淺議地鐵近距離上部穿越運營隧道施工技術(shù)

徐 鈞

（上海電力通信有限公司，上海 200336）

淺議地鐵近距離上部穿越運營隧道施工技術(shù)

徐 鈞

（上海電力通信有限公司，上海 200336）

以上海市軌道交通10號線隧道上部穿越運營隧道1號線工程為研究對象，對該穿越段的工作難點、施工措施、實際施工情況等，進行了說明及討論.主要通過穿越前、穿越中、穿越后3階段控制隧道穿越工作的實施，保證了被穿越隧道及上部建筑物的沉降變形在安全可控的范圍內(nèi).通過探討本穿越段的施工，對以后不斷出現(xiàn)的軌道交通上部穿越施工項目提供了一定的參考.

上部穿越運營隧道；淺覆土埋深施工；隧道沉降控制

0 引 言

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程不斷加快.城市基礎(chǔ)設(shè)施特別是城市交通設(shè)施與城市化發(fā)展的矛盾逐漸凸現(xiàn)，交通越來越成為制約城市發(fā)展的瓶頸，城市交通日益擁擠，地下空間的利用效率加速提高，地下軌道交通規(guī)模不斷擴大.盾構(gòu)施工技術(shù)是軌道交通建設(shè)的主要施工方法，新建盾構(gòu)區(qū)間隧道上穿已建和在建地鐵線路的現(xiàn)象將越來越頻繁.區(qū)間隧道盾構(gòu)推進穿越其他地鐵線路，存在著巨大風險和困難.同時被穿越地鐵線路，大多為運營線路，一旦發(fā)生問題造成的影響將是巨大的.為此必須控制從穿越工作的前、中、后3個階段進行施工管理控制，將影響控制在最小范圍內(nèi).

圖1 10號線穿越1號線平面圖

本研究針對盾構(gòu)上穿過程中出現(xiàn)的幾種典型問題所采用的施工技術(shù)，對今后盾構(gòu)穿越施工提供有價值的參考資料，并對以后類似施工工程起到風險控制和指導作用.

1 工程概況

本工程隧道采用裝配式鋼筋混凝土管片通縫拼裝，內(nèi)、外直徑分別為5.5 m和6.2 m.采用的盾構(gòu)機為直徑6.34 m的兩臺土壓平衡式小松盾構(gòu)，盾構(gòu)長8.6 m.盾構(gòu)從陜西南路(南昌路）出發(fā)，往高安路方向約441 m后，以半徑為346 m的弧段轉(zhuǎn)入復(fù)興中路下方，并在復(fù)興中路(淮海中路）附近與運營中的地鐵1號線呈69°在其上方穿越，穿越位置如圖1所示，穿越段的地面覆土厚度最淺處為5.96 m.

2 周邊環(huán)境及工程地質(zhì)概況

2.1 周邊環(huán)境

上穿地區(qū)均位于鬧市區(qū).車流量大，地下管線繁雜，且位于徐匯區(qū)歷史風貌保護區(qū)，與1號線相交處東側(cè)有市級保護建筑——徐匯藝術(shù)館，上方有3層的老洋房，西側(cè)有2層的居民樓和法國領(lǐng)事館.均需要重點保護.

2.2 工程地質(zhì)概況

從表1以及地質(zhì)報告來看，10號線程隧道處于第④層淤泥質(zhì)土中，被穿越1號線隧道處于第⑤1層灰色粘土層中.

表1 土層物理性質(zhì)力學指標表

3 施工工藝

3.1 施工難點

3.1.1 穿越段地質(zhì)狀況

穿越時本工程隧道處于第④層淤泥質(zhì)土中，被穿越1號線隧道處于第⑤1層灰色粘土層中，該兩層土屬高壓縮性土，土質(zhì)軟，地基承載力差，受擾動后沉降大、穩(wěn)定時間長，后期沉降較大.且本工程隧道與被穿越的1號線隧道距離小，兩者之間最小凈距為2.111 m.兩條隧道之間的剖面位置如圖2所示.如何確保隧道之間的土體加固質(zhì)量、合理控制盾構(gòu)推進施工技術(shù)參數(shù)以及隧道的后期沉降變化是主要的攻克難題.

