地鐵隧道盾構(gòu)工程下穿既有地鐵運(yùn)行線路的施工技術(shù)

2023-01-01 00:00:00李虎

工程機(jī)械與維修 2023年4期

摘要：簡(jiǎn)要介紹了某城市A地鐵隧道盾構(gòu)工程概況、施工難點(diǎn)和質(zhì)量控制指標(biāo)，重點(diǎn)闡述了在地質(zhì)勘察與施工方案、盾構(gòu)施工過(guò)程控制、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)控制、注漿控制等方面的關(guān)鍵施工技術(shù)，闡述了在監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果分析等方面的施工監(jiān)測(cè)要點(diǎn)，可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；盾構(gòu)掘進(jìn)；下穿地鐵線路；施工技術(shù)

0 " 引言

在地鐵隧道盾構(gòu)工程下穿既有地鐵運(yùn)行線路的施工中，對(duì)施工安全和質(zhì)量控制的難度較大，需要根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)和臨近建筑物等情況，應(yīng)用有針對(duì)性的隧道盾構(gòu)施工技術(shù)，消除對(duì)既有地鐵運(yùn)行線路的不良影響，保證地鐵隧道盾構(gòu)施工安全，創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)地鐵工程。本文以某城市A地鐵隧道盾構(gòu)工程為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了地質(zhì)勘察與施工方案、盾構(gòu)施工過(guò)程控制、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)控制、注漿控制等方面的關(guān)鍵施工技術(shù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

1 " 工程概況

某城市A地鐵隧道盾構(gòu)工程的左、右線長(zhǎng)度分別為1979.711m和1971.906m，包括下穿既有運(yùn)行的地鐵2號(hào)線地段。地鐵2號(hào)線地段的土體結(jié)構(gòu)主要為中等風(fēng)化砂巖，預(yù)制管片拼裝盾構(gòu)隧道外徑為9.3m，內(nèi)徑為8.4m，施工坡度為17%，地下埋藏深度為15.58m。根據(jù)施工圖紙可知，該地鐵隧道盾構(gòu)工程下穿地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道時(shí)，其盾構(gòu)隧道拱頂外徑，與地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道拱底外徑的垂直距離僅為1.09m。

2 " 施工難點(diǎn)

由于該地鐵隧道盾構(gòu)工程下穿既有運(yùn)行地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道的垂直距離很小，在該地鐵隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中，會(huì)擾動(dòng)地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道外側(cè)的土體，導(dǎo)致該地段土體產(chǎn)生松動(dòng)。這不僅會(huì)導(dǎo)致地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道外側(cè)土體變形、隧道管片位移等嚴(yán)重問(wèn)題，還會(huì)增加地鐵2號(hào)線的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

為此在該地鐵隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中，如何避免對(duì)地鐵2號(hào)線的不利影響成為施工難點(diǎn)。破解該施工難點(diǎn)，必須加強(qiáng)對(duì)該地鐵隧道盾構(gòu)施工當(dāng)中的土體變形進(jìn)行控制。在該地鐵隧道盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到2號(hào)線地段之前，必須采取有效措施，保證該地鐵隧道盾構(gòu)施工期間地鐵2號(hào)線地段的土體沉降值保持在允許數(shù)值之內(nèi)。在保證地鐵2號(hào)線正常運(yùn)行的同時(shí)，還要保證該地鐵隧道盾構(gòu)施工的安全和質(zhì)量。

3 " 質(zhì)量控制指標(biāo)

《城市軌道交通安全保護(hù)區(qū)施工管理辦法（暫行）》中，將城市軌道交通安全保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)變形值，規(guī)定為預(yù)警值、報(bào)警值以及控制值等3級(jí)控制指標(biāo)。城市軌道交通安全保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)的具體數(shù)值，如表1所示。

表1中，報(bào)警值表示結(jié)構(gòu)變形量已經(jīng)超過(guò)預(yù)警值，控制值是盾構(gòu)施工變形量的極限值。在該地鐵隧道盾構(gòu)下穿地鐵2號(hào)線隧道施工過(guò)程中，施工企業(yè)決定通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)保證隧道盾構(gòu)施工安全。當(dāng)控制指標(biāo)達(dá)到預(yù)警值時(shí)，施工人員須增加觀測(cè)頻次，并采取相應(yīng)措施予以糾正。

4 " 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 " 地質(zhì)勘察與施工方案

針對(duì)該地鐵隧道盾構(gòu)工程，開(kāi)展詳細(xì)的地質(zhì)以及臨近建筑物的勘察工作，全面掌握該地鐵隧道盾構(gòu)工程的地形、地貌、地質(zhì)以及地鐵2號(hào)線運(yùn)行情況，通過(guò)對(duì)地鐵2號(hào)線的勘察和日常監(jiān)測(cè)，分析和優(yōu)化該地鐵隧道盾構(gòu)下穿地鐵2號(hào)線的施工方案，提升施工方案的科學(xué)性，避免發(fā)生地鐵2號(hào)線隧道管片變形等重大施工事故，確保地鐵2號(hào)線的運(yùn)行安全。

