新建盾構上穿既有隧道的主動加固技術應用分析

譚晶

摘 要：通過在新建盾構既有隧道上穿施工過程中采用主動加固技術，推動隧道抗壓能力的增加，又可以增加隧道的強度，針對新建隧道上穿既有隧道的施工工況，在此基礎上，有效地解決了工程中存在的不足，對既有隧道注漿加固后的隧道變形值進行分析，并提出加固建議。避免工程返工率，建造了更好的交通出行環境。

關鍵詞：盾構上穿；既有隧道；主動加固技術

引言：新建隧道左線及右線的開挖對既有隧道產生的影響有較大差異，同時上部隧道的穿越角度影響既有隧道的沉降位移值，城市公共交通的不斷建設，使得地下空間的開發利用也迎來發展的高峰時期。新型盾構隧道施工過程中存在著各種各樣的施工問題，其中新型盾構隧道主動加固的技術問題就是其中之一。

一、新建盾構隧道上穿既有隧道的主動加固技術應用的現實必要性

（一）沉降因素的影響

根據隧道力學理論可以推斷出，基于地鐵隧道淺埋暗挖的特點，將上覆土層的荷載能力全部轉移給隧道結構承擔，而其本身已經完全喪失了承載作用，在新建盾構既有隧道施工過程中，既有隧道會由于受到沉降因素的影響而發生變形，對既有隧道的正常運行造成干擾。能否將地表的沉降程度控制在安全范圍內，也取決于對地下水的處理。地鐵隧道的位置通常低于地下水位，隧道開挖過程中勢必會有地下水滲入到土層當中，從而加重了地層的沉降，直接影響著隧道結構構成的穩定性。這個問題的主要歸因于既有隧道的加固技術不到位，導致既有隧道在高頻下的不規則地面上穿工作。在對既有隧道進行加固的過程中，施工單位應及時對既有隧道進行監測，避免施工軌道出現較大變形。

（二）縫隙因素的影響

在施工過程中，既有隧道出現裂隙的不平整現象，這些問題往往出現在施工道路上的鐵軌和地基連接處。涌水是隧洞施工常常碰見的問題，特別是在高降水量地方。研究指出，突泥涌流問題與特殊地質環境、煤層蓄水、斷層出水等影響條件密切相關，由于施工地處于巖溶地帶，附近的巖層容易產生大量的積水。另外，由于隧洞周圍的軟質填充料和地下水，無法阻擋流動勢能。如果施工后圍巖突然被開挖，造成充填料和地下水的突然傾斜，從而導致水泥砂漿突出，嚴重危害工程安全和人員人身安全。因此如果存在這一情況，要發現施工時的缺陷，并實施雙重檢測，以保證所有隧洞的安全。

（三）既有管道設施的影響

盾構隧道施工對地下管線影響主要包括管線的位移變形和管線的受力性狀，即便是位移較小也可能會導致附加應力超過其破壞強度，管線發生撓曲或者翹曲變形破壞。而且管線隨土體發生剛體位移，當土體變形不大時，還可以正常使用，但是當周圍土體位移較大，剛性管線位移達到極限就會發生斷裂破壞。在新建盾構形勢下，現有的隧道施工將在施工過程中超過標準，既有隧道上穿施工計劃應及時調整，但總體上穿建設原則應盡量減少損失，也就是說，應推動既有隧道上穿工作的損失規模降低，既有隧道上穿應及時根據實際現狀而改變計劃;假使線路更換的損失過大，有利于保持原有的施工工藝，及時安排現有人員對現有的隧道管線進行更改。在既有隧道上穿的情況下，施工單位現有管道管理人員應促進相互協商，選擇最佳施工解決方案，確保現有隧道建設投資的合理利用，增強勘探精度的重要性。

