盾構上跨既有地鐵運行區間技術措施研究

趙穎麗

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300459)

1 工程概況

1.1 新建隧道與既有隧道位置關系

沈陽地鐵十號線九標新建盾構地鐵區間基本位于北一環交通主干道下方。隧道采用盾構施工，采用?6 140 mm土壓平衡盾構機，襯砌內徑為5 400 mm，外徑為6 000 mm，強度等級C50，抗滲等級P10，管片組裝方式采用“3+2+1”錯縫拼裝。區間左線全長1 220.245 m，右線全長1 234.533 m，左右線間距為12～15 m，覆土厚度9.8～17.8 m，區間設兩座聯絡通道。

既有線上跨位置位于距離小里程車站23 m處，新建線與既有線位置關系見圖1，盾構上跨既有線區間拼裝的管片均采取特殊型管片。既有線區間為馬蹄形單洞單線隧道，礦山法施工、復合式襯砌，標準段二襯厚度為350 mm、初支厚度為250 mm，人防段二襯厚度500 mm、初支厚度300 mm。

圖1 上跨位置平面圖

隧道左線始發后約23 m進入上跨既有線位置，盾構機刀盤外邊緣與既有線右線初期支護結構凈距約131 mm(刀盤與既有線具體位置關系見圖2)，新建左線區間隧道刀盤外邊緣與既有線左線初期支護結構凈距約580 mm。經過現場實地探挖發現，新建區間左線與既有線右線暗挖人防段初支小導管相沖突，小導管侵限狀況見圖3(a)，沖突范圍約2.4 m×2.7 m。

圖2 既有線初支頂面與盾構刀盤位置示意圖(單位：mm)

圖3 既有線侵限初支

1.2 水文、地質情況

新建盾構隧道主要位于中粗砂層、礫砂層，上跨既有線位置地層主要為中粗砂層、礫砂層。區間地下水位埋深9.4～12.0 m，抗浮水位埋深6.4～9.0 m。

由于上跨位置臨近端盾構始發段，為滿足始發條件始發端要求進行24 h降水施工，始發端頭實際水位20～25 m，既有隧道人防段頂部施作豎井探查小導管時，地下無水。

2 施工重點分析

(1)由于既有線距離始發車站左線始發端僅有23 m左右，為避開既有線人防結構，始發段線路的縱坡設計為27‰，因此控制盾構機姿態是隧道施工中的首要任務。

(2)新建隧道盾構上跨既有線位置主要為礫砂層和中粗砂層，且無地下水，掘進過程中應控制好掘進參數，避免推力過大、出土量過多從而產生地面隆沉造成不良后果。

(3)通過前期采用人工挖孔調查發現新建線距離既有線人防段初支最近距離131 mm，如何減小盾構施工對運營線路所造成的影響，保證盾構安全通過既有線路及既有線隧道結構安全及正常運行同樣重要。

3 采取的主要技術措施

3.1 侵限處理及注漿加固

3.1.1 侵限處理

盾構上跨施工前期為保證施工安全，采用人工挖孔對上跨既有線位置進行調查，經多次組織專家溝通、論證確認；盾構刀盤底距離初支格柵保持最小間距176 mm方可滿足盾構通過要求；掘進過程中盾構始終要保持抬頭趨勢掘進，前端保持在+30～+40 mm，必要時需打開鉸接系統進行抬頭。因此，在既有線區間上方施作臨時施工豎井，對沖突范圍內的小導管進行處理(見圖3(b))，將既有線初支鑿除至控制標高處，滿足盾構通過時刀盤距初支176 mm要求。

臨時豎井采用倒掛井壁法施工。臨時豎井所處位置位于市內交通繁華的街上，車流量極大，施工占道困難，白天無法施工，只能在夜間21時至凌晨6時之間進行施工，白天恢復交通。受現場管線及交通條件限制，臨時豎井設計深度約15 m，豎井凈空尺寸3.5 m×2.0 m，在地面4 m以下豎井截面寬度由2 m漸變為4 m(單側漸變)；井口采用鋼筋混凝土鎖口圈梁，施工采用單襯形式，支護形式為組合鋼架、鋼格柵+鋼筋網片。地面鋪蓋系統結合鎖口圈梁設計，采用7根I40c工字鋼+2塊2 cm厚鋼板組合形式，每3根工字鋼和一塊鋼板計一組，整個鋪蓋系統共2組。按臨時豎井施工圖設計要求在圈梁上南北向預留槽口，在夜間施工完成后及時進行井口鋪蓋，滿足現場交通安全暢通需要。

當臨時開挖至既有線格柵時，復測格柵標高，當實際標高大于或者等于設計要求的盾構刀盤外邊緣與格柵間176 mm時，采用C15素混凝土進行回填。若小于176 mm時，根據實際情況采用人工持電鎬破除，盡量減小對既有線的擾動和振動。

