盾構(gòu)機(jī)近距離穿越既有運(yùn)營線施工工法研究

康清松

1.工程簡介

蘇州地鐵3號線14標(biāo)穿越1號線運(yùn)營隧道為東方之門站～金雞湖西站區(qū)間，每日運(yùn)營時間為6：39-22：37，行車間隔8分50秒，該已運(yùn)營的地鐵1號線與施工的地鐵3號線平面上基本正交，垂直距離為2.3～2.5m，地鐵1號線運(yùn)營隧道上方3.837m為東方之門站地下過街通道，地鐵1號線運(yùn)營隧道上部覆土厚度為9.058m，3號線需垂直交叉下穿已運(yùn)營的地鐵1號線，且不影響地鐵1號線的正常運(yùn)營。

2.施工前期準(zhǔn)備

2.1技術(shù)準(zhǔn)備

（1）穿越運(yùn)營線隧道前，由技術(shù)負(fù)責(zé)人牽頭，組織相關(guān)人員對穿越段區(qū)間情況進(jìn)行調(diào)查，掌握運(yùn)營隧道現(xiàn)狀。編制有針對性的監(jiān)測方案，施工前所得初始數(shù)據(jù)為三次觀測數(shù)值的平均值，以保證原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在盾構(gòu)穿越期間，每隔1～2h上傳一次監(jiān)測數(shù)據(jù)。以實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)盾構(gòu)施工。待盾構(gòu)穿越后，沉降趨于穩(wěn)定時，逐漸減少監(jiān)測頻率，并恢復(fù)正常監(jiān)測，待地面穩(wěn)定后停止監(jiān)測。

（2）建立信息化檢測系統(tǒng)。洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、分析、反饋的及時性，對盾構(gòu)機(jī)順利穿越既有運(yùn)營線可以提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。采用自動化程度和精度高的遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測系統(tǒng)對既有運(yùn)營線的結(jié)構(gòu)變形和軌道變形進(jìn)行24小時的即時監(jiān)控量測。對地鐵運(yùn)營線路的自動化監(jiān)測頻次為60分鐘/次，當(dāng)施工影響較大或出現(xiàn)變形征兆時需加大監(jiān)測頻次，以10-20分鐘/次為宜。

2.2機(jī)械設(shè)備配置

（1）區(qū)間隧道掘進(jìn)機(jī)械：采用1臺土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。

（2）配備地面拌漿系統(tǒng)1套，二次注漿系統(tǒng)1套，鉆孔機(jī)2臺（50KW），注漿泵2臺（25KW），空壓機(jī)2臺，灰漿攪拌機(jī)2臺。

3.施工工藝及流程

3.1機(jī)械性能檢測

盾構(gòu)穿越前，由機(jī)電部門對盾構(gòu)性能進(jìn)行全面檢查，需檢查的相關(guān)部位如下：

（1）前盾：螺旋輸送機(jī)進(jìn)行空轉(zhuǎn)調(diào)試；土壓傳感器要密封完好，確保能正確反映土壓力；主驅(qū)動齒輪油循環(huán)系統(tǒng)要定期維護(hù)清潔齒輪，油熱交換器要檢查齒輪油油位和濾芯。

（2）中盾：人閘密封性要完好，控制面板功能正常；多點(diǎn)泵中限位器要正常工作；氣動隔膜泵球閥能正常使用，管道要清潔。

（3）盾尾：盾構(gòu)密封刷在試拼過程中不存在漏水現(xiàn)象；拼裝機(jī)驅(qū)動齒輪、齒圈及時添加潤滑脂，防塵密封完好；管片吊機(jī)能正常工作。

3.2優(yōu)化管片設(shè)計(jì)

對垂直穿越區(qū)段前后24米范圍內(nèi)采用E型特殊加強(qiáng)襯砌管片。在鄰接塊和標(biāo)準(zhǔn)塊各增加2個注漿孔，由原普通段每環(huán)管片6個注漿孔增至16個注漿孔，盾構(gòu)穿越后用于地層全斷面注漿加固，減小地面沉降。

3.3施工工藝

3.3.1設(shè)置試驗(yàn)段

下穿既有運(yùn)營隧道之前設(shè)置兩個100環(huán)區(qū)段作為盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)段，在試驗(yàn)區(qū)段地面布置較密的監(jiān)測點(diǎn)，通過調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，及時收集不同掘進(jìn)參數(shù)所對應(yīng)的地面沉降值。通過對試驗(yàn)段的掘進(jìn)參數(shù)比對，確定盾構(gòu)穿越既有運(yùn)營線的相關(guān)掘進(jìn)參數(shù)。

