盾構(gòu)隧道下穿既有線沉降控制技術(shù)的研究

周國棟

摘要：對于新建盾構(gòu)區(qū)間穿越既有線的精細(xì)化管控，保障既有線路的結(jié)構(gòu)安全和正常運營，成為當(dāng)前地鐵盾構(gòu)施工的重點研究課題。為深入研究新建盾構(gòu)下穿既有運營地鐵線路的合理技術(shù)措施，結(jié)合北京地鐵近 5 年盾構(gòu)下穿既有線施工經(jīng)驗，詳細(xì)分析12 號線西壩河站至三元橋站區(qū)間近距離（2. 18 m）連續(xù)下穿既有10號線、機場線盾構(gòu)區(qū)間工程實例，研究為沉降控制的精細(xì)化管控措施，為類似穿越施工提供施工經(jīng)驗及參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;盾構(gòu)施工;微沉降控制;精細(xì)化管控

引言

隨著我國城市軌道交通建設(shè)的進一步發(fā)展，新的地鐵線路將越來越多地穿越城市中心，建設(shè)所面臨的環(huán)境條件也越來越復(fù)雜。目前，北京地鐵建設(shè)已進入網(wǎng)絡(luò)加密和完善階段。新線路的規(guī)劃將不可避免地進入一般的城市道路、繁華的商業(yè)區(qū)或狹窄的街道。既有建筑物對線路選擇的限制越來越嚴(yán)重。如果盾構(gòu)隧道在復(fù)雜環(huán)境下施工，對既有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有很大影響，導(dǎo)致其安全性和使用功能無法得到保證，將造成巨大的損失和不良的社會影響。因此，如何控制隧道開挖對既有線穩(wěn)定性的影響是近年來盾構(gòu)施工面臨的一個重要問題。

1概述

近年來，隨著軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，北京、上海、廣州等特大城市的軌道交通建設(shè)對傳遞功能的要求越來越高，交叉路口的建設(shè)風(fēng)險也越來越大。多次穿越既有地鐵線路已逐漸成為規(guī)范化的設(shè)計和施工方案。以北京為例，2017年至2020年，共有14條新地鐵盾構(gòu)區(qū)間穿越既有線路。根據(jù)規(guī)劃，北京軌道交通建設(shè)線路的節(jié)點站和區(qū)間交叉口數(shù)量將在2050年左右達(dá)到118個。因此，對于盾構(gòu)穿越既有線路等特殊一級風(fēng)險源，如何控制新線對既有線路的影響，精細(xì)控制上拔和沉降值，確保既有線路的正常運營安全，已成為當(dāng)前盾構(gòu)施工研究的重點課題。

1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外學(xué)者對盾構(gòu)穿越施工沉降控制做了大量的研究，主要集中在理論模型、數(shù)值分析、現(xiàn)場和模型試驗研究等方面，并形成了大量的成果來指導(dǎo)實際施工。汪洋等以廣州地鐵3號線區(qū)間盾構(gòu)隧道為課題背景，通過數(shù)值模型分析計算和類似模擬試驗，研究了既有線正交地道在隧道施工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，并得出了既有隧道結(jié)構(gòu)在正交下穿過程中的變形規(guī)律。

既有隧道下盾構(gòu)隧道施工受地質(zhì)水文條件和位置關(guān)系的影響，特別是對于短距離連續(xù)穿越工程，準(zhǔn)確控制既有運營線施工引起的變形非常重要。結(jié)合北京地鐵既有線盾構(gòu)隧道近三年的施工經(jīng)驗，以北京地鐵12號線既有10號線西壩河站三元橋站盾構(gòu)段和機場線工程2020年12月為背景，本文通過數(shù)值模擬分析和現(xiàn)場開挖參數(shù)優(yōu)化，研究了穿越既有線的微沉降控制技術(shù)，通過合理的技術(shù)參數(shù)優(yōu)化和實施，可以有效地保證既有線下盾構(gòu)段的運營安全。

1.2穿越既有線新建盾構(gòu)段概況

隨著技術(shù)措施的完善和施工經(jīng)驗的積累，沉降控制水平也在逐步提高。2020年既有線穿越施工，平均沉降控制在-1mm以內(nèi)，穿越期間最大沉降也小于1.8mm。

2盾構(gòu)穿越施工風(fēng)險管理措施

根據(jù)近年來的數(shù)據(jù)，北京地鐵建設(shè)的風(fēng)險系統(tǒng)建設(shè)、精細(xì)化管理和智能化平臺應(yīng)用落后于新建盾構(gòu)穿越既有線零沉降的趨勢。目前，北京軌道交通盾構(gòu)施工主要采用以下兩種安全風(fēng)險管理體系。

2.1安全風(fēng)險監(jiān)控平臺

開展盾構(gòu)施工過程中的安全風(fēng)險控制，建立以安全風(fēng)險狀態(tài)評價為核心的綜合預(yù)警發(fā)布機制，強化現(xiàn)場預(yù)防、預(yù)控和綜合分析的效果，大大提高風(fēng)險處置水平。同時，利用信息技術(shù)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時上傳、巡邏信息的實時上報、視頻圖像的實時觀看、盾構(gòu)數(shù)據(jù)的實時傳輸、預(yù)警信息的實時發(fā)布等手段，完善信息上報環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)各級安全風(fēng)險監(jiān)控信息的實時共享，提高管控效率，便于及時發(fā)現(xiàn)和處置風(fēng)險。

