盾構始發近距下穿既有線沉降控制技術研究

李旭

中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北 武漢 430076

1 引言

進入新世紀以來，軌道交通得到快速發展，伴隨地鐵線路數量逐步增多，新建地鐵線路將越來越多地穿越城市中心地帶，不可避免的會出現線路交叉等情況，因此盾構法隧道施工所面對的環境條件越來越復雜。

針對盾構穿越既有線安全控制的研究方法主要以：數值模擬、模型試驗、現場工程實測法等方法開展研究。程韜等[1]針對大粒徑富水卵石地層盾構下穿既有線提出了有效控制地層沉降的設計與施工措施，此外地層對盾構掘進影響明顯，其中蘇州、常州等地區以粉質黏土及其他富水軟弱地層為主的城市，已經成為地下工程修建過程中最為常見的不良地質體[2]，富水軟弱粉質黏土地層具有天然含水率高、孔隙比大、滲透性差、壓縮性高、抗剪強度低等特點，盾構掘進容易面臨掌子面失穩破壞、土體坍塌、涌水涌砂、掘進超方、地表沉降、反力架失穩等施工風險[3-5],因此富水軟弱地層盾構始發近距下穿既有線施工存在建壓困難，沉降控制難度大，施工安全風險高等難題。

上述對于盾構近距下穿既有線的研究多處于數值模擬及模型試驗階段，本文以某盾構區間為背景，研究軟弱地層盾構始發近距下穿既有線施工技術。

2 工程概況

蘇州某盾構區間始發即以最小3.36m的近距離下穿既有運營地鐵2號線，距離既有2號線僅有15.89m，下穿沉降影響范圍達到74.4m，圍巖主要為粉質黏土層，如圖1地質剖面圖所示。

圖1 地鐵5號線下穿地質剖面圖

根據鉆孔揭示，本場地埋深80m以內所揭示的地基土除填土外，均為沖湖積相，海陸交互相沉積的粘土，平均厚度8.98m，地質參數如表1所示。

表1 粉土夾粉質粘土主要物理力學指標表

3 盾構近距下穿既有線施工技術

3.1 近距下穿既有線盾構注漿系統升級改造

(1)同步注漿砂漿車的改造

為了能夠在盾構穿越既有線過程中實現快速的應急注漿并保證注漿的連續性與充足性，對電瓶車砂漿罐進行改造如圖2所示。

圖2 電瓶車砂漿罐改造示意圖

圖2設計形式簡單避免了因為抽漿泵與注漿泵的功率不一致出現的注漿管破裂，注漿泵損壞或注漿管堵塞等現象,并且其注漿效果能夠達到正常的注漿效果，此外砂漿罐可以直接與砂漿注漿泵連通；或與臺車砂漿罐的進料口連通;或通過分支管路分別與砂漿注漿泵和臺車砂漿罐的進料口連通，并在分支管路上設有三通控制閥，能夠實現多種模式下的盾尾同步注漿作業。

(2)惰性漿液同步注漿系統

為避免盾體徑向孔漿液快速凝固將盾體包裹而影響掘進，研制具備一定的自立性能，初凝時間長且固結強度較低的惰性漿液，從而解決盾體脫困問題。由于惰性漿液其本身的特性，需對盾構機臺車膨潤土灌進行改造，將膨潤土灌下部螺桿泵改裝成活塞注漿泵使之能夠將惰性漿液泵送至盾體與土體之間的空隙處，具體見如下圖3所示。

圖3 多類型漿液運輸與注入一體化壁后注漿設備

如圖3所示，在掘進過程中，通過同步砂漿罐進行常規的盾尾砂漿同步注漿，通過擠壓泵將惰性漿液通過盾體上部兩個徑向孔注入，從而填充盾殼與土體間隙，通過上述注漿體系可以有效的避免因盾體外的空隙無法及時填充而造成地面沉降。

(3)長距離漿液攪拌輸送裝置改造

盾構穿越既有線過程中,由于盾尾砂漿與盾體惰性漿液兩者特性存在差異，需采用不同的材料進行拌制，因此對兩種漿液攪拌與輸送裝置進行改造，使之既能拌置砂漿也能拌置惰性漿液，屬于多功能拌合站，形成兩套注漿系統，具體如下圖4所示。

圖4 長距離漿液攪拌輸送系統

圖4長距離漿液攪拌輸送系統,該輸送系統包括儲料罐、骨料倉、砂漿罐、惰性漿罐、砂漿車和電瓶車惰性漿液灌;由于運輸距離較遠，其砂漿罐設置有兩個，每個砂漿罐的出漿口均設有擠壓泵，一個砂漿罐置于地面，另一個砂漿罐置于車站負一層的位置,電瓶砂漿罐車和電瓶車惰性漿液灌均置于車站負二層；在惰性漿液漿車與骨料倉連接設有地泵。依據上述設計理念，實現了盾構機掘進過程中盾尾管片外壁與盾體徑向孔同時進行注漿填充空隙的目標。

3.2 近距下穿既有線盾構掘進控制

為確保平穩下穿，對下穿影響范圍內的每環管片指定特定的控制措施，始發段掘進階段劃分及掘進計劃如下圖5所示。

圖5 始發掘進階段劃分

盾構過水泥加固區域應根據刀盤扭矩情況適當提高土倉壓力，當盾尾已全部進入鋼套筒，開始進行同步注漿，在-1環開始推進時,由中盾徑向孔1.11點位注入惰性漿液材料，填充鋼套筒與盾殼之間的間隙進行洞門封堵；當+63環推拼完時，此時盾尾脫出至既有線外側30環，停止中盾徑向孔注漿。

4 盾構近距下穿既有線監測技術

盾構掘進過程中在既有2號線管片上布置測點,盾構下穿過程中對上下行線采用靜力水準儀實時監測沉降,每條隧道每一環布置5個監測點并進行編號，如圖6。

圖6 既有線斷面測點埋設及編號

針對下穿期間的高風險，勞動路5號線右線盾構掘進下穿全程對既有地鐵2號線上下行線開展實時監測，對比下穿到達前和下穿后既有上下行線沉降數據進行分析，如下圖所示。

通過采用靜力水準儀對既有2號線上下行線進行實時監測，圖7既有2號線下行線JLR-11最大沉降-5.96mm，分析JLR11、16、21、26、31沉降數據表現為盾構到達前沉降量逐步增大,下穿完成后沉降量減少，同樣圖8既有2號線上行線JLL-427最大沉降-4.60mm，對比JLL-437、432、427、422、417沉降量與圖7下行線監測數據變化規律保持一致，盾構到達前沉降變化大，盾構通過后沉降減少，下穿期間上下行線最大沉隆量均未超過控制值(±10mm)，沉降數據都在可控范圍內，證明通過盾體徑向孔以及多層級的注漿模式，成功控制了既有線的沉降，保證了既有線的安全運營。

圖7 既有2號線下行線沉降數據變化圖

圖8 既有2號線上行線沉降數據變化圖

5 結論

(1)為了填充刀盤開挖直徑較中盾大而造成的盾體與開挖土體之間的孔隙，通過注漿系統升級改造，采取中盾徑向孔球閥注惰性漿液的方法對空隙進行填充，提高盾構下穿的安全性。

(2)盾構采取程序性掘進控制措施，保證掘進可控，利用自動化監測手段，實時對既有線，周邊建筑物及管線進行監控，根據監測數據波動指導盾構參數調整，保證順利掘進。