地鐵盾構(gòu)隧道下穿加油站的地表沉降分析

徐 淼

（中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市人口增長(zhǎng)迅猛，地鐵逐步成為交通擁堵治理的首選。在地鐵盾構(gòu)施工過程中，不可避免會(huì)下穿城市道路、高架橋、民用建筑物、文物建筑和加油站等重大風(fēng)險(xiǎn)源。雖然盾構(gòu)機(jī)械化水平越來越高，技術(shù)日趨成熟，盾構(gòu)穿越重大風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，控制地表沉降、建筑物沉降、管線沉降等沉降項(xiàng)目仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

本文以青島地鐵1 號(hào)線遵瑞區(qū)間盾構(gòu)下穿加油站項(xiàng)目為例，開展研究分析。通過對(duì)加油站區(qū)域地表、油罐、油棚和辦公房的沉降監(jiān)測(cè)，利用預(yù)報(bào)警手段，及時(shí)反饋施工單位進(jìn)行盾構(gòu)參數(shù)調(diào)整和增加風(fēng)險(xiǎn)管控措施，確保盾構(gòu)機(jī)安全穿越加油站區(qū)域。

1 工程概況

1.1 盾構(gòu)區(qū)間概況

青島地鐵1 號(hào)線遵義路站—瑞金路站區(qū)間位于重慶中路西側(cè)，從遵義路站始發(fā)，向北下穿青島市胸科醫(yī)院、青鋼醫(yī)院和東南渠加油站，地面為商業(yè)、工廠辦公、居住和商住用地，沿重慶中路進(jìn)入瑞金路站。

遵瑞區(qū)間里程K55+472.700—K56+774.350，長(zhǎng)1301.65 m。該區(qū)間分為礦上法和盾構(gòu)法兩段，其中，K55+465.700—K56+218.350 為盾構(gòu)法段，左線長(zhǎng)752.657 m，右線長(zhǎng)752.650 m，線間距14 m。隧道拱頂埋深8.5～21 m，斷面形式為單洞單線外徑6 m 的圓形預(yù)制管片。

區(qū)間從遵義路站開始，開始位置在半徑為3000 m 的豎曲線上，然后以28‰的坡度下坡260 m，再以15‰的坡度下坡450 m，達(dá)到線路最低點(diǎn)進(jìn)入盾構(gòu)吊出井，吊出井處豎曲線半徑為5000 m。

1.2 加油站油罐位置

遵瑞區(qū)間下穿加油站的油棚位于里程DK55+733.890，加油站棚為1 層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.5 m，距隧道拱頂約12.7 m；地下油罐位于DK55+755.540，共4 個(gè)油罐（2 個(gè)汽油、2 個(gè)柴油），油罐直徑2.5 m，油罐長(zhǎng)約6 m，體積25 m3；實(shí)測(cè)油罐埋深3.5 m，距隧道拱頂約11.3 m，油罐周邊采用石粉回填；底座30 cm 混凝土墊層，雙層油罐，液位儀、滲漏監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)良好。

1.3 加油站地質(zhì)水文條件

盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)源區(qū)間穿越地層從上到下依次為粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土～黏土、粗砂～礫砂、粉質(zhì)黏土、含黏性土粗～礫砂、強(qiáng)風(fēng)化安山巖和中風(fēng)化安山巖。其中加油站區(qū)域隧道穿越地層為中等風(fēng)化安山巖，拱頂覆巖厚度小于1 m，地下水類型為基巖裂隙水，受上層第四系孔隙水補(bǔ)給，水量較大。

1.4 盾構(gòu)下穿加油站風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

遵瑞區(qū)間下穿加油站油棚，側(cè)穿加油站4 個(gè)油罐，設(shè)計(jì)定義風(fēng)險(xiǎn)源等級(jí)為I 級(jí)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求，穿越加油站時(shí)必須降低風(fēng)險(xiǎn)源等級(jí)。

1.5 盾構(gòu)掘進(jìn)控制措施

遵瑞區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，復(fù)雜的地質(zhì)條件、開挖面的應(yīng)力釋放、附加應(yīng)力對(duì)土體的固結(jié)、地下水的流失、注漿不及時(shí)、注漿量不足等原因會(huì)引起隧道上方的地表沉降。為控制加油站的油棚、油罐的沉降變形，盾構(gòu)掘進(jìn)采取以下措施。

