盾構區間側穿既有線施工風險控制措施研究

1 引 言

鄭州市地鐵2008年開建以來，目前運營已有兩條線路，在建線路6條，到2050年，鄭州市將有軌道交通線路21條，總里程達945.2km，車站503座。

隨著建設強度的不斷增強，現階段的地鐵施工就會出現側穿或下穿既有線路，怎樣合理制定相關措施，有效控制盾構施工時對既有線路的影響，是一個不容忽視的課題。本文以鄭州地鐵14號線為工程實例，展開盾構側穿既有線的施工措施研究。并提出相應的預控措施和應急預案，本文的研究成果可為鄭州地鐵后續工程和國內類似地鐵工程提供參考。

2 工程概況

鄭州地鐵14號線市民大道站～鐵爐站盾構區間單線長度為740.036m，區間線路縱剖面圖為“V”字坡，線路最大坡度25‰，區間結構拱頂部覆土厚度約10.2～18.6m。

圖1 14號線區間與既有1號線區間位置平面圖

施工期間側穿既有1號線區間。1號線鐵爐站～雪松路站區間與本工程隧道關系為：市～鐵區間右線側穿該建筑物，左線線隧道外輪廓與既有隧道外輪廓水平距離6.04m，既有鄭州地鐵1號線鐵爐站～雪松路站區間在2017年初開始通車運營，管片外徑6000mm，裝配式平板型鋼筋混凝土管片，厚度30cm。

2.1 地質概況

市民大道站～鐵爐站區間所在埋深范圍內，按成因年代可分為以下6層：第四系全新統人工堆積層Q4ml、第四系上更新統上段沖積層Q33al+pl、第四系上更新統中段沖積層Q32al+pl、第四系上更新統下段沖洪積層Q31al+pl、第四系中更新統沖積層Q2al+pl、第四系下更新統沖洪積層Q1al+pl

2.2 水文情況

鄭州多年平均氣溫14.25℃，極端最高氣溫43℃，極端最低氣溫-17.9℃。降水量適中，多年平均降水量629.7mm，最大1041.3mm，最小372.0mm，降水多集中在7-9月份，1、2、12月三個月降水量30mm，不足全年降水的5%。

3 施工風險分析

表1 主要施工風險分析情況

在臨近地鐵區間基坑開挖施工過程中，是對地層應力狀態的一種破壞與重新穩定的過程，地層應力狀態的改變將影響土體內的既有構筑物的變位，即導致結構產生位移和變形，同時也會對地表及周邊環境造成一定影響。當這種變形和影響超出一定范圍，必然對既有地鐵區間結構產生破壞，并影響到既有地鐵安全使用。

4 施工措施

針對可能發生的風險，采取措施如下：

1）在到達側穿既有1號線區間隧道段前選擇開挖面自穩性較好的地段對盾構機進行全面檢修和維護；

2）盾構通過側穿既有1號線區間隧道段前，選取長度100m作為試驗段，以選取合理的盾構施工參數；

3）盾構通過前，通過加強監控量測，不斷調整和優化施工參數；

4）嚴格控制盾構機推進壓力和出土量，保持盾構土倉內外壓力平衡；

5）區間隧道側穿既有1號線區間隧道段時，控制好盾構姿態，避免蛇形及俯仰；

6）嚴格保證盾構勻速、連續地穿越側穿既有1號線區間隧道段，以減小變速推進對前方和周圍土體制造成的擾動；

7）嚴格控制同步注漿量、注漿壓力和漿液質量，側穿既有1號線區間隧道段管片采用增設注漿孔管片，在盾構推進過程中及時填充隧道壁后建筑空隙；若監測數據表明地面沉降仍較大，進行二次注漿，并按“多點、均勻、少量、多次”的原則有序進行；

8）加強監控量測，在施工中做到“勤量測、速反饋”，及時掌握既有1號線區間隧道變形情況，并據此確定是否需采取其他的保護措施；

9）端頭加固位置局部采用混凝土鉆孔灌注樁進行加固，施工方法與鉆孔灌注樁施工方法相同，樁頂設置冠梁，冠梁尺寸1000mmx1000mm，配筋同14號線鐵爐站樁頂冠梁配筋，并與14號線冠梁相連。

5 自動化監控量測措施

區間監測采用自動化遠程監測系統，區間結構按照5m間距布設自動化監測斷面。

5.1 基準點布設

為實現本項目監測的自動化，工作基點布設在遠離變形區以外的隧道結構側壁上，同時設置四個校核點以校核工作基點。為使各點誤差均勻并使全站儀容易自動尋找目標，工作基站布設于監測區中部，先制作全站儀托架，托架安裝在隧道側壁，離道床高度0.5m左右，以便全站儀容易自動尋找目標。工作基點沿監測區域影響范圍外安裝強制對中支架，左、右線各8個工作基點，共計16個工作基點。

5.2 監測點布設

各監測點用連接件配小規格反射棱鏡，用膨脹螺栓錨固于監測位置的側壁及道床的混凝土中，棱鏡反射面指向工作基點。監測及測點埋設實景圖見圖2。

5.3 監測方法及數據采集

現場將TM50自動化全站儀安置在隧道側壁的強制對中托盤架上，現場通過變壓穩壓設備對其進行不間斷供電，保證對其本身的長效供電電池充電，由布設在隧道內的測量控制單元（DAU）對所轄的全站儀按照監控主機的命令或設定的時間對所有監測點自動測量，并將測量成果轉換為數字量，暫存于數據采集箱DAU中，并根據系統監控主機的命令向主機傳送所測數據，監控主機根據采集軟件遠程在線將測量數據與標定數據比較計算，解算出位移量，并自動存儲入庫、實時顯示、生成數據報表。為了加強對自動化監測系統的管理和維護，本系統提供遠程監控功能?？衫眠h程監控功能在任何時候、任何地方對自動化監測系統進行遠距離采集操作，以了解結構的安全狀況。

該種方法可以同時測量水平及高程變化，即進行隧道結構水平位移、隧道結構豎向變形、道床結構豎向變形的監測工作。

圖2 監測及測點埋設實景圖

5.4 變形數據分析

觀測點穩定性分析原則如下：①觀測點的穩定性分析基于穩定的基準點作為基準點而進行的平差計算成果；②相鄰兩期觀測點的變動分析通過比較相鄰兩期的最大變形量與最大測量誤差（取兩倍中誤差）來進行，當變形量小于最大誤差時，可認為該觀測點在這兩個周期內沒有變動或變動不顯著；③對多期變形觀測成果，當相鄰周期變形量小，但多期呈現出明顯的變化趨勢時，應視為有變動。

在采集軟件中設定警戒指標，監測點預警由軟件自動判斷分析，當變形速率或變形量達到相關指標時，監控軟件自動給出警戒信息，此時監控人員應及時向有關各方匯報，并密切注意數據變化，加強地鐵結構、軌道巡查。

6 結 語

在城市地下交通快速發展過程中，研究鄭州地鐵14號線市民大道站～鐵爐站盾構區間施工風險應對措施，可以為今后類似的工程提供一些借鑒與參考。在預控措施和應急預案的指導下，未出現任何施工和質量事故。

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