二、新建盾構隧道上穿既有隧道的的主要影響因素

（一）正面影響因素

1.土倉壓力

土倉壓力也是在平衡地壓盾構推進過程中，維持挖掘平面穩定性的關鍵參數。土壓平衡盾構在推進過程中，主要取決于土倉內土壓力和盾構前地面土壤壓力的均衡值。倉內的地面土壤壓力，可使用地壓傳感器來檢測。如果面臨既有隧道壓力過低的風險，則既有隧道前方土體會向新盾構工具頭方向輕微移動。抵抗新土壤的下行趨勢時，土的剪切力在既有的新隧道內將會上升。但一旦既有的混凝土體側應力減少，而新隧道既有的土側應力下降，新隧道內既有土抗剪切強度超過一定值時，新隧洞內土將達到主動極限的平衡狀態，隧道內相應的土壓力稱為主動土壓力。活躍的極限平衡力量被摧毀時，土壤遭受損害的沉降。反之，既有隧道的土倉壓力存在過高風險，則既有隧道的土將處于被動極限平衡狀態，既有隧道的土壓力稱為被動土壓力。當既有隧道的被動極限平衡被破壞時，會引起既有土體的抬升。當既有隧道的壓力存在較高或較低時，可通過調整屏蔽推力、推進速度、螺旋輸送機速度等參數來解決既有隧道上穿問題。土倉壓力是土壓平衡盾構施工過程中的一個重要參數。通過比較不同土倉條件下基坑前方混凝土的結構應力狀況，得到基坑倉荷載設定的理論計算公式。通過數值模擬軟件，可以研究各種土倉壓力對開挖層結構位移和地表沉降現象的影響，即當土倉壓力接近原始土表應力值時，有利于研究土層結構位移的影響。然而，土壤表面沉降室壓力的影響主要集中在盾構開挖的早期階段，然而，筒倉壓力對地表沉降的影響主要集中在盾構開挖的早期階段，并簡單地增加表面沉降筒倉壓力的影響是非常有限的。

2.掘進和出土速度

開挖效率低，工作面處于空中時間，支護無法跟進，存在圍巖坍塌的風險。盾構隧道在上軟地層和下硬地層中施工時，由于工作面巖性強度差異大，切削頭在破石過程中，巖面對的工具磨損破碎嚴重，刀具轉換困難，使盾構隧道施工速度慢，而且施工方向也容易出現偏移。由于盾構機刀盤受力不均，造成了主滾動軸承破裂以及主滾動軸承密封損傷。同時，由于在地質內部應力的波動情況下刀具組不平衡，由于相同的刀頭推力和刀輪速度，下部施工進尺相對緩慢，由于上部掘進速度相對較快引起的巖層構造擾動，盾構施工機部過大，同時由于同步注漿材料和注漿方法量的不夠，不適時易出現地基沉降或坍塌等嚴重影響對周圍建筑的影響，等，和保護環節后容易浮起來的盾尾。

盾構隧道的速度應該配合表面隆起凹陷值控制，挖掘，前面土壓力平衡的調整值和同步注漿。盾構掘進的開挖速度主要受盾構掘進設備的開挖速度限制，且開挖速度協調不好，很容易造成正面土體不穩定和地表隆起沉陷現象。盾構隧道施工應盡可能連續進行，以保證隧道質量，減少對地層的擾動，減少地表隆起沉降現象。因此，要平衡地組織建設。必要停機時，應采取措施防止泥土進入盾構前尾部，防止地面沉降和盾構位移損壞。

（二）側面影響因素

在新建盾構隧道施工過程中，盾殼與周圍土體發生相對位移，產生側摩阻力。側摩阻力是盾構隧道施工中引起周圍土體隆起的重要因素之一，特別是對于近距離穿越工程，需要考慮盾構與周圍土體側摩阻力的影響。另一方面，由于盾構機械的精度，人為控制帶來的誤差、土層的不均勻性以及盾構設計本身軸線曲線的變化，都是導致盾構姿態變化的重要因素。隨著盾構姿態的不斷變化，這些變化往往會導致盾構開孔過切，造成地層損失。因此，盾的軸應嚴格控制在隧道的過程中為了避免大錯誤。

（三）盾尾影響因素

在盾構機的施工過程，如果盾尾沒有填寫時間，可能會導致嚴重的變形，對結構周圍也會產生不利影響，最終導致整個項目建設效果破壞，它也需要及時通過灌漿加固、必要的填補這一缺口，保證土壤的基礎上運動控制問題。盾構機盾尾注漿施工過程中，往往能表現出比較明顯的防滲性能，有助于實現對以往地下滲漏問題的防治，成為必不可少的防水防線。當然，在盾構尾注漿作業后，也可以保證相應地下結構的整體穩定性，有利于加固圍巖和襯砌結構，避免盾構機施工過程中出現嚴重的坍塌或變形問題。

