盾構(gòu)近距離上跨地鐵雙線控制研究

金志斌,周 雄

中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展,地下綜合管廊的優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)。由于城市總體規(guī)劃的時間效應(yīng)及復(fù)雜性,致使管廊施工的環(huán)境條件越來越復(fù)雜,管廊施工需要穿越多種不同的障礙物。深圳地鐵14號線綜合管廊實施時,需要上跨既有地鐵雙線。由于上跨既有地鐵線路凈距小、洞間地層地質(zhì)條件復(fù)雜,跨越路徑為復(fù)雜的曲線線路,因此,上跨實施過程中需要動態(tài)調(diào)整盾構(gòu)掘進姿態(tài),不可避免地會對跨越區(qū)間段的土層、建(構(gòu))筑物、各類管線造成一定的干擾和影響。因此,為了將這些負面影響控制在標準范圍以內(nèi),管廊跨越地鐵線路的實施,必須采取科學、合理的技術(shù)及管理措施,遵循“連續(xù)掘進、勻速通過”的基本原則,確保上跨掘進安全順利實施及既有線路的正常運營。

1 工程概況

深圳地鐵14號線綜合管廊7號至6號綜合井盾構(gòu)區(qū)間需要跨越14號地鐵線,盾構(gòu)區(qū)間里程為PK5+557.095～PK6+093.864,長度為1 596.698 m;6號綜合井至7號綜合井盾構(gòu)區(qū)間設(shè)置9處平曲線,曲線半徑為300～1 000 m。綜合管廊7號至6綜合井盾構(gòu)區(qū)間采用1臺開挖直徑為6 980 mm的雙模盾構(gòu)機施工,從7號綜合井始發(fā),沿坪山大道往東南方向掘進,到達6號綜合井。管廊在PK7+592.244～PK7+558.385第1次上跨地鐵14號線朱坑區(qū)間左線(對應(yīng)地鐵里程為ZDK44+410.681～ZDK44+376.924),跨越長度約33.859 m;在PK7+556.802～PK7+517.484第2次上跨地鐵14號線朱坑區(qū)間右線(對應(yīng)地鐵里程為ZDK44+378.018～ZDK44+338.715),跨越長度約39.318 m。該管廊盾構(gòu)區(qū)間跨越地鐵14號線隧道平面位置見圖1。

圖1 管廊盾構(gòu)區(qū)間跨越地鐵14號線隧道位置平面圖

14號線綜合管廊在上跨地鐵14線區(qū)間,采用土壓平衡模式掘進,盾構(gòu)機刀盤直徑為6 980 mm,鋼筋混凝土管片跟進襯砌,其外徑和內(nèi)徑分別為6 700 mm和6 000 mm,結(jié)構(gòu)埋深約27 m。14號線地下管廊與地鐵14號線隧道最小凈距僅為2 790 mm,地下管廊盾構(gòu)跨越時實際凈距只有2 650 mm。具體立面位置關(guān)系見圖2。

圖2 管廊上跨地鐵14號線立面位置關(guān)系圖

7號至6號綜合井盾構(gòu)區(qū)間及跨越區(qū)域周邊情況非常復(fù)雜,區(qū)間沿線管線眾多,主要包括雨水管、污水管、給水管、燃氣管、通信管、電力管等,盾構(gòu)區(qū)間沿線穿越眾多建筑物,側(cè)穿建筑物最小水平凈距僅0.38 m。

2 管廊上跨盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)狀況

14號線綜合管廊與地鐵14號線右線交叉區(qū)域,管廊隧道洞身位于全風化和中風化砂巖,地鐵14號線隧道位于中風化砂巖中,管廊隧道與地鐵14號線區(qū)間右線隧道的豎向凈距為3.37～3.76 m,管廊隧道覆土厚度為0.5～10.9 m。

14號線綜合管廊與地鐵14號線左線交叉區(qū)域,管廊隧道洞身位于強風化和中風化砂巖,地鐵14號線隧道位于中風化砂巖中,管廊隧道與地鐵14號線區(qū)間左線隧道的豎向凈距為2.79～3.36 m,管廊隧道覆土厚度10.4～10.5 m。