4.2 " 盾構(gòu)施工的過(guò)程控制

加強(qiáng)對(duì)該地鐵隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工的過(guò)程控制，要求數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)人員嚴(yán)格開(kāi)展掘進(jìn)監(jiān)測(cè)，以便實(shí)時(shí)掌握該地鐵隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中的施工參數(shù)。調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)誤差，保證下穿地鐵2號(hào)線的施工安全。在該地鐵隧道盾構(gòu)施工結(jié)束后，及時(shí)對(duì)該地鐵隧道盾構(gòu)下穿地鐵2號(hào)線施工情況以及地鐵2號(hào)線運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將施工和運(yùn)行數(shù)據(jù)反饋給技術(shù)人員，以便對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化處理。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)人員定期對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)工作正常。持續(xù)收集地鐵2號(hào)線的運(yùn)行信息，優(yōu)化對(duì)下穿地鐵2號(hào)線的該地鐵隧道盾構(gòu)施工的控制。適當(dāng)延長(zhǎng)該地鐵隧道盾構(gòu)下穿地鐵2號(hào)線施工的監(jiān)測(cè)時(shí)間，尤其是對(duì)該地鐵隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工地點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，技術(shù)人員要及時(shí)進(jìn)行復(fù)查和處理。

4.3 " 盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)控制

4.3.1 " 控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)

在地鐵隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中，要有效控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)參數(shù)，提升對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)質(zhì)量的管理力度，降低盾構(gòu)機(jī)在使用過(guò)程中發(fā)生故障或風(fēng)險(xiǎn)的概率，保證該地鐵盾構(gòu)機(jī)不停頓施工。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，要加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)，降低盾構(gòu)機(jī)在施工過(guò)程中發(fā)生突發(fā)事件的概率，保證該地鐵隧道盾構(gòu)施工的穩(wěn)定性。

4.3.2 " 控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度的快慢，對(duì)施工區(qū)域地下土體的影響很大，為此控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度至關(guān)重要。需根據(jù)該地鐵隧道盾構(gòu)施工的具體情況，科學(xué)控制掘進(jìn)速度。如果盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度過(guò)快，可造成同步注漿無(wú)法完全彌補(bǔ)隧道外側(cè)的縫隙，可導(dǎo)致該地鐵隧道外側(cè)發(fā)生坍塌病害。

如果盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度過(guò)慢，土體長(zhǎng)時(shí)間處于振動(dòng)形態(tài)中，可造成土體松散，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)失衡。因此，在該地鐵隧道盾構(gòu)施工中，一定要保持勻速、穩(wěn)定的掘進(jìn)速度，降低隧道盾構(gòu)施工對(duì)周?chē)馏w的影響，提高該地鐵隧道盾構(gòu)施工的穩(wěn)定性。

4.3.3 " 合理設(shè)置盾構(gòu)機(jī)土壓力

盾構(gòu)機(jī)主要依靠盾構(gòu)刀盤(pán)進(jìn)行掘進(jìn)，并將掘進(jìn)過(guò)程中切削下來(lái)的渣土送入盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)內(nèi)，再通過(guò)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部的螺旋輸送機(jī)將渣土向外輸送。科學(xué)、合理地設(shè)置盾構(gòu)機(jī)的土壓力，能夠有效保證土倉(cāng)內(nèi)部土體與盾構(gòu)機(jī)外部土體的壓力平衡，避免盾構(gòu)機(jī)排土施工時(shí)出現(xiàn)外部土體與土倉(cāng)土體的壓力失衡，造成盾構(gòu)機(jī)外部土體及地下水涌入盾構(gòu)隧道，引發(fā)盾構(gòu)機(jī)外部土體發(fā)生沉降嚴(yán)重事故。在該地鐵隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中，要持續(xù)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)施工區(qū)域地下土體的變化情況，合理設(shè)置盾構(gòu)機(jī)土壓力，避免發(fā)生地鐵2號(hào)線盾構(gòu)隧道發(fā)生沉降事故。

4.3.4 " 控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)

地鐵隧道盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)直接影響該地鐵隧道盾構(gòu)的掘進(jìn)質(zhì)量，因此控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)非常關(guān)鍵。目前盾構(gòu)機(jī)大都配置了激光自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動(dòng)引導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)對(duì)土體進(jìn)行精確掘進(jìn)，根據(jù)工程地質(zhì)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向和角度。

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，準(zhǔn)確控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)，能夠延長(zhǎng)盾構(gòu)機(jī)使用壽命、提升盾構(gòu)施工質(zhì)量。在該地鐵隧道盾構(gòu)掘進(jìn)到下穿地鐵2號(hào)線地段時(shí)，要根據(jù)掘進(jìn)的具體情況調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。在下穿地鐵2號(hào)期間，要進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)偏差及時(shí)糾偏，杜絕大幅度糾偏的錯(cuò)誤糾偏現(xiàn)象，盡可能降低對(duì)原始土體的擾動(dòng)程度。

