富水砂層盾構(gòu)近距離上跨既有線下穿污水頂管施工工法

李剛柱

摘 要： 杭州地鐵6號線一期工程中醫(yī)藥大學(xué)站～偉業(yè)路站區(qū)間由中鐵三局集團(tuán)有限公司承建，位于杭州市濱江區(qū)，中～偉區(qū)間隧道以29°斜交上穿地鐵4號線并下穿污水頂管，該上穿位置位于濱江區(qū)東信大道與南環(huán)路交叉口。上穿4號線并下穿污水頂管階段，盾構(gòu)隧道主要穿越地層為③3砂質(zhì)粉土夾粉砂、③4-1砂質(zhì)粉土、③5砂質(zhì)粉土，土層軟弱且富水，力學(xué)性差且透水性強。本文主要探討了富水砂層盾構(gòu)近距離上跨既有線下穿污水頂管施工工法。

關(guān)鍵詞： 富水砂層;盾構(gòu);施工工法

由于運營中隧道上部土體卸載必然產(chǎn)生上浮，如變形過大，則會影響其正常運營;污水頂進(jìn)涵因其頂進(jìn)工藝，下方?jīng)]有基礎(chǔ)，盾構(gòu)下穿過程必然引起沉降。在穿越過程中如何控制上方污水頂進(jìn)涵不沉降，下方既有隧道不上浮成了工程的重難點。

1 工藝原理

（1）盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)根據(jù)微擾動控制技術(shù)，正面壓力應(yīng)維持在0.9～1.1bar左右，并保持壓力波動小于0.1bar，以保證切口前方土體穩(wěn)定;推進(jìn)速度應(yīng)控制在≦40mm/min，按每段20～30cm進(jìn)行推進(jìn);注漿壓力控制在0.15～0.25Mpa，注漿時以壓力控制為主，注漿量控制為輔的方針。

（2）當(dāng)盾構(gòu)穿越4號線，在6號線隧道內(nèi)采用堆載壓重的方法。壓重范圍從隧道與4號線穿越范圍內(nèi)前后各10環(huán)的影響區(qū)域。現(xiàn)場采用Φ=100mm，長度1m的鋼棒壓重。每環(huán)共壓重78根鋼棒，共計4.8t。

（3）在已運營的地鐵4號線內(nèi)采用三維坐標(biāo)對其進(jìn)行自動化實時監(jiān)測。當(dāng)6號線盾構(gòu)盾頭距4號線隧道5米～盾尾距隧道5米時進(jìn)行自動化實時監(jiān)測，上行線1號機(jī)監(jiān)測4號線正影響區(qū)域左右各10環(huán)，每3環(huán)一個斷面為S349至S379，共計11個斷面。下行線1號機(jī)實時監(jiān)測斷面范圍為X367至X400，共計12個斷面。自動化實時監(jiān)測對上述范圍內(nèi)道床沉降進(jìn)行監(jiān)測。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：試驗段掘進(jìn)→優(yōu)化施工參數(shù)→盾構(gòu)穿越施工→隧道堆載壓重→既有隧道自動化加監(jiān)測→二次注漿→穩(wěn)定后卸載→完成穿越。

2.2 操作要點

2.2.1 盾構(gòu)施工參數(shù)控制

施工參數(shù)可根據(jù)微擾動控制技術(shù)，并結(jié)合具體情況來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。根據(jù)風(fēng)險分析，正面壓力過大或過小均不宜。因此，根據(jù)隧道不同埋深，正面壓力應(yīng)維持在0.9～1.1bar，并保持壓力波動小于0.1bar，以保證切口前方土體穩(wěn)定。推進(jìn)速度應(yīng)控制在≦40mm/min，按每段20～30cm進(jìn)行推進(jìn);以縮小施工相關(guān)信息反饋的時間間隔，及時對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在慢推的基礎(chǔ)上保證慢糾盾構(gòu)姿態(tài)，盾構(gòu)軸線水平向和垂直向偏角控制在0.5‰～1‰以內(nèi)，即水平和垂直向差值需控制在4.25～8.5mm以內(nèi)。同步注漿漿液采用高密度漿液，稠度為9～10，注漿量為5m3，以提高對盾構(gòu)周圍土體的填充和加固效果。

2.2.2 管片螺栓緊固

螺栓緊固為管片螺栓連接質(zhì)量控制要點，其緊固扭矩應(yīng)符合設(shè)計要求。每環(huán)管片拼裝過程中，隨管片定位的同時用螺栓連接，并對螺栓進(jìn)行初緊。待掘進(jìn)下一環(huán)后，管片脫出盾尾，已具備擰緊螺栓的工作面，此時應(yīng)對該環(huán)螺栓進(jìn)行再次擰緊。后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)時，在每環(huán)管片拼裝之前，對相鄰已拼裝成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)連接螺栓進(jìn)行全面檢查并復(fù)緊。

2.2.3 二次注漿

二次補償注漿利用管片的吊裝孔開口后進(jìn)行補漿，采用水泥漿、水玻璃漿雙液注漿，彌補壁后漿液的填充不實的空隙，減小因同步注漿不飽滿產(chǎn)生的沉降，為滿足地鐵4號線沉降要求，施工中要求每環(huán)進(jìn)行二次補漿，補漿位置為隧道管片上部。為防止掘進(jìn)后的后期沉降，在管片脫出盾尾后5環(huán)，立即對管片后的建筑孔隙進(jìn)行二次注漿，如圖1所示。

