城市地下盾構(gòu)通道施工對既有地下結(jié)構(gòu)影響及保護研究

摘" 要：隨著國內(nèi)各大城市的快速發(fā)展，現(xiàn)代城市車站人流量逐漸增大，由于車站較大且投入使用時間較早，造成東、西廣場旅客不能互通，常需繞行較遠距離才能到達。解決這一問題的有效途徑之一，就是修建連接東西廣場的地下通道。該研究以鄭州市鄭州火車站東、西廣場北通道為工程實例，利用有限元軟件對地下盾構(gòu)通道的影響進行受力分析和驗證，因為地下軌道交通的快速發(fā)展，地鐵隧道和其他地下結(jié)構(gòu)四通八達，所以連接東、西廣場的地下人行盾構(gòu)通道施工對現(xiàn)有地鐵隧道的影響需要進行詳細分析和驗證。從而有效保障現(xiàn)有地鐵結(jié)構(gòu)的使用安全，使新結(jié)構(gòu)的建筑質(zhì)量和安全性都有較大的提高。

關鍵詞：克泥效；同步注漿；加固注漿；有限元；應力分析

中圖分類號：U455.43" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0157-04

地下人行通道施工能夠有效利用地下空間，避開地面復雜的交通線路，有效緩解人流壓力。鄭州市鄭州火車站東、西廣場北通道地下盾構(gòu)通道與地下既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)相近，采用克泥效工法，同步及二次注漿加固等施工保護技術(shù)對既有結(jié)構(gòu)干擾較小，采用這種技術(shù)施工，可以有效地節(jié)約工期，提高施工質(zhì)量和安全，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。在暗埋隧道中可廣泛使用既有結(jié)構(gòu)的保護施工。

1" 工程概況

北通道全長435.41 m，其中涉鐵段274.06 m，明挖段161.35 m。盾構(gòu)襯砌采用盾構(gòu)法施工的上跨地鐵段上跨鄭州地鐵1號線火車站至二七廣場站區(qū)之間：隧道內(nèi)徑5 500 mm，外徑6 200 mm，襯砌厚度350 mm。采用單層拼裝襯砌，由6片拼裝而成，環(huán)面寬度為1 500 mm。在此北通道盾構(gòu)段上跨地鐵1號線鄭州火車站至二七廣場站區(qū)，穿越位置地鐵左線區(qū)間隧道里程為ZDK18+262.490，右線區(qū)間隧道里程為YDK18+296.054，北通道與地鐵左線、右線隧道平面夾角分別為34.2°、37.1°。北通道垂直凈距最小為2.79 m，隧道左、右線與地鐵區(qū)間垂直凈距最小為3.34 m（圖1）。

2" 施工難點分析及解決措施

2.1" 北通道盾構(gòu)施工存在以下難點問題

1）距離既有地鐵隧道較近，北通道盾構(gòu)施工過程中對隧道變形控制難度大。

2）由于北通道盾構(gòu)施工影響，地鐵區(qū)間隧道受力發(fā)生變化，在附加應力作用下，對地鐵區(qū)間盾構(gòu)管片內(nèi)力、裂縫造成較大影響。

2.2" 具體解決措施

1）北通道上跨地鐵隧道需采用克泥效施工，其原理是將濃度較高的泥水類材料（克泥效水溶液，常用濃度在380～420 kg/m3）和可塑性調(diào)節(jié)劑（水玻璃 40 be'），2種不同的液體分別泵至前盾徑向孔位置處進行加壓。然后用量比取兩液為20∶1的比例混合在一起，形成具有擋水性的膠化體，具有高黏性塑性和支撐力，盾構(gòu)機通過徑向注漿孔在盾體和巖層之間通過一邊掘進的同時向盾體內(nèi)部注入液體，形成有效填充物，防止第三階段掘進時的沉降，也可以對第四階段的沉降進行有效控制（圖2）。

克泥效漿液注點為1點位、15點位的徑向孔洞持續(xù)注漿?？四嘈ё{管在盾構(gòu)前護盾和中護盾的前后點位上，根據(jù)試驗階段的泥效施工經(jīng)驗總結(jié)，可根據(jù)監(jiān)測情況加裝三通球閥，同步注入克泥效，強化盾殼外部的包裹性（圖3）。

