盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線工程參數(shù)分析

雷海明

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600)

0 引言

在現(xiàn)代城市建設(shè)和交通發(fā)展中,隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人口的增加,交通擁堵問(wèn)題日益突出,對(duì)城市的發(fā)展和人們的生活造成了嚴(yán)重影響。為了解決交通擁堵問(wèn)題,政府部門(mén)和交通建設(shè)單位紛紛采取盾構(gòu)技術(shù)來(lái)進(jìn)行地下線路建設(shè),這一技術(shù)由于具有施工周期短、效率高、資源占用少等優(yōu)點(diǎn),成為城市軌道交通建設(shè)的首選技術(shù)。然而,隨著城市地下空間的日益擁擠和建設(shè)條件的復(fù)雜化,盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線工程在實(shí)施過(guò)程中面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。首先,施工區(qū)域狹小,環(huán)境復(fù)雜,對(duì)施工機(jī)械和設(shè)備的要求較高。其次,隧道施工會(huì)對(duì)既有線路的運(yùn)營(yíng)造成一定的影響,需要制定合理的施工方案和嚴(yán)格的安全措施。此外,隧道施工過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲等對(duì)周邊環(huán)境造成的影響,需要進(jìn)行有效的治理和控制。為了保證盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線工程的順利進(jìn)行,提高施工效率和質(zhì)量,減少對(duì)既有線路的影響,需要對(duì)工程參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析和設(shè)計(jì)。本文將對(duì)盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線工程的施工參數(shù)進(jìn)行分析,包括隧道設(shè)計(jì)參數(shù)、盾構(gòu)機(jī)參數(shù)、施工方案參數(shù)等。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行綜合考慮和優(yōu)化設(shè)計(jì),可以提高工程的施工效率和質(zhì)量,減少對(duì)既有線路的影響,為城市交通建設(shè)提供有力保障。通過(guò)對(duì)盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線工程參數(shù)的分析,可以為工程設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持,為實(shí)現(xiàn)城市交通的快速發(fā)展和改善人們出行條件做出貢獻(xiàn)。同時(shí),也為國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)工程的研究和應(yīng)用提供參考和借鑒,推動(dòng)盾構(gòu)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 盾構(gòu)區(qū)間概述

西安地鐵六號(hào)線二期工程廣濟(jì)街站—鐘樓站區(qū)間左線起止里程ZCK33+690.600—CK34+441.660,左線長(zhǎng)750.126 m。右線起止里程YCK33+690.600—CK34+497.901,右線長(zhǎng)807.392 m。區(qū)間主要采用盾構(gòu)法施工,左右線分開(kāi)呈魚(yú)腹式繞避鐘樓進(jìn)入鐘樓站,沿途側(cè)穿世紀(jì)金花廣場(chǎng)、開(kāi)元商城、地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道等重要建構(gòu)筑物。

盾構(gòu)左線隧道在ZDK34+243.73—ZDK34+249.73(369環(huán)～373環(huán))下穿地鐵2號(hào)線右線區(qū)間隧道,垂直凈距為8.299 m,在ZDK34+312.598—ZDK34+318.598(415環(huán)～418環(huán))下穿地鐵2號(hào)線左線隧道,垂直凈距為6.00 m;盾構(gòu)右線隧道在YDK34+246.075—YDK34+252.075(371環(huán)～375環(huán))處下穿地鐵2號(hào)線右線區(qū)間隧道,垂直凈距為5.742 m,YDK34+307.966—YDK34+313.966(412環(huán)～416環(huán))下穿地鐵2號(hào)線左線隧道,垂直凈距為3.99 m[1]。

下穿段隧道平曲線線形為右轉(zhuǎn)R=350 cm,豎曲線線性為29‰上坡掘進(jìn),既有地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道在6號(hào)線盾構(gòu)下穿時(shí)正常運(yùn)行,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)。關(guān)系圖如圖1所示。

1.2 既有線水文地質(zhì)情況

盾構(gòu)下穿部位主要存在潛水,水位距6號(hào)線隧道拱頂9.7 m,距隧底15.7 m。既有線的變形控制及監(jiān)測(cè)要求見(jiàn)表1。

表1 既有2號(hào)線隧道主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和控制值[2]

2 盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線前參數(shù)確定

2.1 試驗(yàn)段劃分

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙地質(zhì)剖面圖及現(xiàn)場(chǎng)情況,試驗(yàn)段選擇與下穿區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)相同的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行,將風(fēng)險(xiǎn)源控制區(qū)劃分為試驗(yàn)段和穿越段,具體劃分如圖2所示。

2.2 試驗(yàn)段工程參數(shù)預(yù)設(shè)