4.4 " 注漿控制

4.4.1 " 同步注漿

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中，不斷完成預(yù)制管片拼裝形成隧道。隧道形成后，其外側(cè)與土體之間會(huì)存在一定的縫隙，如果不及時(shí)采用注漿方式填補(bǔ)該縫隙，就會(huì)造成該地鐵隧道外側(cè)的土體發(fā)生不規(guī)則沉降。因此，為了保證該地鐵隧道盾構(gòu)施工安全穩(wěn)定和地鐵2號(hào)線的運(yùn)行安全，提高隧道與洞壁之間的緊密性，必須隨時(shí)進(jìn)行同步注漿施工作業(yè)。

同步注漿使用材料的性能非常關(guān)鍵。同步注漿的材料要具備防水性能，在凝結(jié)后不受地下水的影響，其膨脹率和收縮率要低。為了保證同步注漿材料的填充性能，要適當(dāng)添加增稠劑，提升漿液的黏稠度。要加強(qiáng)同步注漿的壓力控制，避免填充材料因壓力過(guò)大而影響填充質(zhì)量。

4.4.2 " 二次注漿

該地鐵隧道盾構(gòu)施工會(huì)對(duì)下穿地鐵2號(hào)線地段的土體產(chǎn)生較大影響，為此在該地鐵隧道盾構(gòu)完成下穿地鐵2號(hào)線地段的施工后，需要對(duì)該地段的土體實(shí)施監(jiān)測(cè)。如果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示土體有松散現(xiàn)象，要及時(shí)采用填充材料進(jìn)行二次注漿，以保證2條隧道與土體結(jié)合的緊密性。

在二次注漿施工中，須將該地鐵隧道軸線180°以上的土體，繼續(xù)進(jìn)行大面積加固。采用二次注漿手段，能夠避免軌道線路附近土體發(fā)生大面積沉降，有效提升該地鐵隧道盾構(gòu)施工和地鐵2號(hào)線運(yùn)行的安全性。

5 " 施工監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

5.1 " 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要分為地鐵結(jié)構(gòu)變化、水平位移情況以及變形收斂趨勢(shì)等。

5.2 " 監(jiān)測(cè)方法

該地鐵隧道盾構(gòu)施工下穿地鐵2號(hào)線運(yùn)行線路屬于高危施工項(xiàng)目，施工期間人工監(jiān)測(cè)的時(shí)間相對(duì)較短，需要依靠?jī)x器設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。該地鐵隧道盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè)儀器，選用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行三維坐標(biāo)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合人工監(jiān)測(cè)的模式，定期將該地鐵隧道盾構(gòu)施工下穿地鐵2號(hào)線運(yùn)行線路的施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)，確保施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

5.3 " 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

該地隧道盾構(gòu)施工下穿地鐵2號(hào)線運(yùn)行線路的監(jiān)測(cè)間隔，為每5m設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中有5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，以此對(duì)該地鐵隧道盾構(gòu)施工進(jìn)行全方位監(jiān)控。

5.4 " 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，監(jiān)測(cè)頻率要與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度（動(dòng)態(tài)掘進(jìn)里程）相吻合，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可分為測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化監(jiān)測(cè)頻率、靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)頻率、人工監(jiān)測(cè)頻率數(shù)據(jù)審核等3個(gè)方面。測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化監(jiān)測(cè)頻率統(tǒng)計(jì)如表2所示，靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)頻率如表3所示，人工監(jiān)測(cè)頻率數(shù)據(jù)審核如表4所示。

5.5 " 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

以上3種監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)目的一致，在實(shí)際檢測(cè)中起到了相互監(jiān)督、相互證實(shí)的作用。實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，下穿地鐵2號(hào)線運(yùn)行線路盾構(gòu)施工后，左、右軌道的最大沉降數(shù)值為3.9mm，道床發(fā)生沉降的數(shù)值為3.8mm，地下水位上移深度為1.4mm。

將上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與《城市軌道交通安全保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)》（見(jiàn)表1）進(jìn)行對(duì)比，由表1可知，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值范圍之內(nèi)。這說(shuō)明該地鐵隧道盾構(gòu)施工下穿地鐵2號(hào)線運(yùn)行線路施工效果良好，保證了地鐵2號(hào)線的安全運(yùn)行。

6 " 結(jié)束語(yǔ)

在地鐵隧道盾構(gòu)工程下穿既有地鐵運(yùn)行線路的施工中，需要根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)和臨近建筑物等情況，應(yīng)用有針對(duì)性的隧道盾構(gòu)施工技術(shù)，消除對(duì)既有地鐵運(yùn)行線路的不良影響，保證地鐵隧道盾構(gòu)施工安全，創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)地鐵工程

雖然A地鐵隧道盾構(gòu)下穿地鐵2號(hào)線運(yùn)行線路的施工較為復(fù)雜，但是通過(guò)應(yīng)用關(guān)鍵施工技術(shù)，強(qiáng)化前期地質(zhì)勘察工作，全面掌握工程地形、地貌、地質(zhì)和水文條件，通過(guò)數(shù)據(jù)分析制定科學(xué)、全面的下穿地鐵2號(hào)線的施工方案，落實(shí)施工病害防治措施，做好施工監(jiān)測(cè)工作，可以有效保證地鐵隧道盾構(gòu)施工的質(zhì)量和安全。

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