2.2盾構(gòu)施工實時管理系統(tǒng)

盾構(gòu)施工參數(shù)遠(yuǎn)程實時顯示，主要施工參數(shù)自動預(yù)警，盾構(gòu)施工數(shù)據(jù)相關(guān)統(tǒng)計分析，便于分類通過對盾構(gòu)施工全過程及可能出現(xiàn)的各種問題的分析，還可以展示盾構(gòu)段的工程進度和重要風(fēng)險項目，控制盾構(gòu)段的整體風(fēng)險分布，明確控制重點，統(tǒng)計盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的材料消耗，并對盾構(gòu)施工質(zhì)量進行監(jiān)控。

3施工措施

3.1 土壓力設(shè)定及控制

土壓力的設(shè)定是為了保持開挖面上土壤的穩(wěn)定性，即設(shè)定值盡可能接近天然土壤的側(cè)向自重應(yīng)力。根據(jù)開挖面靜土壓力和主動土壓力的計算，考慮初始壓力10～20kPa，推進土壓力控制在0.09～0.12MPa。

3.2開挖速度和開挖量的設(shè)置

穿越過程中，盾構(gòu)掘進速度控制在10～15cm/min，連續(xù)穩(wěn)定;每個環(huán)的總開挖量應(yīng)控制在43～45m3。必要時，適當(dāng)調(diào)整開挖速度，以滿足土壓力控制的要求。

3.3同步灌漿

同步灌漿采用水泥砂漿，每圈同步灌漿量大于4～6m3，確保灌漿量達(dá)到理論孔隙體積的140%以上。為保證灌漿壓力具有足夠灌漿體積的最小值，并與開挖罐內(nèi)土壓力相匹配，計劃同步灌漿壓力為0.2～0.3MPa。灌漿速度與盾構(gòu)掘進速度一致。

3.4聚氨酯隔離環(huán)的設(shè)置

在左右線交叉段的前端和端部（隧道全斷面的360°）的5個環(huán)的范圍內(nèi)注入速凝聚氨酯材料，用于防止盾構(gòu)在穿越段掘進過程中同步注漿泥漿竄槽造成泥漿流失，保證注入的泥漿在隔離環(huán)之間凝結(jié)，起到良好的充填、支護和加固作用。在穿越段開挖過程中，為保證同步灌漿漿液的效果，穿越段每4圈設(shè)置一道聚氨酯隔離圈。

3.5其他措施

1）在掘進過程中加強盾尾密封脂的注入，確保盾尾密封效果良好。

2）加強施工過程中的監(jiān)視和測量，準(zhǔn)確及時地掌握施工情況，根據(jù)監(jiān)測信息合理調(diào)整施工參數(shù)。

3）嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，提高管片受力和防水質(zhì)量。盾構(gòu)推力、扭矩和驅(qū)動速度應(yīng)穩(wěn)定，驅(qū)動應(yīng)連續(xù)。當(dāng)機器穿過地鐵15段時，嚴(yán)禁停車。

4結(jié)論與建議

針對新建地鐵盾構(gòu)隧道近距離穿越既有地鐵隧道的風(fēng)險，以數(shù)值模擬計算為輔助手段，通過對既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)及上表面實測位移變化的分析，對盾構(gòu)近距離穿越既有地鐵隧道的沉降控制提出以下建議。

1）設(shè)置試驗段，采用擬定方案進行試挖，并通過監(jiān)測進行檢查調(diào)整。

2）在上、下隧道結(jié)構(gòu)間土層較薄的情況下，本穿越設(shè)置的聚氨酯隔離圈和泥漿控制產(chǎn)品的注入，對既有線路的沉降控制起到了非常積極的作用，既有隧道沉降控制在3mm以內(nèi)。

3）建筑物凈空的存在是不可避免的，不可避免地會引起一定的沉降，這部分沉降在盾構(gòu)施工過程中比較顯著。引起的沉降直接關(guān)系到灌漿量和漿液質(zhì)量。通過合理提高注漿量和漿液質(zhì)量，可減少該部位的沉降。

4）適當(dāng)增加推進土壓力，加強土體改良效果，適當(dāng)提高推進速度，盡量保持連續(xù)均勻推進，可以減少對土層的擾動，提高沉降控制效果。

5）充分利用監(jiān)測反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工方案，有利于控制既有隧道結(jié)構(gòu)和地表沉降。

參考文獻：

[1]丁智，魏新江，魏綱. 盾構(gòu)隧道與鄰近結(jié)構(gòu)物相互影響研究分析[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報，2007（15）：644 - 649.

[2]王占生，王夢恕. 盾構(gòu)施工對周圍建筑物的安全影響及處理措施[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報，2002，12（2）：45 - 49.

[3]李強，曾德順. 盾構(gòu)施工中垂直交叉隧道變形的三維有限元分析[J]. 巖土力學(xué)，2001，22（3 ）：334 - 338.