圖2 10號線穿越1號線剖面圖

3.1.2 穿越段地面覆土厚度淺

穿越段的地面覆土厚度最淺處為5.96 m.穿越過程中及穿越后的施工技術(shù)應(yīng)用不當，容易造成在建隧道、被穿越的1號線隧道以及上部建筑物沉降變形.

3.1.3 沉降監(jiān)測點無法布設(shè)

1號線為運營隧道，因運營需要，不允許人員在隧道內(nèi)即時開展監(jiān)測工作，常規(guī)的監(jiān)測工作無法正常開展.

3.2 盾構(gòu)穿越施工分析

盾構(gòu)推進引起地鐵1號線隧道變形的因素有很多，但歸納起來主要有以下3種：

(1）隧道推進中盾殼及盾殼外凸物引起的地層損失Ve1.Ve1的大小與盾構(gòu)的推進速度密切相關(guān)，為盡量減少地層損失，必須嚴格控制盾構(gòu)推進的速度，使其盡量低速均勻.

(2）盾構(gòu)曲線推進引起的地層損失為Ve2盾構(gòu)曲線推進，每推進10 cm盾構(gòu)軸線產(chǎn)生偏角α，按此要求所產(chǎn)生的曲線推進引起的地層為減少Ve2，必須控制一次糾偏量的幅度.

(3）盾構(gòu)正面壓力不平衡引起的地層損失Ve3盾構(gòu)正面壓力與地層原始靜止土壓力之差值△P引起的地層損失Ve3.在盾構(gòu)推進趨近1號線隧道的過程中，為減少盾構(gòu)穿越后盾尾壓漿不足及固結(jié)沉降引起的地鐵隧道沉降.△P應(yīng)取正值，即正面壓力比原始靜止壓力大0～5%.

盾構(gòu)推進中所需調(diào)整的主要參數(shù)就是盾構(gòu)推進速度V、盾構(gòu)的正面壓力、盾構(gòu)每推進后其軸線發(fā)生的偏角α，這3種主要因素引起地層位移的綜合效應(yīng)，反應(yīng)在1號線隧道的平面和豎向兩個方向的縱向擾曲以及隧道的徑向變形上，即δv、δh及隧道徑向收斂變形［1］.

3.3 施工措施及對策

根據(jù)隧道穿越過程的控制要點不同，將穿越工作主要劃分為3個階段：穿越前、穿越中、穿越后.

3.3.1 第一階段：穿越1號線隧道前(穿越前50環(huán)至盾構(gòu)到達已建隧道）

(1）在進入穿越區(qū)之前就將隧道整體調(diào)整到設(shè)計軸線，并控制隧道按軸線推進，保持平滑趨勢，防止在該區(qū)段對盾構(gòu)進行猛糾.

(2）自動監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)及整體監(jiān)測系統(tǒng)建立.地鐵1號線為運營線路，其運行安全及其重要，按規(guī)定在地鐵穿越前后1號線的累積沉降量必須小于5 mm.但因為1號線地鐵隧道為運營地鐵，無法進行正常的監(jiān)測工作.在與運營公司、監(jiān)護公司共同協(xié)商下，同意在1號線隧道內(nèi)布設(shè)自動沉降監(jiān)測點.

