區間隧道盾構穿越建構筑物保護方案與掘進控制的研究

徐毅興

中鐵上海工程局集團有限公司城市軌道交通工程分公司，安徽合肥 230000

近年來，盾構施工方法在城市軌道交通建設中的應用越來越廣泛，尤其隧道處于比較差的地層條件時。城市中具有密集的建筑物及管網，盾構隧道施工過程中極有可能鄰近或穿越既有建構筑物，加之高層建筑物、大直徑燃氣管線較多的存在于城市內部，而軌道交通展點需要連接高層商業中心，使盾構隧道穿越建構筑物的安全風險程度提高，因而施工期間必須要制定科學的保護建構筑物的方法及控制掘進的措施，以提升安全性。

1 工程概況

本文以合肥市軌道交通3號線土建TJ04標段區間盾構隧道工程為實例，該標段區間盾構隧道掘進時，土壓平衡盾構機共使用兩臺。芙蓉路站-習友路站區間內，157#、7#盾構機在合肥-伊寧高速公路橋（以下簡稱合寧高速橋）合肥-福州高速鐵路橋（以下簡稱合福高鐵橋）、各有2次側穿，穿越處分別為K6+855.0 00～K6+893.000、K6+914.997～K6+919797；在輝煌橋（左、右線）下穿，穿越位置為K6+914.997～K6+981.623。合寧高速橋分為老橋和新橋，分別建于1993年和2006年，老橋采用擴大基礎混凝土，新橋采用樁基礎，盾構左線區間側穿1號和2號橋中間，右線區間側穿2號和3號橋中間。合福高鐵橋于2010年建立，采用樁基礎，盾構左右線側穿時，均從橋下46號橋墩、47號橋墩下橋樁中間進行。輝煌橋于2003年建立，采用擴大基礎混凝土，盾構區間下穿基礎類型。

2 側穿合寧高速公路橋的保護方案及掘進控制措施

2.1 合寧高速公路保護要點

因列車具有比較大的動載，根據既往施工經驗，施工期間，合寧高速公路保護要點如下：監測工作良好開展，沉降速率與沉降量雙指標進行控制，同時，實施土袋圍堰、加固基礎等措施。

2.2 掘進控制措施

（1）土壓力控制。切口及前方位置的地表變化會直接受到正面土壓力的影響。施工期間，監測工作測量結果及時向掘進作業班組反饋，便于班組對掘進參數做出合理的調整，保證施工合理化。盾構穿越過程中，切口平衡土壓力嚴格控制，保證微小隆起量存在于盾構切口處的地層上，使地層沉降量得到平衡。

（2） 推進速度控制。穿越橋基過程中，要保證盾構推進速度均勻，建議每分鐘控制在20～30mm，掘進5～6環/天；同時，以實際情況為依據，調整及時進行，使地面沉降得到有效的控制，最大限度的減小地面變形[1]。盾構掘進施工時，均衡應盡量保證，使周圍土體受到的擾動減少。此外，穿越前必須對盾構機進行全面的檢修與保養，防止穿越過程中盾構機因故障停機。

（3）出土量控制。盾構掘進過程中，土壓平衡直接受到每環管片出土量的影響，進而使地面沉降受到影響。要嚴格控制土體損失量，不可超過0.5%。如果未能良好的控制出土量，超挖現象較為嚴重的出現，會導致掌子面土體失穩、坍塌，因此，必須要對出土量嚴格控制。理論上，每環出土量應為設計出土量的97%～98%，不過，要以土壓變化、沉降數據為依據，微調實際的出土量，防止地面過度沉降、隆起問題的發生。

（4）盾構糾偏控制。總結以往施工經驗發現，糾偏應避免在穿越過程中大量進行，以將地面沉降減小，左右及相鄰區域的千斤頂力差應控制在較小狀態，避免盾構推進變為蛇形，或“犁地走”出現，促進土體擾動降低，最終實現地面沉降減小的目的。采用VMT測量導向系統與人工復測相結合，大力監測管片，保證盾構機姿態條調整科學進行，若上浮及下沉量突變發生在管片中，監測頻次應加大，同時利用二次注漿方法穩定管片。管片超前量檢查時，間隔5環進行一次，嚴格控制隧道軸線與盾構軸線的折角，保證變化幅度在0.4%之內。

（5） 管片拼裝控制。施工單位跟班工作應24h小時進行，并由專門技術人員負責，與工班長、盾構機司機一起，結合前一環的盾尾間隙，對K塊準確定位，并嚴格控制管片拼裝，避免碎裂、滲水問題存在于拼裝后的管片中，促進拼裝速度的提升，保證隧道管片良好的支持盾構推進反力。完成拼裝后，推進要盡快的恢復，使土體路基沉降減少。