2）結(jié)合克泥效工法，在盾構(gòu)機掘進過程中，管片脫離盾尾后，需即刻注入足量且高質(zhì)量的同步注漿漿液。由于同步注漿完成后，漿液在凝固時會發(fā)生體積收縮，部分丟失，管片背面形成空腔，使該區(qū)域地層容易發(fā)生坍塌變形，造成地面沉降，對周圍的建筑構(gòu)筑物造成危害。對此，可通過二次注漿迅速填補管片后的空腔，限制地層變形空間，并加速同步注漿的凝結(jié)速度，從而切實有效控制地面下沉情況（圖4）。

2.3" 設計參數(shù)

1）克泥效將高濃度的泥水材料（克泥效水溶液，常用濃度為380～420kg/m3）與塑性調(diào)整劑（水玻璃 40be'）2種液體分別送至前盾形孔洞，按壓高濃度的泥水材料，然后將2種液體按體積比為20∶1的比例混合。

2）各方用量水泥的同步漿液配比。水泥∶砂∶粉煤灰∶膨潤土∶水=120∶680∶380∶90∶380；將注漿量控制在5 m3左右，初凝時間控制在4～6 h左右。

3）二次注漿先填單漿，再填雙漿（1∶1水泥漿、1∶0.5水玻璃漿），注漿壓力控制在3 bar左右，注漿時長25～36 min。

2.4" 既有地下隧道變形分析

通過采用巖土工程有限元軟件模擬分析本項目施工對下穿區(qū)間隧道工程的影響。模擬隧道的動態(tài)掘進施工過程對既有區(qū)間隧道工程的變形。

根據(jù)東、西廣場地下人行聯(lián)絡通道與地鐵隧道的空間位置關系，采用MIDAS-GTS軟件對北通道盾構(gòu)隧道穿越地鐵區(qū)間隧道建設進行模擬分析，土體采用三維實體單元，本構(gòu)模型采用摩爾庫倫模型（圖5），模型計算所需土層參數(shù)依據(jù)地勘報告中的土層物理力學指標取值，盾構(gòu)管片的計算參數(shù)按建設期混凝土標號選取。因區(qū)間隧道與軌道之間為剛性連接，故將測點布置在隧道上（圖6）。

1）地鐵隧道豎向變形分析。在北通道盾構(gòu)施工穿越地鐵隧道過程中，對地鐵區(qū)間的豎向變形產(chǎn)生一定的影響。地鐵左、右線最大豎向變形為上浮，變形量為1.645 mm和1.683 mm，均滿足豎向變形小于5 mm的變形控制要求。如圖7、圖8所示。

2）地鐵隧道橫向變形分析。根據(jù)計算結(jié)果，地鐵左、右線橫向變形表現(xiàn)為遠離北通道盾構(gòu)方向，最大變形量為-0.409 mm和0.338 mm，均滿足橫向變形小于5 mm的變形控制要求。如圖9所示。

3）根據(jù)計算分析結(jié)果，在施工全過程中選擇變形較大處進行統(tǒng)計，地鐵區(qū)間管片徑向收斂變化趨勢如圖10、圖11所示。

由圖10、圖11數(shù)據(jù)可得，地鐵區(qū)間隧道最大徑向收斂均發(fā)生在北通道與地鐵相交位置，最大徑向收斂值分別為0.435 mm和0.569 mm，均小于10 mm，滿足變形控制要求。

3" 現(xiàn)場施工過程中應注意的事項

3.1" 穿越段克泥效施工控制措施

1）依據(jù)試驗段狀況，精確調(diào)控土倉壓力，使其波動維持在極小范圍，并優(yōu)化渣土改良，保障掌子面的穩(wěn)定狀態(tài)。

2）科學規(guī)劃推進速度，確保全程穩(wěn)定，起止階段應平緩增速或減速，避免速度突變。

3）嚴格把控出土量，基本遵循理論出土量，必要時適度欠挖，維持土體緊密程度，防止超挖引發(fā)地層松動。

4）同步監(jiān)測刀盤正上方與前方的地面狀況，實時掌握沉降或隆起數(shù)據(jù)，據(jù)此靈活調(diào)整土倉壓力與出土量，確保地層穩(wěn)定。

5）管片脫離盾尾瞬間，迅速注入足量優(yōu)質(zhì)的同步注漿漿液，加速膠結(jié)過程，降低漿液損耗，以壓力控制為主、注入量為參考，保證填充效果，減少地層損失，穩(wěn)固盾構(gòu)周邊土體結(jié)構(gòu)。