圖3 號線內(nèi)自動監(jiān)測布點圖

自動監(jiān)測測點布設(shè)：在1號線和10號線隧道交匯處前后50 m范圍內(nèi)布置兩臺徠卡TCA2003全站儀(上、下行各一臺），每5 m布設(shè)1個監(jiān)測斷面，共布設(shè)42組斷面(上、下行各21組），每個斷面布設(shè)6個棱鏡.另外在布設(shè)4組基準斷面，每組4個棱鏡，共計268個棱鏡(監(jiān)測點布點位置見圖3.所示）.在1號線隧道內(nèi)采用電水平尺進行自動測量，測量數(shù)據(jù)通過無線傳輸，反映到監(jiān)控室的屏幕上，數(shù)據(jù)每5 min刷新一次.

在盾構(gòu)穿越前，在穿越段地面布設(shè)了2個深埋沉降點(深度超過1號線深度3米），2個水位觀測孔，1個土體分層沉降孔，穿越段附近重要建筑物上布設(shè)了沉降觀測點.

3.3.2 第二階段：穿越1號線隧道中(當盾構(gòu)到達已建隧道至盾構(gòu)機尾部脫出穿越段后5環(huán)）

(1）土壓力值設(shè)定略微比理論值大，使推力略微大于平衡土壓力，從而減小下部隧道上浮.

(2）在推進時，盡量保持前倉土壓力的穩(wěn)定，在拼裝管片時，仍安排盾構(gòu)司機監(jiān)控土壓力值，發(fā)現(xiàn)明顯減小時，轉(zhuǎn)化成推進狀態(tài)，增加土壓力至正常推進值，始終保持盾構(gòu)機土壓力略大于外部自然土壓［1］.

(3）必須嚴格控制盾構(gòu)推進的速度，使其盡量低速均勻.根據(jù)理論分析，結(jié)合盾構(gòu)自身特點以及以往經(jīng)驗，設(shè)定盾構(gòu)推進速度V＝5～10 mm／min，并且要求盾構(gòu)停推時間的長短以監(jiān)測所得的即時測量資料為依據(jù)［2］.

(4）在1號線隧道內(nèi)布置垂直位移監(jiān)測點和環(huán)徑(收斂）變化監(jiān)測點，以每5 min／次監(jiān)測數(shù)據(jù)向盾構(gòu)現(xiàn)場指揮中心傳遞.現(xiàn)場指揮中心根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整盾構(gòu)推進的主要施工參數(shù)以及調(diào)整推進方案.

(5）對同步注漿配比進行調(diào)整.將漿液的稠度調(diào)小，采用流動性和支承性較好地惰性漿液(惰性漿液地稠度控制在8～9），用以充填盾尾空隙，使同步注漿能夠在土體中更為有效的擴散，同時可防止?jié){液損壞盾尾密封并杜絕堵管情況發(fā)生，保證同步注漿在穿越段施工的連貫性.同步注漿壓力應(yīng)小于0.4 MPa，注漿量為1.1～1.8倍的空隙體積，具體注漿量以1號線隧道內(nèi)的即時監(jiān)測數(shù)據(jù)為準及時進行調(diào)整.

3.3.3 第二階段：穿越1號線隧道后(盾構(gòu)機尾部脫出穿越段后5環(huán)）

(1）置換注漿.在同步注漿施工結(jié)束后，對地鐵1號線有影響的施工區(qū)段范圍內(nèi)的惰性漿液進行置換注漿加固(置換注漿加固為雙液注漿），注漿加固范圍為管片外0.5 m，每孔注漿量400 L，每環(huán)注漿量2 000 L.

(2）雙液二次注漿.在盾尾后10環(huán)處從隧道內(nèi)進行雙液二次注漿，以減少盾尾脫出后土體的沉降.施工范圍為隧道底部的預(yù)留注漿孔以下至地鐵1號線中心線以上范圍內(nèi)的土體，加固殼的厚度為1.5～1.8 m，加固后的土體應(yīng)有良好的均勻性和較小的滲透系數(shù)，注漿加固后土體強度要求Ps≥1.2×106Pa.注漿工作按少量多次的原則：采取隔環(huán)跳孔施工形式，每環(huán)一次施工1～2只孔，每2個連續(xù)施工環(huán)間隔3～4個環(huán).加固注漿采用分層注漿，先外層后內(nèi)層，注漿管每次施工50～100 cm，每層回拔10～20 cm；同時，根據(jù)自動水平監(jiān)測儀實時監(jiān)測情況調(diào)整注漿量和壓力，每孔分層注漿可達2～4次，注漿全部結(jié)束后，拔除注漿管，封閉孔口.當注漿管在④、⑤層土施工時，注漿壓力控制在3×105Pa以下，注漿流量控制在10～15 L／min.雙液漿配比以表2參數(shù)為準［3］.