（1）危險(xiǎn)區(qū)施工前，加油站須停運(yùn)，同時(shí)清空儲(chǔ)油罐、氣罐和管道內(nèi)油品和氣品，確保加油站內(nèi)無油品、氣品，做好相應(yīng)保護(hù)措施；做好洞內(nèi)和地表的油氣監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，發(fā)現(xiàn)異常立即停工處理。施工完畢后，應(yīng)對(duì)加油站設(shè)備、接頭進(jìn)行檢測(cè)，合格后恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。

（2）劃定清晰明確的風(fēng)險(xiǎn)源邊界，制定下穿加油站專項(xiàng)第三方與施工方監(jiān)測(cè)方案，及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋信息調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。施工單位應(yīng)制定完善的應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行專項(xiàng)安全與技術(shù)交底，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，立即采取洞內(nèi)二次注漿與地表注漿加固。

（3）為減少對(duì)地層的影響，改善渣倉土體流動(dòng)性，須進(jìn)行渣土改良[1]。渣土改良應(yīng)嚴(yán)格加注信譽(yù)良好優(yōu)質(zhì)的泡沫劑和優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土漿。通過先期試驗(yàn)段驗(yàn)證，效果優(yōu)良方可應(yīng)用于本場(chǎng)區(qū)。

（4）穿越前檢查刀具磨損量，有磨損立即更換滾刀；掘進(jìn)前應(yīng)檢修好盾構(gòu)零件，確保性能完好，切記在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位置停機(jī)。穿越過程中應(yīng)保證好盾構(gòu)機(jī)的機(jī)械性能，控制好盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，做好同步注漿和必要的二次注漿工作[2]，平穩(wěn)勻速通過危險(xiǎn)區(qū)，拼裝時(shí)確保管片防水和拼裝質(zhì)量；選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的盾尾油脂。

（5）合理安排施工工序，安排專人負(fù)責(zé)掘進(jìn)出土與管片拼裝等主要施工工序，盡量縮短測(cè)量和渣土車等待時(shí)間，提高運(yùn)輸效率，維持作業(yè)面連續(xù)施工，加快管片拼裝作業(yè)。配備足夠的值班維修人員，一旦盾構(gòu)機(jī)械發(fā)生故障，能夠及時(shí)進(jìn)行處理，確保盾構(gòu)推進(jìn)順利進(jìn)行。

（6）根據(jù)地勘報(bào)告與現(xiàn)場(chǎng)鉆孔地質(zhì)情況，地下水賦存量大，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)巖土層裂隙水流失，會(huì)引起巖土體固結(jié)沉降。因此，管片拼裝是嚴(yán)控質(zhì)量，防止管片破損和錯(cuò)臺(tái)過大，控制隧道的地下水流失量。

（7）為減小盾構(gòu)機(jī)左右線同時(shí)掘進(jìn)對(duì)土體的擾動(dòng)，引起地表沉降對(duì)加油站的影響，調(diào)整盾構(gòu)施工計(jì)劃，先掘進(jìn)左線。待左線盾構(gòu)機(jī)順利通過加油站，地表沉降穩(wěn)定后再開始掘進(jìn)右線，間隔距離控制在100 m，進(jìn)而可以有效控制兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)同時(shí)對(duì)地面造成影響。

1.6 盾構(gòu)施工參數(shù)

盾構(gòu)機(jī)在下穿加油站施工段時(shí)，推力控制在8000～13 000 kN，推進(jìn)速度控制在20～30 mm/min、刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0～1.2 r/min、土倉壓力控制在上部0.09～0.12 MPa，刀盤扭矩控制在2000～3200 kN·m，出土量控制在50 m3以內(nèi)。

盾尾通過后管片外圍和土體之間存在空隙，施工中采用同步注漿來充填這一部分空隙。施工過程中嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，嚴(yán)格控制漿液配比，使?jié){液和易性好、泌水性小、流動(dòng)性好。確保管片結(jié)構(gòu)不因注漿產(chǎn)生變形和損壞，同步注漿量取環(huán)形間隙理論體積的1.2～1.5 倍，則每環(huán)注漿量Q=4.86～6.08 m3，注漿壓力為0.2～0.3 MPa。