6）根據(jù)試驗段掘進情況，及時調(diào)整盾構(gòu)機掘進姿態(tài)。

3.2" 同步注漿及二次注漿施工控制措施

1）嚴格按照制定的注漿施工方案和有關注漿的規(guī)范進行施工。

2）嚴格按照配比進行漿液配制。

3）注漿前，需仔細檢查管片狀況，注漿時全程跟蹤觀察。一旦發(fā)現(xiàn)管片破損、位移等異常，即刻停止注漿，并迅速向相關部門報告。

4）注漿中若壓力過高但效果不佳，應馬上檢查注漿泵及管路有無堵塞，及時清理，確保注漿順利進行。

5）注漿期間發(fā)生停機，無論何種原因，都要對注漿泵和管路進行清洗。注漿結(jié)束后，必須做到“工完料清”，將所有機具清潔干凈并歸位擺放。

6）開始注漿前，要確保同步注漿管路的所有球閥處于關閉狀態(tài)，防止?jié){液泄漏等問題。

7）注漿前查看盾尾油脂腔壓力，若壓力不足，適量注入盾尾油脂，保證注漿時盾尾有足夠壓力，防止漏漿。若注入時出現(xiàn)盾尾漏漿，暫停5～10 min后再重新注入，確保注漿質(zhì)量與施工安全。

4" 現(xiàn)場實際效果

本項目已施工完成段結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示既有地鐵隧道豎向、橫向變形及徑向收斂均在設計控制變形值范圍內(nèi)，施工效果良好。

5" 結(jié)論

通過本項目的研究及實踐經(jīng)驗，可以得出以下結(jié)論：

1）為減小對地下既有結(jié)構(gòu)影響，盾構(gòu)施工采用克泥效注漿加固頂進及同步注漿、二次注漿等補償措施，增加土體剛度、承載能力及變形能力，保證地下既有結(jié)構(gòu)使用安全，此方法可應用到其他結(jié)構(gòu)施工中。

2）保障施工整體過程的安全可靠，可通過應用仿真計算、結(jié)構(gòu)設計與工程實際相結(jié)合，有效控制施工過程中地表沉降、管線沉降、地下既有結(jié)構(gòu)變形等各工序施工技術(shù)、質(zhì)量控制。

3）以上措施均應進行理論計算和現(xiàn)場試驗后實施，以滿足預設的施工效果及安全。

參考文獻：

[1] 趙克生，肖昌軍.北京地鐵10號線勁松站頂縱梁施工技術(shù)[J].鐵道標準設計，2008（12）：234-236.

[2] 曾冰海.洞樁法（PBA）暗挖多跨地鐵車站扣拱施工[J].隧道建設，2010，30（4）：456-460.

[3] 黃瑞金.地鐵淺埋暗洞樁法車站扣拱施工技術(shù)[J].地下空間與工程學報，2007（2）：268-271，276.

[4] 劉華良，石建軍，寧嚴慶.自密實混凝土測試方法與技術(shù)研究[J].混凝土，2008（3）：90-93.

[5] 劉鵬，單海軍.自密實混凝土在組合結(jié)構(gòu)中的應用[J].山西建筑，2008，32（4）：179-180.

[6] 馮萬慧，何鳳奎.自密實混凝土在地鐵頂縱梁上的應用及質(zhì)量控制[J].北方交通，2011（1）：62-64.

Abstract： With the rapid development of major cities in China， the flow of people at modern urban stations has gradually increased. Due to the large size of the stations and their early operation， passengers in the east and west squares cannot communicate with one another， and they often have to detour long distances to reach them. One of the effective ways to solve this problem is to build an underground passage connecting the east and west squares. This study takes the north passage of the east and west squares of Zhengzhou Railway Station in Zhengzhou City as an engineering example， and uses finite element software to analyze and verify the impact of the underground shield passage. Because of the rapid discovery of underground rail transportation， subway tunnels and other underground structures extend in all directions， the impact of the construction of the underground shield pedestrian passage connecting the east and west squares on the existing subway tunnel needs to be analyzed and verified in detail. This effectively ensures the safety of the existing subway structure and greatly improves the building quality and safety of the new structure.

作者簡介：紀彥飛（1983-），男，高級工程師，副總經(jīng)理。研究方向為城市區(qū)域施工對既有地下結(jié)構(gòu)影響及保護。