根據(jù)施工進(jìn)度,左線盾構(gòu)區(qū)間下穿2號(hào)線期間,施工計(jì)劃如下(正常施工段10環(huán)/d～12環(huán)/d,穿越段8環(huán)/d)。

本次試驗(yàn)段初始設(shè)定盾構(gòu)參數(shù)及技術(shù)措施見(jiàn)表2。

表2 初始設(shè)定盾構(gòu)參數(shù)

盾構(gòu)下穿2號(hào)線前首先須對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,施工中再根據(jù)各種參數(shù)的使用效果及地質(zhì)條件變化在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。須設(shè)定的參數(shù)主要有土壓力、推力、刀盤(pán)扭矩、推進(jìn)速度及刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、出土量、同步注漿壓力、添加劑使用量等。

2.2.1 土壓力設(shè)定

盾構(gòu)下穿2號(hào)線時(shí),隧道頂部覆土厚度約23.4 m～25.4 m,土的平均重度取19 kN/m3,根據(jù)正面平衡壓力公式:P=k0γh,k0取0.3,代入公式得上部土壓力理論值P≈140 kPa。盾構(gòu)在下穿過(guò)程中,根據(jù)2號(hào)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隆起或沉降變化,動(dòng)態(tài)微調(diào)土壓力。

2.2.2 出土量的設(shè)定

本工程使用的管片外徑為6 000 mm,環(huán)寬為1 500 mm。刀盤(pán)的直徑為6 280 mm。

每環(huán)的出土量:

C=π·L·(D/2)2。

其中,D為刀盤(pán)直徑;L為管片環(huán)寬。

代入計(jì)算式計(jì)算出每環(huán)出土量為46.43 m3,由于渣土中有泥水及泡沫添加劑,在運(yùn)輸組織設(shè)計(jì)中,按50 m3～53 m3考慮。每環(huán)出土量直接反映了盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)施工過(guò)程中的超挖情況,當(dāng)超挖較多時(shí),會(huì)使出土量驟增。在掘進(jìn)過(guò)程中,必須嚴(yán)格控制每環(huán)的出土量,并作好記錄。

2.2.3 盾構(gòu)同步注漿

本區(qū)間同步漿液應(yīng)具有一定強(qiáng)度、和易性、可填充性、凝結(jié)時(shí)間。同步漿液初凝時(shí)間不得超過(guò)6 h。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,施工前需對(duì)漿液配合比進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)確定其滿足設(shè)計(jì)要求,若不滿足要求,則調(diào)整漿液配比并繼續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn),直至滿足設(shè)計(jì)要求后方可使用。同步注漿配比表如表3所示。

表3 同步注漿配比表(每立方米)[3]

每推進(jìn)一環(huán)的建筑空隙為:1.5×(6.28-6.0)/4=4.05 m3。

每環(huán)的壓漿量初步按建筑空隙的130%～150%計(jì)算,即每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量一般為5 m3～6 m3, 注漿壓力一般不超過(guò)0.4 MPa。

2.2.4 二次注漿

1)二次注漿主要采用水泥漿,特殊情況下,采用水泥、水玻璃雙液漿。通過(guò)管片對(duì)隧道間隙進(jìn)行注漿填充。

2)水泥漿配比:m(水泥)∶m(水)=1∶1。

3)雙液漿配比:m(水泥)∶m(水玻璃)=1∶1。

4)注漿壓力、注漿量:壓力控制為0.4 MPa～0.5 MPa,同時(shí)加強(qiáng)建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)和隧道變形監(jiān)測(cè),密切關(guān)注管片錯(cuò)臺(tái),確保成型隧道安全。

5)水玻璃模數(shù):2.6～2.8,波美度:39～48之間。

6)凝結(jié)時(shí)間:20 s～30 s。

7)管片脫出盾尾每5環(huán)后進(jìn)行二次注漿,并多次重復(fù)注漿,確?？障侗蝗刻畛涿軐?shí)。

8)當(dāng)注漿壓力達(dá)到要求值時(shí)即停止壓注雙液漿,另壓注膨潤(rùn)土漿液10 s,確保次注漿孔下次重復(fù)使用,然后更換下一個(gè)注漿孔。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程及參數(shù)總結(jié)

根據(jù)施工方案擬定的廣濟(jì)街站—鐘樓站左線下穿2號(hào)線試驗(yàn)段為316環(huán)～355環(huán),盾構(gòu)掘進(jìn)主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

根據(jù)折線圖,此次316環(huán)～341環(huán)試驗(yàn)段施工掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)范圍如表4所示。

表4 316環(huán)～341環(huán)試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)

3 盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線試驗(yàn)段結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)段結(jié)果

3.1.1 拼裝推進(jìn)軸線偏差測(cè)量

測(cè)量人員已完成試驗(yàn)段管片軸線偏差測(cè)量,成果均在規(guī)范要求范圍內(nèi),最大水平偏差為32環(huán),-23.1 mm;最大垂直偏差為330環(huán),-12.1 mm;最大上浮為332環(huán),51.4 mm。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

