探析盾構(gòu)近距離下穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道施工技術(shù)

黃璐珈

（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢(xún)中南有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410014）

0 引言

近些年，我國(guó)地鐵建設(shè)進(jìn)入到快速發(fā)展階段，許多新一線城市地鐵都逐步成網(wǎng)，而新建地鐵隧道如何有效下穿已建成隧道則變成了施工人員需要解決的一項(xiàng)難題。作為一項(xiàng)新興的隧道施工技術(shù)，盾構(gòu)技術(shù)普遍運(yùn)用于隧道施工中，其設(shè)備的功能也日益完善。從這個(gè)角度來(lái)看，應(yīng)積極研究盾構(gòu)近距離下穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道施工的技術(shù)。

1 當(dāng)前地鐵施工的概況

現(xiàn)階段，在城市中修建地鐵線路首先要滿(mǎn)足申請(qǐng)條件，隨后對(duì)城市軌道交通線網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃，根據(jù)線網(wǎng)的建設(shè)順序，編制項(xiàng)目建議書(shū)，交予國(guó)家發(fā)改委進(jìn)行審批，審批通過(guò)后再進(jìn)行項(xiàng)目可行性研究，同樣交予發(fā)改委審批，審批通過(guò)后即可開(kāi)始準(zhǔn)備施工（圖1）。地鐵施工通常可分成地鐵區(qū)間施工、地鐵車(chē)站施工兩種。其中，區(qū)間施工大部分為地鐵隧道施工，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行挖掘工作，先將隧道開(kāi)挖工作完成，再對(duì)混凝土道床進(jìn)行鋪設(shè)，安裝各個(gè)扣件并對(duì)鋼軌進(jìn)行鋪設(shè)。而車(chē)站施工主要采用明挖法、暗挖法這兩種施工方法展開(kāi)施工。

圖1 地鐵隧道建設(shè)

2 盾構(gòu)近距離下穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道施工的主要技術(shù)

東湖站、濱江東路站區(qū)間，出東湖站后，向南敷設(shè)后穿越珠江，沿濱江東路站行進(jìn)然后進(jìn)入濱江東路站。東湖站、濱江東路站區(qū)間左線起止里程為：ZDK12+411.500—ZDK13+671.800，長(zhǎng)1244.551m，區(qū)間右線起止 里 程 為：YDK12 +411.500—YDK13 +675.800，長(zhǎng)1260.300m。平面曲線半徑為800m 和450m。區(qū)間為盾構(gòu)法隧道，隧道外徑6400mm，盾構(gòu)管片厚度為300mm。區(qū)間隧道穿越段主要為中、微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，局部為強(qiáng)風(fēng)化巖。東濱區(qū)間隧道左線于隧道ZDK12+423—ZDK12+451.28（8—28 環(huán)）段下穿地鐵6 號(hào)線軌排井范圍，下穿長(zhǎng)度28.23m，最小垂直距離0.5m；右線于隧道YDK12+420.75—YDK12+444.747（6—23 環(huán)）段下穿地鐵6 號(hào)線軌排井范圍，下穿長(zhǎng)度為24m，最小垂直距離為2.38m。

2.1 施工準(zhǔn)備

2.1.1 設(shè)計(jì)保護(hù)措施

（1）盾構(gòu)機(jī)。

下穿6 號(hào)線軌排井時(shí)，要想避免設(shè)備故障、盾構(gòu)機(jī)停機(jī)所導(dǎo)致的既有線出現(xiàn)較大沉降，可在停機(jī)過(guò)程中通過(guò)盾構(gòu)機(jī)中盾上部（2 點(diǎn)、10 點(diǎn)）徑向注漿孔向盾體周?chē)⑷腩A(yù)拌鈉基膨潤(rùn)土漿液，形成泥膜護(hù)壁，可有效防止及控制隧頂、周邊土體塌陷造成的沉降，必要時(shí)可注入惰性漿液，穩(wěn)定上方土體[1]。