3 盾構(gòu)跨越控制重點

3.1 上跨豎向距離近,要盡量減少擾動

上跨區(qū)段管廊底部與地鐵14號線隧道頂最小凈距僅2.65 m,中間土層為4-2中風化泥質(zhì)粉砂巖,裂隙分布密集,上跨段管廊位于強風化、中風化層砂巖中,覆土最小深度約10.4 m,盾構(gòu)掘進過程中土倉壓力不易保持穩(wěn)定,而導(dǎo)致地面沉降。因此,在管廊盾構(gòu)上跨地鐵14號線隧道時,要采取措施確保地層的穩(wěn)定性,需要考慮盾構(gòu)機自重及地鐵既有線路機車試車過程中產(chǎn)生的動載等因素,盾構(gòu)掘進時,盡量避免或減少擾動是盾構(gòu)掘進過程中的重點和難點。

3.2 渣土改良

盾構(gòu)掘進時隧道地層存在中風化泥質(zhì)粉質(zhì)砂巖,盾構(gòu)掘進時有糊刀盤等異常情況,影響正常掘進施工。因此,在盾構(gòu)掘進時,根據(jù)隧道地層情況適時動態(tài)調(diào)整掘進參數(shù),并根據(jù)土倉壓力及出渣情況及時跟蹤改良渣土至關(guān)重要。

3.3 合理控制掘進參數(shù)

由于地鐵14號線軌道已經(jīng)鋪設(shè)完成,對盾構(gòu)掘進時產(chǎn)生的擾動及變形有嚴格的要求。盾構(gòu)上跨掘進期間,地鐵14號線采用自動化監(jiān)測,因此,盾構(gòu)掘進參數(shù)的選擇要在總結(jié)試驗段及前期掘進洞段參數(shù)的基礎(chǔ)上合理選取,并在上跨掘進過程中加強監(jiān)測,適時動態(tài)調(diào)整,將地表沉降及對既有線路的變形影響控制在正常范疇。

3.4 管片拼裝時的土倉保壓

在管片拼裝期間,盾構(gòu)機通常會有些微的后退,由于停機保壓,土倉中的氣壓也會因損耗而導(dǎo)致前倉土壓力變小。停機保壓拼裝管片期間,土倉土壓力值會有約0.1 MPa的變化。故此在管廊上跨期間,在管片拼裝停機保壓前,將土倉壓力適當提高0.1～0.2 MPa,從而避免因土倉壓力損失引起地表塌陷。

3.5 盾構(gòu)上跨掘進時的盾構(gòu)姿態(tài)

管廊盾構(gòu)上跨地鐵14號線時,上跨曲線段轉(zhuǎn)彎半徑為400 m。管廊盾構(gòu)跨越掘進時,姿態(tài)的改變對周圍有較大的影響[1]。

4 管廊隧道上跨掘進

管廊盾構(gòu)掘進至上跨交叉區(qū)段之前,對該區(qū)段地層提前進行地表加固,進入預(yù)警區(qū)后開始進行監(jiān)測。上跨過程中,根據(jù)地層地質(zhì)情況,通過加強監(jiān)測等手段適時跟進調(diào)整掘進參數(shù)。跨越后,根據(jù)實時監(jiān)測和鞏固注漿等措施加以控制,通過跨越前、中、后3個階段控制措施,確保盾構(gòu)上跨地鐵14號線順利實施。

4.1 施工準備

對上跨區(qū)域地下管線及設(shè)施等進行聯(lián)合調(diào)查,并進行安全和風險評估。對上跨區(qū)域進行測量放樣,將14號線管廊中線、輪廓線和影響邊界線進行地面標識,聯(lián)合地鐵14號線管理單位對該線路洞內(nèi)受影響范圍進行洞內(nèi)標識,做好技術(shù)、設(shè)備、材料、人員及其他相關(guān)準備工作。

地面注漿采用垂直深孔注漿加固,注漿孔梅花形布置,間距1.0 m×1.0 m,注漿橫向范圍為隧道輪廓線外3.0 m,豎向為地鐵拱頂上60 cm起至管廊隧道底部。根據(jù)現(xiàn)場施工條件選擇袖閥管注漿。采用先周邊、后中間,隔孔注漿的注漿順序。先用水泥-水玻璃雙液漿封邊,再中間灌注單液水泥漿。