表2 雙液漿配比表

(3）雙液漿補漿加固.在隧道貫通后，對該區(qū)段隧道區(qū)間進行雙液漿補漿加固.補漿加固為隧道下半部范圍的8只預(yù)留注漿孔以及隧道以上的土體，每環(huán)為隧道下半部8只孔，并要求跳環(huán)注漿，以減少對下方1號線的影響.

3.4 盾構(gòu)穿越施工實施情況

3.4.1 盾構(gòu)推進參數(shù)

穿越時，盾構(gòu)的主要參數(shù)如下：推進速度為8 mm／min(發(fā)生過推進過程因下部隧道上浮較大，減速或停止推進的情況.但基本以該速度完成穿越段施工），土倉壓力為1.5×105Pa.因下部隧道上浮較快，同步注漿量由2.5 m3調(diào)整為2.8 m3.

3.4.2 被穿越隧道變形

從自動化監(jiān)測系統(tǒng)上反饋的信息上來看，當盾構(gòu)到達1號線隧道前5環(huán)時，1號線有0.8 mm左右的上浮，當盾構(gòu)到達時，上浮量約為1mm，當盾尾脫出1號線后，1號線上浮量約為2.7 mm.第二條穿越隧道穿過1號線時，1號線的變形趨勢完全一致，但變形幅度稍大，最大累計上浮量達到4.2 mm，然后基本保持該數(shù)值，隨著后續(xù)注漿工作的開展，又開始逐步回落.最終的測量數(shù)據(jù)顯示，1號線內(nèi)累計最大上浮量的監(jiān)測點為2.3 mm.當盾構(gòu)推進時，下部1號線上浮，停止推進時，不上浮.可見盾構(gòu)的背土效應(yīng)比較明顯.［4］

3.4.3 穿越施工對上部建筑的變形影響

因為10號線上部覆土約為5.8 m，為淺覆土施工，在穿越過程中，同步注漿量較大，地面監(jiān)測反映穿越段地表有較大的上抬，最大值約為10 mm.

3.4.4 配重措施效果

圖4 穿越隧道內(nèi)配重圖

配重措施在臺車通過后，開始壓在隧道的兩側(cè)(配重詳見圖4穿越隧道內(nèi)配重圖），保證2t／環(huán).從實際效果來看，10號線配重后本身的上浮有所控制，同時對下部1號線上浮也有一定的影響.在隧道貫通后進行埋管加固時配重運出隧道，此時土體已基本穩(wěn)定，監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)1號線有明顯變化.

3.4.5 雙液二次注漿效果

在雙液二次注漿施工過程中在對1號線有影響的施工區(qū)段從隧道下半部范圍內(nèi)的預(yù)留注漿孔打入適當數(shù)量的預(yù)埋注漿管，深度1.5 m.根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及實際情況，隨時進行跟蹤注漿工作，經(jīng)過多次注漿后，以后的注漿孔很難打出1.5 m，說明先前的二次注漿已經(jīng)在隧道周圍形成一個整體，達到了注漿的效果.

隨著二次注漿的不斷開展，在周邊建筑物布置的監(jiān)測點顯示：穿越段地面有隆起現(xiàn)象，最大隆起量達8 mm.部分注漿量較大處的地面開裂并少量滲漏漿液.說明由于淺覆土施工，二次注漿雖然可以有效控制隧道變形，但對上部建筑物的影響卻比較明顯.不過主要建筑主體穩(wěn)定，累計沉降變化都在允許范圍內(nèi)［5］.