（2）管片。

根據(jù)區(qū)間管片襯砌構(gòu)造設(shè)計(jì)圖紙，在深厚軟土地層的線路范圍內(nèi)及隧道周邊有建筑物的情況下，可使用通用Ⅲ型（加強(qiáng)型）管片，在鄰接塊和標(biāo)準(zhǔn)塊上增加2個(gè)預(yù)留注漿孔，便于及時(shí)填充管片壁后空隙[1]。

2.1.2 施工監(jiān)測(cè)

盾構(gòu)下穿既有線前，提前與產(chǎn)權(quán)單位溝通，在6 號(hào)線軌排井內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、安設(shè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，并采集初始值。對(duì)既有線沉降、水平位移、凈空收斂數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在地表?xiàng)l件允許位置加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)行信息化施工，保障信息及時(shí)反饋。按照地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)掘進(jìn)參數(shù)作出合理調(diào)整，若出現(xiàn)緊急施工狀況，可迅速實(shí)施應(yīng)急預(yù)案中的處理措施。

2.2 進(jìn)洞段施工

區(qū)間右線在6—23 環(huán)，左線在8—28 環(huán)范圍下穿6號(hào)線軌排井，埋深32.9m，洞身地層9-2 微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，從上到下地層依次為雜填土（2.45~4m）、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂（6.3m）、7-2 強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（2.45~5.5m）、8-2 中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（8.9~9.4m）、9-2 微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖（7.3~12.4m）。6 號(hào)線軌排井兼盾構(gòu)井基礎(chǔ)為地連墻、最小垂直距離0.5m。提前建壓，認(rèn)真總結(jié)前幾環(huán)掘進(jìn)參數(shù)，為左線及右線后續(xù)下穿6 號(hào)線軌排井提供參數(shù)依據(jù)。

開(kāi)展洞口密封工作，能夠避免始發(fā)過(guò)程中背后注漿出現(xiàn)外泄?jié){液的情況。按步驟來(lái)看，洞口密封主要有以下施工步驟：①盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)埋設(shè)始發(fā)預(yù)埋件，尤其要重視預(yù)埋件在埋設(shè)時(shí)應(yīng)連接結(jié)構(gòu)鋼筋。②始發(fā)前應(yīng)將洞口存在的大量渣土有效清除，安裝80cm 長(zhǎng)接長(zhǎng)套筒，焊接鋼束，把橡膠板、折葉壓板、密封板安裝到接長(zhǎng)套筒，并且盾構(gòu)機(jī)下井調(diào)試后應(yīng)立即安裝密封環(huán)、洞門(mén)加固端鋼筋割除之前進(jìn)行。在安裝洞門(mén)密封裝置的過(guò)程中，施工人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)扇形壓板、橡膠簾布方向的重視，避免安裝方向有無(wú)。除此之外，橡膠簾布凸起方向、掘進(jìn)方向應(yīng)保持一致。折疊壓板如圖2所示。

圖2 折疊壓板

盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)在進(jìn)入延長(zhǎng)鋼環(huán)鋼絲刷后，通過(guò)鋼環(huán)上預(yù)留徑向注漿孔進(jìn)行填倉(cāng)提前建立土倉(cāng)壓力，確保盾構(gòu)機(jī)在尚未完全進(jìn)洞前即可建立土倉(cāng)壓力。

2.3 注漿

同步注漿材料由總包集中配送，材料進(jìn)場(chǎng)后見(jiàn)證取樣送檢，合格后方才使用。每環(huán)理論注漿量為4.31m3，實(shí)際同步注漿量控制在理論值的120%~150%，5.2~6.5m3/環(huán)內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)有干拌砂漿使用情況，漿液初凝時(shí)間能控制在6h 以?xún)?nèi)。膠凝的時(shí)間通常在3~10h，按照掘進(jìn)速度、地層狀況，借助現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)適當(dāng)添加一定的促凝劑，將配比優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)膠凝時(shí)間的調(diào)整。針對(duì)強(qiáng)透水地層、高強(qiáng)度注漿地段，應(yīng)借助現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)配比加以調(diào)整，添加適量的早強(qiáng)劑，讓膠凝時(shí)間得以縮短。與此同時(shí)，固結(jié)體的強(qiáng)度每日應(yīng)超過(guò)0.2MPa，28 日應(yīng)大于2.5MPa。漿液的結(jié)石率需要大于95%，固結(jié)的收縮率相應(yīng)的小于5%，穩(wěn)定性的傾析率不可超過(guò)5%。在漿液站，操作人員應(yīng)按照控制室顯示屏呈現(xiàn)的消耗集料量來(lái)嚴(yán)格控制漿液生產(chǎn)量，操作人員每日應(yīng)提醒工程師罐中消耗的材料數(shù)量。進(jìn)行施工的過(guò)程中，應(yīng)按照地層狀況、地下水條件、附近環(huán)境等，借助現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加以確定并優(yōu)化。