三、新建盾構隧道上穿既有隧道的主動加固技術應用

（一）鋼環加固關鍵技術分析

為了確保既有隧道上穿工作過程的干燥和清潔，在隧道上穿工作中填補彈性環氧膠粘劑，應當確保其平滑過程中水泥填充。接縫處有銹蝕，背面進行防銹處理。在隧道上的施工中填補彈性環氧膠粘劑，應當在其平滑狀態中用水泥填滿。如果接縫處有金屬腐蝕，并做好防腐蝕措施。在建設盾構隧道的過程中，部分結構在施工的過程中很容易開裂甚至斷裂，進而影響將來地鐵軌道的使用壽命，為防止裂紋的產生，就需要根據地鐵軌道的鋼筋尺寸，以及運用先進的后段變形設計和施工方法，做好結構的維修工作。在對管片結構進行維修的過程中，要針對管片結構的變化狀況，選擇不同的維修方式，以提高管片結構的強度，為軌道系統在今后的建設工作中提供了安全可靠的保證。

在整個隧道鋼圈加固過程中，應加強以下準備工作：一是施工過程中需要各方的協調。整個隧道加固周期較長，且施工時間在夜間天窗期間進行，需要各方配合才能順利完成施工任務。第二，物流組織。利用天窗時間安排軌道車通過現有地鐵線路將材料從停車場運輸到施工現場。確保速度極限，不會在運輸過程中入侵，并確保所有材料都完成后施工;其三，成品保護。施工時應保護各種設施和管道，保證地鐵白天正常運行;第四，隧道施工過程中的監控。在施工過程中，應加強對既有工作點及100m隧道施工前后的變形、應力監測，做好地面沉降觀測。

（二）隧道底部注漿加固

為避免在地鐵隧道中產生打井等問題，應加強注漿孔的布置，并進行處理，同時，現場管理人員還應注意對襯砌結構和施工縫的維護，并根據實際情況制定漿液滲漏的處理措施。只有在灌漿可以二次檢驗合格。當采用注漿法對隧道進行加固時，雖然缺陷的處理效果顯著，但如果想使施工質量進一步提高，還需在鉆孔施工中加大注意程度，注意以下技術問題：（1）如果出現突然的洪水情況，必須暫停施工，采取的壓力注漿材料法在纖維支氣管鏡清洗后可以繼續進行;（2）異常如果注漿成型后水壓突然增大，從而改變了注漿成型砼或混凝土水泥的方式，應再次采用注漿方法，以恢復后續注漿壓力。但是一旦灌漿壓力還沒有恢復到正常水平，施工人員就必須停止灌漿查看它有沒有被水堵塞;（3）一旦灌漿壓力已經過高了很長一段時間在灌漿過程中，相應的水泥含量可能需要及時調整。另外，斷斷續續的灌漿工藝也不可能是嚴格控制，注漿成型后的停留時間基于對灌漿凝膠時間的要求。

在隧道底注漿材料加固的技術中，也同樣應重視材料的合理性與設計應用，主要涉及如下方面：①在盾構與隧洞底加固的工藝中，應考慮噴涌效應，并合理設計注漿材料孔。如隧洞底面為淤泥土層，則應使用純水泥漿進行注漿材料;若為完全的液化混凝土層，則必須使用雙液注漿料（水玻璃+水泥漿）作為注漿材料。②強化階段，單液注漿與雙液注漿成型要按照現場狀況交替使用，以增強補強作用。在強化階段，針對隧道出現的沉降與變化，有必要采取適當保護措施，避免隧道跨線橋的正常工作。（3）如果處于強化階段，需應用溶解度為4%的水玻璃溶液和42.5R的普通硅酸鹽水泥，避免使用材料簡單;此外，它是必要的，以確保在工作的過程中使用的材料參數是合理和科學。④在對隧道外側進行加固的過程中，應在隧道兩側完成相應的壓貫注漿處理步驟，從而有效保護既有隧道結構。

四、結語

隧道是十分關鍵的交通運輸載體。建設盾構隧洞跨越既有隧洞，對我國的新建盾構上穿既有隧道發展有著重大意義。在隧洞工程建設中運用加固技術，不但能夠增強隧洞的耐壓能力，同時能夠帶動隧洞剛度的整體增強。

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