穿越既有建筑物的研究相對(duì)較少。在此次研究之前，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)軌道交通疊交富水軟弱地層盾構(gòu)超小凈距下穿大直徑有壓給水管道的相關(guān)報(bào)告。

2 疊交隧道與小凈距下穿有壓給水管道施工難點(diǎn)

在富水軟弱地層疊交隧道與小凈距下穿有壓給水管道施工過(guò)程中，最主要的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面：第一，此次建設(shè)過(guò)程中的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，軟弱地層主要是以粉土粉砂地層、全斷面粉土粉砂地層為主，在盾構(gòu)下穿有壓管線時(shí)，螺旋機(jī)或者洞門出現(xiàn)滲漏情況，并且有涌砂問(wèn)題，很容易導(dǎo)致有壓給水管變形，從而發(fā)生施工安全事故，對(duì)市政正常供水產(chǎn)生負(fù)面影響。第二，在盾構(gòu)施工組織過(guò)程中，盾構(gòu)上下重疊區(qū)間需要同時(shí)施工，可能會(huì)存在資源交叉問(wèn)題。與此同時(shí)，需要配合下部右線隧道移動(dòng)式隧道預(yù)應(yīng)力支撐平臺(tái)移動(dòng)，會(huì)進(jìn)一步增加施工難度。第三，己建構(gòu)筑物對(duì)構(gòu)成距離重疊的區(qū)域?yàn)?74m，重疊的最小間距為1.82m，在重疊段盾構(gòu)的凈距為超小凈距0.544m，需要下穿供水管道。而供水管道是工業(yè)園區(qū)的主供水管道，設(shè)計(jì)的運(yùn)行壓力為0.3MPa，是保障整個(gè)片區(qū)居民生活用水的主要管道。

在軌道施工過(guò)程中，技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面：第一，要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行合理選擇，同時(shí)，要根據(jù)地質(zhì)條件的具體情況設(shè)置不同的施工參數(shù)，對(duì)沉降控制方法進(jìn)行合理控制，根據(jù)實(shí)際情況完成地面隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置工作。同時(shí)，要利用全斷面注漿進(jìn)行加固，特別是對(duì)上部隧道要進(jìn)行微擾動(dòng)注漿，可以減少地層損失，盡可能降低在施工過(guò)程中對(duì)周邊構(gòu)筑物產(chǎn)生的負(fù)面影響。第二，在施工過(guò)程中，需要兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)同時(shí)推進(jìn)，完成兩次下穿，有壓管線施工資源的調(diào)配協(xié)調(diào)工作比較復(fù)雜。在對(duì)施工資源進(jìn)行調(diào)配時(shí)，必須確保有充足的應(yīng)急資源。特別是要組織專家對(duì)下穿有壓管線進(jìn)行綜合評(píng)審與驗(yàn)收，對(duì)一些存在問(wèn)題的部分要以專家意見(jiàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行整改，之后才能夠進(jìn)行施工。第三，需要對(duì)周邊構(gòu)筑物的具體情況進(jìn)行全面考慮，并且要做好施工總體規(guī)劃。在獲取建設(shè)單位、監(jiān)理工程師以及產(chǎn)權(quán)單位的意見(jiàn)后，要對(duì)整個(gè)施工方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。在施工前必須完成技術(shù)交底工作，對(duì)盾構(gòu)的主控參數(shù)如注漿量、土倉(cāng)壓力等進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以利用超前加固施工技術(shù)防止供水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)變形。同時(shí)，要重視地面監(jiān)測(cè)，要根據(jù)獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的施工參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整。并且要進(jìn)行全斷面加固，完成微擾動(dòng)注漿對(duì)管線情況進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 施工影響

在此次工程建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)盾構(gòu)疊交隧道下穿有壓給水管道的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。在施工中，左線超小凈距下穿給水管的最小凈距為0.544m。為了保證模擬作業(yè)的準(zhǔn)確性，需要取不同的位置，將其作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用盾構(gòu)疊交隧道施工對(duì)地表構(gòu)筑物、水管變形產(chǎn)生的具體影響進(jìn)行分析，上部隧道在下穿有壓管線時(shí)出現(xiàn)的疊交累計(jì)沉降比較大。因此，在下部隧道穿越后，需要提前在下部隧道和管線交叉的區(qū)域前后管片開(kāi)孔，采取有效的加固措施保護(hù)管線，減少地層擾動(dòng)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)選型控制

在此次施工中，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行科學(xué)選擇是重要內(nèi)容。針對(duì)富水粉土粉砂地層的疊交隧道與小凈距下穿有壓給水管道施工、已經(jīng)建設(shè)完成的重疊隧道結(jié)構(gòu)、變形控制等各項(xiàng)要求，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)型進(jìn)行合理配置，要對(duì)盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性進(jìn)行深入分析。從而選擇最佳的疊交隧道段盾構(gòu)機(jī)。在對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，需要根據(jù)具體的地質(zhì)條件在盾構(gòu)機(jī)選擇時(shí)以泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為主。該盾構(gòu)機(jī)可以配置超前徑向注漿系統(tǒng)，同時(shí)，能夠完成同步注漿自動(dòng)稱重功能，具有二次注漿系統(tǒng)、皮帶機(jī)稱重以及螺旋機(jī)防噴涌系統(tǒng)。這些參數(shù)都可以根據(jù)具體的施工要求進(jìn)行優(yōu)化配置，能夠滿足在本標(biāo)段中的施工掘進(jìn)要求。

