大直徑泥水盾構下穿路塹式城市主干道綜合施工技術

孔 玉 清

(中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，江蘇 南京 218000)

1 概述

1.1 工程概況

新建北京至張家口鐵路工程清華園隧道盾構區間位于北京市海淀區，并行地鐵13號線東側敷設，隧道全長6 020 m，包含兩段盾構區間，其中2-1盾構區間長2 707.5 m，3-2盾構區間長1 741 m，采用兩臺直徑12.64 m的泥水盾構機進行掘進施工。盾構隧道管片外徑12.2 m,內徑11.1 m，環寬2 m，管片厚度55 cm。清華園隧道3-2盾構區間穿越北四環路，北四環路全長82.9 m，加兩側綠化帶共100 m。

1.2 北四環概況

北四環主路設計車速80 km/h，輔路設計車速40 km/h；該段采用路塹方式下穿現況京包鐵路，路面處覆土厚度10.5 m～10.75 m，擋墻外覆土深度17.63 m～17.89 m。道路斷面見圖1。

1.3 穿越地質條件分析

擬建盾構區間穿越的土層自上而下分別為雜填土層、粉質粘土層、粉土層、粉質粘土層、卵石土層，盾構施工穿越的土層為粉質粘土層、卵石土層，盾構頂部為粉質粘土層。該段盾構區間結構底部標高20.30 m～20.54 m，位于上層滯水及承壓水之下。該區間穿越地層為第四系地層，圍巖自穩能力較差。地質條件如圖2所示。

2 下穿前檢測評估

地下工程下穿交通設施應進行事前評估，主要評估內容包括：

對交通設施現狀進行檢測評估，評價地下工程對交通設施的影響，提出交通設施允許變形控制值，確定監測原則和技術標準，結論及安全防護建議。評估流程見圖3。

2.1 下穿前檢測

1)道路表觀調查：道路幾何尺寸，包括人行道、非機動車道、機動車道、隔離帶等道路要素的斷面尺寸；詳細記錄道路病害，其中瀝青路面病害包括龜裂、塊狀裂縫、縱裂縫、橫裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、波浪壅包、泛油、修補等；人行道病害包括裂縫、松動或變形、殘缺等；

2)道路下方土體密實性檢測：采用地質雷達法對路面以下5 m范圍內的土體密實情況進行探測；

3)道路平整度檢測：采用連續式平整度儀測量路面的平整度；

4)擋土墻檢測：擋土墻材質檢測、外觀損壞情況、垂直度測量、擋土墻基礎下方土體密實性情況。

2.2 控制標準制定

結合北京市市政工程設計研究總院有限公司《新建北京至張家口鐵路工程清華園隧道盾構區間下穿北四環路設計咨詢》及《新建北京至張家口鐵路工程清華園隧道盾構區間下穿道路設施設計咨詢北四環地下連續墻設計咨詢報告》，本次施工影響北四環路及北四環地下連續墻變形控制標準見表1。

表1 道路及擋墻控制標準表

3 施工影響預測分析

對盾構隧道下穿北四環路采用數值計算軟件FLAC 3D進行三維全過程施工模擬計算，綜合分析隧道施工對路面變形的影響規律，對施工引起的路面沉降進行預測。模擬計算均按照工程的實際工況進行模擬，評估的前提是盾構掘進處于正常良好控制條件下。

本次盾構施工影響北四環中路及擋墻，對新建盾構隧道進行模擬分析，具體模擬過程由北向南為：盾構始發到北四環北側擋墻；北四環北側擋墻到北四環主路；北四環主路到北四環南側擋墻；北四環南側擋墻到盾構接收井。對盾構穿越各階段分別進行分析模擬，按照施工提供參數，改變注漿土層參數模擬注漿過程，注漿壓力0.3 MPa～0.5 MPa。得到計算云圖及結論如下。

1)第一階段：盾構始發到北四環擋墻，見圖4～圖6。

2)第二階段：北四環北側擋墻到北四環主路,見圖7～圖9。

3)第三階段：北四環主路到北四環南側擋墻，見圖10～圖12。

4)第四階段：北四環南側擋墻到盾構接收井，見圖13～圖15。

由圖4～圖15可知：

穿越后道路最大沉降為11 mm，小于15 mm，擋墻最大沉降6.4 mm，小于8 mm，擋墻最大水平位移為0.57 mm，不均勻沉降小于2 mm/6 m。

以上計算結果表明：設計施工方案基本可行，在施工控制措施得當的情況下，盾構施工對北四環路及擋墻的影響在可控范圍。

4 穿越施工

清華園隧道3號～2號井盾構區間穿越北四環路及擋墻施工，按照“連續施工、穩步推進、嚴控參數、注漿飽滿”的控制原則，確保盾構機安全順利穿越北四環路及擋墻。穿越過程主要控制參數見表2。

1)穿越過程嚴格控制切口壓力，盾構機距北四環兩側擋墻4環時開始逐環調整切口壓力，每環調整量不大于0.2 bar，穿越擋墻后切口壓力恢復到正常計算值；

2)穿越過程控制好泥漿指標，泥漿比重控制在1.15 g/cm3～1.25 g/cm3之間，粘度控制在17 s～22 s之間；

3)穿越過程中，盾殼外部連續注入克泥效，填充土體與盾殼間的空隙，嚴格克泥效注入量和注入壓力，控制地表沉降；

4)穿過過程嚴格控制同步注漿，注漿量控制在計算量的130%～180%之間，確保同步注漿均勻、密實、飽滿，必要時采取二次注漿措施補強；

5)穿越過程做好道路、擋墻的沉降監測和擋墻的水平位移監測；

6)時時關注監測數據，根據監測數據情況，及時修正盾構掘進和注漿參數。

表2 盾構穿越北四環路及擋墻施工參數控制表

5 實施效果

2018年5月7日開始穿越北四環，2018年5月17日安全完成穿越，期間盾構各項參數均在正常范圍，穿越完成后道路沉降最大值為5 mm，擋墻最大沉降為2 mm，盾構穿越北四環道路及構筑物沉降及水平位移均在可控范圍內。

6 結語

盾構下穿既有道路及構筑物前進行檢測、評估，給出控制標準，并采取三維模擬計算的方法對穿越施工全過程進行模擬，為穿越過程提供參考依據，在穿過過程正確設定各項施工參數，做好施工監測，確保了大直徑泥水盾構安全順利穿越路塹式城市主干道，該方法可供同類工程借鑒。