3.3.2土壓力控制

正面土壓力直接影響切口及前方位置的地表變化，該施工區(qū)段土層為黏土等低滲透性土體，依據(jù)計(jì)算公式計(jì)算土壓力：

P=K（γH+q）

K-為土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，γ-為土的有效重度，KN/m?；

H-隧道覆土厚度，q為地面超載KPa。

該工程土壓力P1=1.96Bar

依據(jù)計(jì)算出的土壓力，同時考慮動荷載相關(guān)外部因素的干擾，確定施工實(shí)際土壓力控制數(shù)據(jù)，在盾構(gòu)穿越既有線運(yùn)營隧道過程中必須嚴(yán)格控制土壓力，保持掌子面土壓力動態(tài)平衡，減少土體擾動。施工過程中根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時進(jìn)行調(diào)整。同時必須嚴(yán)格控制與切口平衡壓力有關(guān)的施工參數(shù)，如出土量、推進(jìn)、速度、總推力、實(shí)際土壓力作用范圍設(shè)定土壓力波動的差值等。防止超挖、欠挖盡量減少平衡壓力的波動。

3.3.3推進(jìn)參數(shù)控制

盾構(gòu)接近、到達(dá)既有運(yùn)營線隧道下方時，按照實(shí)際情況適時準(zhǔn)確降低土壓力。土壓力波動值盡量較小，減少地層擾動?？紤]前期施工過程土倉壓力設(shè)定及試驗(yàn)段參數(shù)匯總情況，將穿越時土倉壓力預(yù)設(shè)在2.4～2.5bar（現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時調(diào)整）；刀盤轉(zhuǎn)速1.0rpm；刀盤貫入量15～50mm/r；刀盤扭矩800～1200KNM；總推力1000t～1300t；掘進(jìn)速度40～50mm/min。勻速推進(jìn)，每班按照4環(huán)掘進(jìn)，施工中嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，有效控制地面沉降。盾構(gòu)掘進(jìn)盡量做到均衡施工，減少對周圍土體的擾動，優(yōu)化盾構(gòu)施工各工序銜接時間，避免在途中有較長時間停頓。

3.3.4出土量控制

盾構(gòu)下穿既有運(yùn)營線隧道前后30m掘進(jìn)土體損失量應(yīng)控制在0.5%以內(nèi)，一旦出現(xiàn)較大的超挖現(xiàn)象，可能出現(xiàn)正面巖土失穩(wěn)、坍塌。施工時必須在土壓平衡狀態(tài)下進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，過程中通過自動稱重設(shè)備對出土方量進(jìn)行精準(zhǔn)測量，比對設(shè)計(jì)出土量嚴(yán)格控制出土量。穿越過程中將每環(huán)的出土量控制在理論出土量的97%-98%之間。

3.3.5同步注漿

同步注漿注漿壓力應(yīng)控制在0.3～0.4Mpa，注漿量≥2.6m?/環(huán)，并根據(jù)地面監(jiān)測數(shù)據(jù)和地鐵1號線監(jiān)測數(shù)據(jù)情況在下穿過程中進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物同步注漿配比見表：同步注漿配比。

3.3.6二次注漿

二次注漿可以使盾尾建筑空隙得到及時填充，可以有效控制地層變形及地表沉降。在穿越既有運(yùn)營線隧道時，需在既有線下方越前20環(huán)及穿越后10環(huán)范圍內(nèi)進(jìn)行全斷面注漿加固。盾尾脫出管片5環(huán)左右開始進(jìn)行全斷面，注漿范圍為管片外徑往外2.5m。在穿越隧道采用特殊環(huán)管片，在管片原有6個吊裝孔增加10個注漿孔。全斷面注漿采用水泥、水玻璃雙液注漿。水泥液注漿材料采用普通P.O42.5水泥；水玻璃模數(shù)2.5～3.3，濃度30～45波美度。水泥漿與水玻璃體積比為1：1，水玻璃用水稀釋1：3，水泥漿水灰比1：1。

4.既有運(yùn)行線路的保護(hù)

盾構(gòu)穿越既有運(yùn)營線路期間，需對既有線路采取保護(hù)措施，通過安裝護(hù)軌的方式對既有線進(jìn)行保護(hù)。在影響區(qū)域60m范圍的原軌道鋼軌上加裝防脫護(hù)軌，共計(jì)安裝120m（上、下行單側(cè)各60m）。護(hù)軌用接頭夾板連接，軌縫為8mm±1mm。端部護(hù)軌起（終）點(diǎn)處護(hù)軌頂面應(yīng)低于線路鋼軌頂面，且應(yīng)低于20mm以上。應(yīng)按護(hù)軌折彎部確定端部護(hù)軌與支架的位置關(guān)系。護(hù)軌要安裝加固牢固，防止運(yùn)營過程中脫落。