3.2.2 施工前準(zhǔn)備工作

為了確保施工作業(yè)順利進(jìn)行，需要加強(qiáng)施工前的預(yù)控工作。在施工前需要開(kāi)展會(huì)議討論，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料、控制區(qū)域以及準(zhǔn)確位置關(guān)系和設(shè)備類型、盾構(gòu)管片預(yù)留注漿孔等設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步審核校驗(yàn)，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)富水粉土粉砂地層的損失控制需求，制定有針對(duì)性的施工措施。同時(shí)，要對(duì)沉降預(yù)控措施進(jìn)行科學(xué)制定，加強(qiáng)重疊區(qū)盾構(gòu)推進(jìn)與移動(dòng)式臺(tái)車應(yīng)用管理工作。

3.2.3 施工控制工作

為了保證試驗(yàn)段作業(yè)順利進(jìn)行，在施工過(guò)程中，需要從以下角度出發(fā)，開(kāi)展有效的質(zhì)量管理和技術(shù)控制工作。第一，需要加強(qiáng)試驗(yàn)段關(guān)鍵參數(shù)控制。在左線長(zhǎng)距離重疊下穿給水管時(shí)，可以選擇某區(qū)段作為盾構(gòu)掘進(jìn)的試驗(yàn)段，根據(jù)試驗(yàn)段對(duì)盾構(gòu)施工的土倉(cāng)壓力、推進(jìn)速度、出土量、注漿量、注漿壓力等參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整。同時(shí)，要對(duì)地面監(jiān)測(cè)變形情況進(jìn)行分析，掌握地層損失變化的具體表現(xiàn)，確定盾構(gòu)掘進(jìn)的參數(shù)控制范圍，為穿越管線做好有效準(zhǔn)備。第二，對(duì)超小凈距下穿大直徑有壓給水管進(jìn)行有效控制。在試驗(yàn)段中獲取了控制參數(shù)后，需要對(duì)土倉(cāng)壓力、推進(jìn)速度、出土量、總推力、同步注漿壓力以及注漿量等進(jìn)行驗(yàn)證，確保各參數(shù)能夠有效控制才能開(kāi)展后續(xù)注漿作業(yè)。第三，管線沉降預(yù)控技術(shù)。為了減少在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中引發(fā)的水管沉降量，需要完成地層損失補(bǔ)償，才能夠?qū)崿F(xiàn)加固隧道撐起周圍土體的目的。在此次的注漿過(guò)程中，是以五步注漿補(bǔ)償為主的。在盾構(gòu)機(jī)施工前，需要利用進(jìn)行注漿孔注漿；在盾構(gòu)段尾部為利用同步注漿，填充盾尾；在管片脫出盾尾四環(huán)之后，需要利用補(bǔ)償雙液進(jìn)行注漿施工；管片脫出八環(huán)后也要進(jìn)行補(bǔ)償雙液注漿；管片脫出臺(tái)車后，要進(jìn)行深孔注漿；對(duì)注漿過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以確定利用多次雙液注漿能夠加固土體，防止管線變形。

4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案

在對(duì)移動(dòng)式隧道預(yù)應(yīng)力支撐臺(tái)車進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，要按照先下后上的施工原則，在長(zhǎng)距離疊交盾構(gòu)施工過(guò)程中，上部盾構(gòu)施工會(huì)對(duì)下部已經(jīng)建成的隧道管片結(jié)構(gòu)受力情況產(chǎn)生一定影響，主要表現(xiàn)是卸載作用，會(huì)導(dǎo)致新建隧道襯砌管片變形，同時(shí)，會(huì)使下部建成的隧道出現(xiàn)先沉后隆的變化趨勢(shì)。為了保證下部隧道支撐的安全性，需要利用三角頂推式液壓臺(tái)車對(duì)下部建成的隧道進(jìn)行臨時(shí)加固。在移動(dòng)式預(yù)應(yīng)力支架臺(tái)車支撐和頂推施工過(guò)程中，需要將其移動(dòng)到重疊段就位，并對(duì)各路油缸油壓進(jìn)行調(diào)整，使其根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。為了與盾構(gòu)掘進(jìn)速度相匹配，在盾構(gòu)掘進(jìn)一環(huán)的時(shí)間內(nèi)，臺(tái)車需要進(jìn)行無(wú)卸載頂推移動(dòng)，保證上部盾構(gòu)機(jī)與隧道臺(tái)車移動(dòng)距離的差值在一環(huán)以內(nèi)，并對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)里程、臺(tái)車頂推位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整臺(tái)車頂推力和頂推行程，確保盾構(gòu)機(jī)位于臺(tái)車支撐范圍內(nèi)。在根據(jù)上部隧道盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)情況對(duì)下部隧道支撐臺(tái)車進(jìn)行向前移動(dòng)時(shí)，需要對(duì)地面沉降進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，要對(duì)盾構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將監(jiān)測(cè)資料反饋給操作室，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，保證下部隧道的變形控制在安全范圍內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

在富水軟弱地層近接疊交隧道與小凈距下穿有壓給水管道施工過(guò)程中，需要對(duì)具體的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行深入了解，才能根據(jù)地質(zhì)條件的限制和已有構(gòu)筑物的影響對(duì)具體的施工方案進(jìn)行合理安排。