3.4.6 穿越隧道自身沉降

考慮到穿越1號線時，注漿量都大于平時正常推進的注漿量.在穿越、二次注漿過程中直至隧道貫通都保持有連續(xù)的隧道沉降記錄，并加以分析.

由表3、4的沉降數(shù)據(jù)表以及圖5、6的沉降曲線圖分析可知，10號線隧道本身因為同步注漿加注抬起.盾構(gòu)機開過之后，因為漿液在土體中的擴散，隧道本體有所下降.根據(jù)數(shù)據(jù)對下沉部分的隧道進行有針對性的二次注漿后，隧道整體再次抬起.停止注漿后有所回落，但幅度較小，隧道整體趨于穩(wěn)定.

表3 10號線上行線隧道沉降數(shù)據(jù)910環(huán)

表4 10號線上行線隧道沉降數(shù)據(jù)880環(huán)

圖5 上行線第910環(huán)曲線圖

圖6 下行線第880環(huán)沉降曲線圖

4 總 結(jié)

通過本次穿越施工，收集了一些關(guān)于盾構(gòu)近距離上穿既有隧道時的技術(shù)參數(shù)，并且明確了幾項重要的控制點：(1）土壓的合理選擇；(2）推進速度的嚴格控制；(3）監(jiān)測系統(tǒng)的建立及應(yīng)用；(4）置換注漿及二次注漿的質(zhì)量及時間控制.只要針對以上幾項控制點進行施工，穿越工作可以在安全可控的范圍進行.

隨著上海軌道交通網(wǎng)的形成，越來越多的隧道建設(shè)線路需要交叉穿越，但相對在鬧市中淺埋深上部穿越運營隧道的范例相當少，希望通過本次施工得出的經(jīng)驗?zāi)転橐院箢愃频乃淼来┰焦こ烫峁﹨⒖迹瑸檐壍澜煌ńㄔO(shè)的蓬勃發(fā)展添磚加瓦.

［1］ 章新華.地鐵暗挖隧道下穿建筑物處理技術(shù)［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2011（4）：56-58.

［2］ 陳越峰，張慶賀，鄭堅，等.上海地鐵9號線盾構(gòu)上穿越已建隧道技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2009（38）：40-41.

［3］ 侯艷娟，張頂立，陳峰賓.隧道施工下穿建筑物注漿抬升機制及預(yù)測研究［J］.巖石力學與工程學報，2011（30）：2407-2415.

［4］ 建設(shè)部科技發(fā)展促進中心.GB 50446-2008盾構(gòu)掘進隧道工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：3-18.

［5］ 北京市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會.GB50299-1999地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2003：21-22.

Discussion on the construction technology of the subway crossing the close-upper perating tunnel

XU Jun
(Shanghai Electric Power Communication Co.，Ltd，Shanghai 200336，China）

This papermainly forcuses on the construction technology of the Shanghai Metro Line 10 which is to cross the upper operating Shanghai Metro line 1.The difficulties of the crossing section，constructionmeasures and actual construction conditions are described and discussed.Acturally，this paper ismainly talking abouthow to control the implementation of the tunnel through work through the three stages of crossing tunnel，namely pre-crossing，in-crossing and post-crossing，ensuring the settlement deformation of the through tunnel and its upper partof the buildings in safe and controllable range.It is through the discussion of the crossing construction to provide a certain reference value to the upper part crossing of future trail traffic.

crossing the upper tunnel；the deep constructionthe of the shallow buried；control of the tunnel settlement

TU 94

A

1000-5137(2013）02-0148-06

（責任編輯：顧浩然）

2012-12-31

徐 鈞(1982-），男，上海電力通信有限公司工程師.