3.1.2 注漿加固

既有線小導管處理完成后，利用臨時豎井對上跨既有線右線前后各10 m范圍內土體進行深孔注漿加固。注漿加固采用深孔后退式注漿，采用水泥漿，孔間距1 m梅花形布設。施工順序為自上而下，隨施工需要搭設施工平臺。注漿完成后進行測量復測井底標高，清除殘余漿液及雜物，滿足盾構通過要求后方可進行下道工序。注漿范圍如圖4所示。

圖4 上跨位置注漿范圍(單位：mm)

3.2 既有線人防段臨時加固

在上跨位置既有線洞采取型鋼臨時支頂措施。經實地調查上跨位于既有線人防段，其高度、寬度均滿足臨時支頂要求，且支頂后對既有線運營無影響，待盾構通過后根據監測數據穩定、運營一段時間后進行拆除[1]。

既有線人防段臨時加固工程，采用間距500 mm分布的門架結構，門架間沿隧道縱向采用I10a工字鋼連成整體，加固結構如圖5所示。門架采用弧形桁架為主要受力體系，桁架上弦桿采用I16a工字鋼、下弦桿采用I20a工字鋼、門架鋼柱采用I20a工字鋼，腹桿及其他撐桿采用I10a工字鋼連接。

圖5 加固鋼架斷面示意圖(單位：mm)

3.3 盾構穿越過程中自身參數控制

3.3.1 盾構機改造

盾構機選用土壓平衡式盾構機，盾構含刀盤長為9.98 m。為保證順利完成上跨施工對盾構刀具進行改造，情況如下：為了確保刀盤開挖直徑6 170mm，將盾構刀盤周邊原有的6把普通保徑刀增加至18把保徑刀；邊緣刮刀由原有的6大、6小普通型刮刀，加強為重型刮刀；盾構刀盤面板上加密耐磨條紋，并在盾構刀圈邊緣增設保護刀和耐磨塊；刀具更換完成后，進行量測，確保盾構機在掘進時的開挖直徑大于盾體。專門配備一臺泥漿泵進行減阻使用，盾構機在穿越掘進中，在中前盾往盾體四周注入克泥效泥漿進行潤滑，減小阻力。

3.3.2 盾構機始發姿態的控制

新建線路左線為了避開既有線人防段結構，在始發進洞后以27‰上坡上跨既有線。由于既有線人防段結構距離始發端頭僅23 m左右，在始發掘進過程中，應盡量使盾構機切口的位置保持在施工軸線的+20～+30 mm范圍內，確保盾構機以抬頭的姿態推進。為了減少盾構推進過程中盾構殼體對土體側向摩擦而產生的對既有結構的側向荷載，在盾構機刀盤距離既有線結構10 m左右時，開始向中前盾注入克泥效觸變泥漿進行殼體潤滑；嚴格控制盾構推進速度，降低刀盤轉速，減少刀盤對土體的擾動，控制推進速度，使盾構機緩慢平順推進。

3.3.3 同步注漿控制

根據地質條件，選定有較高早期強度的水泥、水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在1.1～1.2倍的靜止水土壓力，即3.0～4.0 bar(1 bar=0.1 MPa)范圍內；每環注漿量控制在3～3.5 m3之間；注漿速度嚴格與掘進速度匹配，漿液配比A液∶B液(體積比)=10∶1，初凝時間控制在30 s左右，A液配比水泥∶粉煤灰∶水=554∶443∶664(kg/m3)，B液為35 Be′水玻璃。

3.4 二次補漿

盾構上跨完成后，通過管片預留的注漿孔進行二次注漿，從新建線隧道內對既有線兩側結構外邊線隧道底部120°范圍進行深孔注漿(見圖6)。注漿漿液采用瞬凝型且具有較高早期強度的水泥—水玻璃快硬漿液，減少圍巖及既有線反應的時間及空間，以穩定新建線與既有線結構相鄰的隧道結構[2]。

圖6 二次補漿范圍示意圖(單位：mm)

3.5 施工監控

根據施工進行情況進行地表沉降、管片結構水平和豎向位移及管片凈空收斂、既有線區間沉降及傾斜觀測，變形縫差異沉降等監測，監測結果見表2。

表2 跨越期間人工監測數據

新建線路盾構施工直接影響既有線的范圍為21 m，根據既有線結構運行情況，自動化監測范圍分別向兩側延伸32 m，即保護監測范圍為既有線上行、下行各為85 m，監測結果見表3。

表3 跨越期間既有隧道自動化監測數據

沈陽地鐵區間雙線盾構上跨既有地鐵線期間，基于在上跨施工過程中采取的各種保護措施，隧道結構、軌道等的沉降、位移、變形等均在可控范圍內。

4 結束語

沈陽地鐵十號線九標新建盾構區間上跨既有隧道盾構穿越期間施工參數控制情況與監控量測情況結合分析，說明本文采取的技術措施合理、有效，為同類型工程施工提供經驗，有顯著的經濟效果和推廣價值。