（6）同步注漿量與漿液質量控制。盾構穿越施工過程中，要及時、均勻、足量地開展同步注漿工作，以能良好地充填建筑空隙，盡量減小地面變形與管片偏移。以地表監測反饋數據為依據，及時調整漿液配比，并由專人詳細記錄施工中的注漿壓力與注漿量等信息，確保施工質量。定期清洗運輸車拌漿系統與地面拌漿系統，一般為每環清洗1次，避免漿液管路堵塞。由以往下穿城市橋梁施工經驗，應控制同步注漿量填充率在300%以上，但不可超過350%。

3 側穿合福高鐵橋保護方案及掘進控制措施

3.1 合福高鐵橋保護要點

合福高鐵橋保護過程中，縱斷面與路面走向為優化重點。優化線路的縱斷面，坡度選為“V”字型，下穿鐵路區段隧道埋深增加，區間隧道下穿區域中，拱頂要覆土，厚度最小值16m左右，以（2）2硬塑黏土、（3）2硬塑粉質黏土為隧道穿越的主要土層，促進上部鐵路受到的影響減小。同時，對路面走向做出優化，盡量采用46號橋墩與47號橋墩中間位置為下穿段，使橋樁受到的盾構施工影響減小。

3.2 掘進控制措施

（1）行車限速。本工程尚未進行到合福高鐵橋時，要先與鐵路部門充分溝通，對行車計劃、行車間隔做出了解，之后籌劃具體的施工工作，保證籌劃的合理性。施工單位應協商鐵路部門，對行至此段的列車做出限度，避免速度超過120km/h，促使列車沖擊動載降低，從而減小沉降[2]。

（2）配置適當的盾構機。結合金福高鐵橋側穿部位地質調節，根據本工程特點，盾構機選擇為中鐵裝備157#和天地重工7#土壓平衡盾構機。

（3）設置盾構掘進試驗段。結合多種因素，盾構施工試驗段選擇為里程K6+343.720～K6+443.72、133環～200環（100m）處。在該試驗段，以觀測到的地表沉降數據為依據，對掘進參數不斷做出優化與調整，保證相關參數處于合理范圍。另外，在本試驗段還實施了合寧高速公路橋掘進穿越過程中采取的控制措施。

4 下穿輝煌橋保護方案及掘進控制措施

4.1 輝煌橋保護要點

經地質勘查結果可知，（2-2）黏土為盾構下穿橋基礎與河底時的底層，因此要采用預注漿方法加固處理橋臺基礎和地層。從橋臺側面開始，預埋設袖閥管利用潛孔鉆機對橋臺進行注漿加固。注漿時，以滲入性注漿為主，即通過注漿壓力，使各種阻力被漿液克服，向著空隙與裂隙中滲入，壓力越大時，會具有越大的吸漿量及漿液擴散范圍，可使橋臺所受到的盾構穿越影響最大限度減少[3]。

4.2 輝煌強掘進控制措施

（1）設置施工試驗段。輝煌橋施工試驗段選擇里程K6+343.720～K6+443.72、133環～200環（100m）處，此試驗段中采取的掘進控制方法與金福高鐵橋相同，掘進參數結合輝煌橋具體參數確定。同時，施工數據注意收集，以動態的優化調整參數，如切削土層時刀盤主要選擇撕裂刀、刮刀等，推進低轉速、大扭矩進行；掘進土壓力適當提高，且優化調整在掘進中不斷調整等。

（2）掘進土壓控制。盾構過河過程中，要對泡沫氣壓做好控制，保證不超過2bar，防止河底土體被過高的氣壓擊穿。掘進時，上土倉壓力要控制在0.8bar以上，但不可超過1.2bar。快速通過盾構掘進施工，避免長時間停機出現在過河期間。

（3）開挖量控制。渣土出土量要隨處注意，密切聯系看土人員，超挖一旦出現，掘進參數立即做出調整，之后掘進再繼續。根據公式，盾構掘進一環時，渣土出土量46.43m3。黏土層中，實際出土量要再乘以1.2，即為55m3，土方記錄要結合稱重，使超挖盡早發現，及時做出處理。

5 結語

綜上，軌道交通施工期間，如隧道施工中出現穿越建構筑物，必須要結合工程實際與建構筑物的具體情況合理的開展掘進控制，并適當保護構建筑物，提高施工的安全性。

[1] 王吉永.盾構隧道下穿高速鐵路運營線路路基段的施工技術[J].城市軌道交通研究，2015，18（7）：105-108.

[2] 張治國，張孟喜.軟土城區土壓平衡盾構上下交疊穿越地鐵隧道的變形預測及施工控制[J].巖石力學與工程學報，2013，32（S2）：3428-3439.

[3] 曲強，于鶴然.盾構隧道下穿城鐵地面線施工風險分析及對策研究[J].鐵道標準設計，2013（6）：88-91.