二次注漿從盾尾后第3 環(huán)開始，二次注漿壓力比同步注漿壓力高出0.01～0.03 MPa 來控制，二次注漿應(yīng)采用帶止逆閥的注漿管。二次注漿漿液質(zhì)量比為：水∶水泥=1∶1，體積比為：水泥漿∶水玻璃=1∶1。

盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制在水平0～20 mm，垂直-20～0 mm。如果超出范圍，操作手必須及時(shí)上報(bào)，并協(xié)商調(diào)整方案。

2 盾構(gòu)下穿加油站變形監(jiān)測(cè)分析

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)穿越加油站施工可能產(chǎn)生地下地表及建筑物沉降，油罐、輸油管路變形及地面坍塌。為確保周邊環(huán)境安全，掘進(jìn)施工前，加油站區(qū)域布設(shè)地表沉降、建筑物沉降、油棚沉降和油罐沉降等測(cè)點(diǎn)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)下一步盾構(gòu)施工。

2.1 建筑物沉降分析

盾構(gòu)機(jī)調(diào)整保壓推進(jìn)的原因是由于建筑物沉降速率超過報(bào)警值1.5 mm/d，油棚區(qū)域地下水豐富，加之盾構(gòu)下坡掘進(jìn)，前后兩方地下水向刀盤匯集，地下水流失嚴(yán)重，造成地層失水，巖土體固結(jié)沉降。右線掘進(jìn)時(shí)，充分考慮了左線掘進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，保壓推進(jìn)，同步注漿及時(shí)跟進(jìn)，增設(shè)二次注漿孔的范圍等措施。加油站辦公區(qū)域和油棚監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化速率和累計(jì)量均無異常，區(qū)間右線已安全可控地通過加油站區(qū)域。

2.2 地表沉降分析

加油站區(qū)域地表測(cè)點(diǎn)的沉降變化曲線如圖1 所示。從圖中可知，盾構(gòu)左右線掘進(jìn)過程中，地表測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隆起累計(jì)最大值為+5.51 mm（DC84-02），沉降累計(jì)最小值為-9.73 mm（DCJ02）。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，采取保壓推進(jìn)、及時(shí)同步注漿、二次注漿、渣土改良等盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)管控措施，控制地表沉降效果明顯，盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)隧道上方地表沉降有一定擾動(dòng)，但風(fēng)險(xiǎn)可控。

圖1 加油站區(qū)域地表測(cè)點(diǎn)的沉降變化曲線

2.3 加油站油罐沉降分析

盾構(gòu)機(jī)先后穿越辦公區(qū)、油棚、油罐。下穿油罐時(shí)，油罐監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)歷兩次先上升后下降，變化速率未出現(xiàn)超標(biāo)情況。油罐的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隆起累計(jì)最大值為+2.94 mm（JCJ47），沉降累計(jì)最小值為-3.49 mm（JCJ46）。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，隧道掘進(jìn)施工對(duì)加油站油罐有一定擾動(dòng)，但擾動(dòng)影響很小，盾構(gòu)同步注漿與二次注漿效果明顯，隧道上方巖土體的沉降得到有效控制。

3 結(jié)論

（1）盾構(gòu)隧道穿越加油站重大風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，要編制專項(xiàng)施工方方案、專項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案和專項(xiàng)應(yīng)急方案。對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情提前做出預(yù)判，風(fēng)險(xiǎn)管控措施要詳細(xì)細(xì)致。

（2）通過對(duì)加油站的辦公房、油棚、油罐和地表的沉降觀測(cè)，可及時(shí)有效地指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整，調(diào)整同步注漿時(shí)間，調(diào)整渣土改良的泡沫劑和膨潤(rùn)土的加入量，調(diào)整二次注漿及注漿范圍。

（3）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，若地下水損失嚴(yán)重，可采取保壓推進(jìn)、二次注漿和地面加固等措施。

（4）本案例下穿加油區(qū)辦公區(qū)域時(shí)，由于地下水流失，造成建筑物沉降速率超標(biāo)。通過一系列風(fēng)險(xiǎn)管控措施，較為成功地控制了加油站區(qū)域的地表、建筑物沉降，為今后盾構(gòu)穿越加油站等重大風(fēng)險(xiǎn)源提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。