上跨區(qū)域范圍內(nèi),所有詳勘孔及補勘孔均進行了封堵。

4.2 盾構(gòu)上跨掘進

盾構(gòu)掘進主要遵循“連續(xù)掘進、勻速通過”的原則,根據(jù)區(qū)間地質(zhì)情況、渣樣分析及監(jiān)測情況,實時動態(tài)調(diào)整主要掘進參數(shù),優(yōu)化外加劑配比,改良渣土、控制出土量,及時跟進同步注漿和做好二次注漿。

在跨越后,對結(jié)束里程連續(xù)10環(huán)的管片進行二次注漿,繼續(xù)對上跨段實施監(jiān)測,實時分析監(jiān)測數(shù)據(jù),動態(tài)調(diào)整掘進參數(shù),確保上跨段的安全、穩(wěn)定。

4.2.1 掘進參數(shù)

1)土倉壓力。對前期掘進情況進行了分析總結(jié),對盾構(gòu)上跨掘進的適應(yīng)性作出合理判斷。根據(jù)盾構(gòu)掘進位置的埋深、土層地質(zhì)狀況及監(jiān)測結(jié)果對上部土壓計算值進行動態(tài)調(diào)整。上跨期間采用土壓平衡模式掘進,用氣壓輔助以降低土倉土位高度。根據(jù)該區(qū)段土層地質(zhì)條件,為減少盾構(gòu)施工對既有線的影響,土倉壓力值按[(80～120)±10] kPa的下限控制。

2)出渣量。依據(jù)盾構(gòu)隧道每環(huán)理論出渣量及改良渣土所用泡沫與加水量,嚴格按照不大于80 m3控制每環(huán)掘進出渣量,以確保開挖面的穩(wěn)定,并保持土倉氣壓恒定。實際每環(huán)出渣量根據(jù)監(jiān)控量測、渣斗余量和實測數(shù)據(jù)及時調(diào)整。

3)掘進推力及速度。選取合適的盾構(gòu)掘進推力及推進速度,以保持土倉正常壓力。并根據(jù)土層地質(zhì)及監(jiān)測情況實時動態(tài)調(diào)整。根據(jù)試驗洞段掘進效果,結(jié)合上跨段實際情況,選取盾構(gòu)總推力為1 500～3 000 t,掘進速度為20～40 mm/min。

4.2.2 盾構(gòu)姿態(tài)

在盾構(gòu)姿態(tài)滿足管廊設(shè)計軸線要求的基礎(chǔ)上,姿態(tài)控制做到勤糾、少糾、不超限,單次糾偏量控制在5 mm/m,以減少土體的超挖和擾動,使盾構(gòu)掘進洞軸與隧道設(shè)計軸線盡量貼合,確保地鐵管廊掘進質(zhì)量。

4.2.3 渣土改良

泡沫劑用量根據(jù)土層地質(zhì)以及排渣情況進行實時調(diào)整,保證刀盤扭矩、土倉壓力、推進速度等參數(shù)的穩(wěn)定、出渣的連續(xù)性。

4.2.4 管片拼裝

管片安裝前對管片及止水條進行檢查,存在質(zhì)量缺陷及損壞的部件必須及時更換。管片拼裝完成后,嚴格按照“三環(huán)復(fù)緊”制度進行管片復(fù)緊,即拼裝完成1環(huán)后,對包括本環(huán)在內(nèi)的后2環(huán)進行復(fù)緊。

4.2.5 同步注漿及二次注漿

管廊上跨段為加強同步注漿與二次注漿區(qū)域,長度總計約115 m。

1)同步注漿。在管廊盾構(gòu)上跨段,盾構(gòu)掘進時,為了防止和減少地面沉降,在脫出盾尾第4環(huán)管片開始,及時跟進同步注漿,將盾尾管片與地層之間的環(huán)形空隙填充密實。同步注漿量按管片外側(cè)與土層開挖面之間的環(huán)形空間體積的1.3～2.5倍考慮,并通過灌漿期間的監(jiān)測情況來調(diào)整。根據(jù)設(shè)計勘察地層情況、環(huán)境條件及施工地表沉降狀態(tài),每環(huán)管片襯砌實際同步注漿量以不少于7 m3加以控制。同步注漿壓力取靜止土壓力的1.1～1.2倍,注漿壓力值為0.25～0.4 MPa。