根據(jù)管片姿態(tài)測(cè)量結(jié)果,上浮量主要為35 mm～45 mm,后續(xù)施工推進(jìn)過(guò)程可將垂直控制在-35 mm～-45 mm,滿足成型隧道控制0 mm～10 mm。

3.1.2 監(jiān)控量測(cè)情況

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),地表及過(guò)街通道沉降數(shù)據(jù)如下:

地下通道沉降速率最大為-0.12 mm(DXTDJGC-03),累計(jì)沉降最大為-0.29 mm(DXTDJGC-04);地表沉降速率最大為-0.35 mm(DBCZ33+850),累計(jì)沉降最大為-5.52 mm(DBCZ33+870)。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)地表及建筑物沉降數(shù)據(jù)如表6,表7所示。

表6 地表沉降點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

表7 建筑物沉降點(diǎn)統(tǒng)計(jì)[5]

3.2 結(jié)果分析與討論

左線試驗(yàn)段掘進(jìn)期間的地表及建筑物(地下通道)沉降變化試驗(yàn)段的數(shù)據(jù)收集、分析:

1)地表沉降:地表沉降速率變化-0.35 mm～0.57 mm,累計(jì)沉降最大為-6.25 mm。

2)建筑物(地下通道):沉降速率變化0.20 mm～-0.30 mm,累計(jì)沉降最大為-1.05 mm。

即:在此段盾構(gòu)施工中,地表沉降速率變化控制在-0.35 mm～0.57 mm,建筑物(地下通道)沉降速率變化在0.20 mm～-0.30 mm。均在可控范圍內(nèi),滿足盾構(gòu)過(guò)建筑物(地下通道)的要求。

4 盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線正式穿越的參數(shù)擬定

4.1 分析及改進(jìn)正式穿越的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

結(jié)合試驗(yàn)段的監(jiān)測(cè)情況,經(jīng)過(guò)分析并改進(jìn)得出適用于正式穿越的盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)如表8所示。

表8 正式穿越的盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)

4.2 正式穿越的監(jiān)測(cè)情況及總結(jié)

6號(hào)線二期盾構(gòu)區(qū)間于2021年8月7日對(duì)既有線穿越。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示:既有區(qū)間的沉降速率最大為-0.30 mm,累計(jì)沉降最大為-1.05 mm;地表沉降速率最大為-0.44 mm,累計(jì)沉降最大為-6.25 mm(見(jiàn)圖4,圖5)。

經(jīng)過(guò)盾構(gòu)試驗(yàn)段施工及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,通過(guò)優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù),在施工過(guò)程中管片脫出盾尾每5環(huán)后及時(shí)進(jìn)行二次注漿,既有線的最大累計(jì)沉降僅為-1.05 mm,地表沉降最大為-6.25 mm,均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)的允許值。

5 結(jié)論

根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線的結(jié)果,可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)地質(zhì)條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了顯著影響:地質(zhì)條件是盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線試驗(yàn)中最重要的因素之一。如果地質(zhì)條件復(fù)雜、地層不穩(wěn)定或存在較大的水位問(wèn)題,將對(duì)施工過(guò)程和結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。

2)盾構(gòu)機(jī)的選擇和性能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響:盾構(gòu)機(jī)的選擇是盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線試驗(yàn)中另一個(gè)關(guān)鍵因素。盾構(gòu)機(jī)的性能、適應(yīng)性和操作控制水平將直接影響到施工過(guò)程的穩(wěn)定性和效果。合理選擇和調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的相關(guān)參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的順利實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

3)盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線的變形和位移控制:在試驗(yàn)中,關(guān)注盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線的變形和位移控制是非常重要的。通過(guò)合理設(shè)置支護(hù)體系、控制注漿壓力、提前檢測(cè)變形和采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施等方式,可以有效降低下穿過(guò)程中的變形和位移。

4)設(shè)備和工藝的改進(jìn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的提升起到了積極作用:通過(guò)試驗(yàn),可以發(fā)現(xiàn)一些設(shè)備和工藝上的不足之處,進(jìn)而改進(jìn)和優(yōu)化。例如,提升注漿設(shè)備的效率、改進(jìn)施工工藝流程以及優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)等,都可以對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的順利實(shí)現(xiàn)起到積極的推動(dòng)作用。

綜上所述,盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線的結(jié)果分析是一個(gè)綜合的工作,需要綜合考慮地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)的選擇和性能、變形和位移控制以及設(shè)備和工藝的改進(jìn)等因素。通過(guò)科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié),可以為盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線的工程施工提供指導(dǎo)和參考。