（1）漿液配比。二次注漿擬采用雙液漿。

A液水泥漿，水∶水泥=1∶1（質(zhì)量比）

B液水玻璃溶液，水∶水玻璃=2∶1（體積比）

A∶B=1∶1（體積比）

壁后補壓漿的壓漿量按照施工監(jiān)測數(shù)據(jù)而定。

（2）注漿壓力。因上穿段埋深較淺，二次注漿壓力控制在0.2～0.3Mpa之間，采用少注、勤注原則，注漿時密切注意管片的變化，以壓力為主控制。密切關(guān)注地表監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整。

2.2.4 隧道內(nèi)壓重措施

當(dāng)盾構(gòu)穿越4號線，在6號線隧道內(nèi)采用堆載壓重的方法。壓重范圍從隧道與4號線穿越范圍內(nèi)前后各10環(huán)的影響區(qū)域。現(xiàn)場采用Φ=100mm，長度1m的鋼棒壓重。每環(huán)共壓重78根鋼棒，共計4.8t，詳見下圖：

通過在施工隧道中壓重的方法，既能夠有效控制下部既有隧道的上浮，同時能夠控制施工隧道的上浮，進(jìn)而減小上部管線的沉降。

2.2.5 隧道自動化監(jiān)測

（1）監(jiān)測點布置。利用地鐵4號線隧道內(nèi)的控制點在盾構(gòu)上穿地鐵4號線時對其隧道進(jìn)行自動化監(jiān)測。既有地鐵4號線左線（下行）k05+133.5～k05+231.8，右線（上行）k05+179.9～k05+250.4，1斷面/3環(huán)。穿越段上下行共計布設(shè)46個監(jiān)測斷面。每個隧道監(jiān)測斷面共布設(shè)4個棱鏡，包含一組水平收斂監(jiān)測點，一組道床差異沉降監(jiān)測點（選取其中一個點作為道床沉降及水平位移監(jiān)測點）。

（2）測量方法。自動化監(jiān)測系統(tǒng)一般由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、計算機(jī)、信息管理軟件及通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。各種測量控制單元（DAU）對所轄的儀器按照監(jiān)控主機(jī)的命令設(shè)定的時間自動測量，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，暫存于DAU中，并根據(jù)監(jiān)控主機(jī)的命令向主機(jī)傳送所測數(shù)據(jù);監(jiān)控主機(jī)根據(jù)一定的判據(jù)對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和在線監(jiān)控，并向管理主機(jī)傳送經(jīng)過檢驗的數(shù)據(jù)入庫;管理主機(jī)主要是對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并向各級主管部門發(fā)送有關(guān)安全方面的信息。

由于地鐵4號線已經(jīng)開始運營，施工時隧道內(nèi)設(shè)置有控制點，監(jiān)測時采用其控制點的三維坐標(biāo)對其進(jìn)行自動化實時監(jiān)測。當(dāng)6號線盾構(gòu)盾頭距4號線隧道5米～盾尾距隧道5米時進(jìn)行自動化實時監(jiān)測，上行線1號機(jī)監(jiān)測4號線正影響區(qū)域左右各10環(huán)，每3環(huán)一個斷面為S349至S379，共計11個斷面。下行線1號機(jī)實時監(jiān)測斷面范圍為X367至X400，共計12個斷面。自動化實時監(jiān)測僅對上述范圍內(nèi)道床沉降進(jìn)行監(jiān)測。

3 質(zhì)量控制

建立“誰管理誰負(fù)責(zé)，誰操作誰保證”的質(zhì)量管理原則。通過完善的質(zhì)量管理體系將質(zhì)量管理職能分解到每一個部門、每一個崗位。施工經(jīng)理應(yīng)按項目部規(guī)定的質(zhì)量方針，滿足業(yè)主提出的質(zhì)量目標(biāo)要求，形成一個完整的質(zhì)量體系。管理者必須支持該體系，并由技術(shù)人員具體負(fù)責(zé)該體系。

本工法施工參照《地鐵設(shè)計規(guī)范》《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》及《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》等規(guī)范、規(guī)程。

施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行三檢制度。

3.1 自檢

每一作業(yè)班組設(shè)一名兼職質(zhì)量員，負(fù)責(zé)對本班組完成的工序按檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢查、驗收，填寫自檢卡經(jīng)施工人員簽認(rèn)后交下道工序。

3.2 互檢

由下道工序班組兼職質(zhì)量員對上道工序質(zhì)量進(jìn)行檢查簽認(rèn)。

3.3 專檢

工序在自檢、互檢合格的基礎(chǔ)上，由專職質(zhì)量員進(jìn)行復(fù)檢并與自檢卡核對符合后方可轉(zhuǎn)入下道工序施工。

4 結(jié)論

針對淺埋富水砂層條件下盾構(gòu)穿越運營隧道上方抗浮技術(shù)及控制管線和地表沉降措施，杭州地鐵SG6-7標(biāo)段項目經(jīng)理部在上級主管部門的領(lǐng)導(dǎo)下運用有限元法建立數(shù)學(xué)模型，通過控制盾構(gòu)施工參數(shù)、隧道內(nèi)堆載壓重、隧道內(nèi)自動化監(jiān)測等技術(shù)措施，對其進(jìn)行理論計算和工程實踐，得到了較理想的效果。