在盾體1 和11 點(diǎn)位徑向孔勻速注入惰性漿液以盾體不受包裹為前提，將開(kāi)挖面、盾體間隙及時(shí)填充[2]。在一般工況下，同步砂漿是固結(jié)率需要維持在95%左右，若管片壁后的同步砂漿發(fā)生固結(jié)反應(yīng)后，管片、土體二者間有建筑間隙存在，將會(huì)導(dǎo)致地面在后期發(fā)生變形和沉降等一系列的施工問(wèn)題。洞內(nèi)跟進(jìn)二次注漿主要分為兩個(gè)階段：第一階段，管片脫出盾尾3~5 環(huán)的位置，上部點(diǎn)位、管片兩側(cè)的部位應(yīng)對(duì)水玻璃漿液精準(zhǔn)注入，作用為及時(shí)填充同步注漿固結(jié)后空隙，加強(qiáng)注漿漿液的同步性，使其快速凝固，讓管片盡早趨于穩(wěn)定，減少管片脫出盾尾階段地面沉降。第二階段，在管片脫出盾尾10 環(huán)位置，注漿形成止水環(huán)，封堵盾尾后方來(lái)水，防止管片上浮等。在區(qū)間盾構(gòu)下穿6 號(hào)線軌排井期間，均按此要求及時(shí)跟進(jìn)二次注漿，具體位置可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整（圖3）。

圖3 注漿

2.4 盾尾漏漿控制

①保證盾尾油脂注入量和壓力：在掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際施工情況確定盾尾油脂注入量及壓力。②盾尾油脂質(zhì)量：選用合適的盾尾油稠度，避免盾尾刷出現(xiàn)空腔。③控制注漿壓力：嚴(yán)格控制同步注漿及二次注漿壓力，避免因注漿壓力過(guò)高擊穿盾尾刷造成漏漿。④保證管片質(zhì)量：加強(qiáng)對(duì)成型管片得的質(zhì)量控制，避免出現(xiàn)管片變形、錯(cuò)臺(tái)造成盾尾密封無(wú)法緊密包裹管片而造成漏漿。⑤嚴(yán)格控制糾偏量，盡量使管片四周的盾尾間隙均勻一致，已減輕管片對(duì)盾尾刷的擠壓。⑥必要時(shí)采用密封海綿條對(duì)盾尾進(jìn)行封堵。

2.5 盾構(gòu)下穿后控制

按照監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)盾尾有3~5 環(huán)的管片脫出后，施工人員應(yīng)在管片空隙部位進(jìn)行二次注漿，填充管片附近的空隙。應(yīng)選取水泥和水玻璃漿當(dāng)作漿體，在0.3MPa~0.5MPa 的注漿壓力條件下注漿。與此同時(shí)，二次注漿應(yīng)按照地面監(jiān)測(cè)實(shí)際狀況加以調(diào)整，提高調(diào)整的動(dòng)態(tài)性，讓地層的變形量實(shí)現(xiàn)最小化。二次注漿采取少量多次原則，即可減小對(duì)土體擾動(dòng)，又能減少地表沉降。

3 下穿工程施工的優(yōu)化路徑

按照以往工程經(jīng)驗(yàn)，下穿工程施工經(jīng)常出現(xiàn)盾尾滲漏問(wèn)題。預(yù)防盾尾漏水解決問(wèn)題的辦法按重要性排序有以下4 點(diǎn)，按重要性排序分別如下。