2)二次補強注漿。由于同步注漿存在缺陷,根據(jù)實際情況及監(jiān)測結(jié)果,在脫出盾尾5環(huán)后,及時對管片進行二次注漿,并在8～10環(huán)處再次補漿來控制沉降,同時做好止水環(huán),控制失水沉降。二次注漿采用雙液漿,并根據(jù)地面監(jiān)測情況及時優(yōu)化調(diào)整,二次注漿壓力為0.3～0.5 MPa。

5 現(xiàn)場管理措施

管廊盾構(gòu)上跨地鐵14號線期間,建立了領(lǐng)導(dǎo)24 h帶班并覆蓋了安全、技術(shù)、監(jiān)測、設(shè)備、施工等定人、定崗、定責的值班及應(yīng)急響應(yīng)體系,全方位控制風險,同時邀請相關(guān)專家現(xiàn)場指導(dǎo)工作。建立了包含業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測及相關(guān)專家在內(nèi)的信息交流反饋微信群,每環(huán)報送環(huán)報表、渣樣分析情況,相關(guān)的重要信息及時更新至交流反饋群,以便帶班領(lǐng)導(dǎo)指導(dǎo)現(xiàn)場施工,異常情況也能得到及時處理。

做好應(yīng)急組織等前期準備工作,并進行應(yīng)急響應(yīng)演練;應(yīng)急人員、設(shè)備、物資充足并準備就緒;地面應(yīng)準備好應(yīng)急注漿加固專用車輛及材料;地鐵14號線上跨交叉部位加固型鋼支撐準備就緒。

6 監(jiān)控測量信息化管理

上跨過程中,現(xiàn)場監(jiān)測人員進行24 h不間斷跟蹤監(jiān)測,并與控制室值班人員通過對講機進行及時聯(lián)系。值班人員對地面監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析,并將結(jié)果及時通過電話傳遞給盾構(gòu)工作面,指導(dǎo)盾構(gòu)施工參數(shù)的設(shè)定。通過反復(fù)循環(huán)、驗證、完善,保證上跨掘進均勻連續(xù)、安全可靠,若發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測值達到預(yù)警或報警值,立即按照既定程序啟動應(yīng)急預(yù)案。

監(jiān)控測量主要包括:隧道監(jiān)控量測(含地表沉降、建構(gòu)筑物沉降及傾斜、管片收斂及豎向位移等)、地下管線監(jiān)控量測、巡視檢查及地鐵14號線自動化監(jiān)測。通過監(jiān)控量測,及時掌握盾構(gòu)法隧道施工過程中的安全受控狀態(tài),指導(dǎo)盾構(gòu)施工的順利推進。

盾構(gòu)上跨14號線時,對地面進行加密監(jiān)測,按照交叉部位每隔10 m布設(shè)1個大斷面,每個斷面布設(shè)7個點的原則進行布點,監(jiān)測頻率為1天2次;對14號線洞內(nèi)采用自動化監(jiān)測,監(jiān)測頻率為2個小時1次,監(jiān)測范圍為交叉部位向外側(cè)延伸5倍洞徑范圍(約35 m)起布置,每隔6 m布置1個監(jiān)測斷面,每個監(jiān)測斷面布置6個監(jiān)測點。

14號線管廊上跨地鐵14號線期間,通過上跨前、上跨過程中及跨越后所采取的一系列預(yù)防及保護措施,地面人工監(jiān)測及14號線自動監(jiān)測結(jié)果均小于預(yù)警值及控制值[2]。

7 結(jié)束語

經(jīng)過十幾天的掘進,14號線綜合管廊順利通過預(yù)警區(qū)、跨越既有地鐵雙線、盾尾脫離影響區(qū)。上跨掘進期間,人工監(jiān)控及巡查情況正常,人工及自動監(jiān)測均滿足控制指標及技術(shù)規(guī)范。盾構(gòu)上跨掘進期間,做好地面預(yù)加固及既有線路隧洞上跨區(qū)間預(yù)防措施,控制好主要掘進參數(shù)并適時動態(tài)調(diào)整,做好同步及二次注漿,及時做好地面應(yīng)急跟蹤注漿,并全程做好監(jiān)控測量工作,可確保上跨掘進安全順利實施及既有線路的正常運營。