（1）盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。

姿態(tài)會(huì)對(duì)管片、盾構(gòu)機(jī)二者間隙產(chǎn)生較大影響，若盾構(gòu)機(jī)的處于非正常姿態(tài)時(shí)，間隙將會(huì)在盾尾一側(cè)小、一側(cè)大。間隙大時(shí)，尾刷不能密切貼合管片，間隙小時(shí)，尾刷的磨損程度會(huì)大大增加，留下極大的滲漏水隱患。由此不難看出，施工人員需要對(duì)各環(huán)間隙進(jìn)行測(cè)量，按照測(cè)量結(jié)果加以調(diào)整，使盾構(gòu)機(jī)時(shí)刻保持正常的姿態(tài)，以姿態(tài)±30mm、盾尾間隙超過(guò)30mm 的標(biāo)準(zhǔn)控制盾構(gòu)機(jī)。除此之外，施工人員應(yīng)定期檢查豎曲線、平面曲線，使轉(zhuǎn)向度分配的更加均勻，防止因急轉(zhuǎn)導(dǎo)致的姿態(tài)突變情況出現(xiàn)[3]。

（2）管片拼裝。

對(duì)于盾構(gòu)法來(lái)講，管片拼裝是重要的一道工序，與隧道成型密切相關(guān)，同時(shí)會(huì)對(duì)隧道防水效果、綜合質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。拼裝管片的過(guò)程中，若清潔盾尾的工作不充分，將會(huì)讓異物進(jìn)入到盾尾中。由此能夠得出，拼裝管片的過(guò)程中應(yīng)加以重視。①拼裝人員應(yīng)對(duì)管片類(lèi)型、位置、配筋等各項(xiàng)要求加以了解。②拼裝前后都必須測(cè)量盾構(gòu)姿態(tài)、盾尾間隙，按照實(shí)際需求來(lái)調(diào)整管片種類(lèi)、封頂塊所處位置等。③拼裝過(guò)程中應(yīng)及時(shí)清理墊片、抹布、盾尾砂漿等。④機(jī)長(zhǎng)應(yīng)旁站監(jiān)督拼裝過(guò)程，讓管片得到全過(guò)程監(jiān)督管理。此外，將千斤頂油缸放下時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工需求依次送放，嚴(yán)禁將千斤頂同時(shí)送放，避免盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)后移情況。

（3）油脂注入。

盾尾的油脂可以使油脂倉(cāng)自身壓力得到保證，不會(huì)受到外部水土壓力被擊穿的。將適當(dāng)油脂合理、科學(xué)地注入，既能夠避免尾刷磨損與砂漿進(jìn)入，又能夠置換原倉(cāng)體內(nèi)部存在的油脂，避免倉(cāng)體內(nèi)部出現(xiàn)油脂結(jié)塊、變質(zhì)等問(wèn)題。由此能夠得出，油脂注入應(yīng)嚴(yán)格控制，不必要的節(jié)約與不重視容易增加施工風(fēng)險(xiǎn)[4]。

（4）壁后注漿。

在管片壁后開(kāi)展同步注漿工作有利于使管片的穩(wěn)定性得到保證，讓進(jìn)水通道得到充分密封。從這個(gè)角度來(lái)看，需控制好注漿漿液的質(zhì)量，嚴(yán)禁質(zhì)量不滿(mǎn)足施工要求的漿液。在實(shí)際施工中，施工人員需在每一環(huán)進(jìn)行5m3注漿，不能因趕工期、節(jié)約成本而少注漿或是不注漿，避免在壁厚注漿環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致相應(yīng)的滲漏問(wèn)題發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，研究盾構(gòu)近距離下穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道施工的主要技術(shù)具有重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前地鐵施工的概況有一個(gè)全面了解，充分把握盾構(gòu)近距離下穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道施工的主要技術(shù)，能夠通過(guò)多種方式優(yōu)化下穿工程施工，從而提高盾構(gòu)近距離下穿地鐵運(yùn)營(yíng)隧道施工的安全性，順利完成地鐵隧道施工，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。