淺埋超小間距隧道盾構(gòu)施工技術(shù)探討

摘要 基于某雙線(xiàn)盾構(gòu)施工案例，從隧道加固施工、盾構(gòu)掘進(jìn)控制、監(jiān)測(cè)控制、應(yīng)急管控方面對(duì)淺埋超小間距隧道盾構(gòu)施工工序進(jìn)行了針對(duì)性研究。結(jié)果顯示：（1）加固施工方案是確保小間距盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量，降低工程風(fēng)險(xiǎn)的有效措施；（2）小間距盾構(gòu)隧道施工加固應(yīng)平穩(wěn)并實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制；（3）盾殼外部注入膨潤(rùn)土可降低相鄰隧道位移量；（4）結(jié)合工程實(shí)踐和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可采取回填注漿量控制方案提高施工質(zhì)量；（5）隧道施工中應(yīng)加強(qiáng)鄰近建筑物監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞 復(fù)雜施工環(huán)境；超小間距隧道；盾構(gòu)法施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào) U231.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0148-03

0 引言

隧道項(xiàng)目建設(shè)中或多或少會(huì)面臨淺埋、小間距等工程問(wèn)題，從而對(duì)隧道施工安全性產(chǎn)生影響。該文以小間距盾構(gòu)隧道施工案例為基礎(chǔ)，對(duì)隧道加固施工、盾構(gòu)掘進(jìn)控制、監(jiān)測(cè)控制和應(yīng)急管控測(cè)量進(jìn)行了分析，總結(jié)了項(xiàng)目施工中的核心工藝控制指標(biāo)。

1 工程概況

某隧道全長(zhǎng)4.6 km，施工區(qū)域隧道線(xiàn)路間距2.5 m，為典型的小間距隧道，地質(zhì)結(jié)構(gòu)以不良級(jí)配礫石質(zhì)砂、淤泥和黏質(zhì)砂土為主。結(jié)合地質(zhì)勘探結(jié)果與區(qū)間建筑物與隧道關(guān)系可知，該場(chǎng)地條件對(duì)施工產(chǎn)生了不利影響，需通過(guò)工程技術(shù)的合理應(yīng)用確保施工質(zhì)量。

2 小間距隧道加固施工

根據(jù)項(xiàng)目施工要求和方案設(shè)計(jì)，小間距隧道加固施工可分為端頭加固、隔離樁加固和洞內(nèi)注漿加固三種方案[1]。

端頭加固：加固區(qū)域11.5 m×19.2 m×10 m，選用地面鉆孔旋噴加固法進(jìn)行加固。

隔離樁加固：為減少施工對(duì)已建成隧道的擾動(dòng)，隔離樁位于兩隧道線(xiàn)路中間，選用800 mm直徑的B20素混凝土隔離柱，保持1 000 mm間距。

洞內(nèi)注漿加固：注漿材料為超細(xì)水泥，注漿方式包括接觸式注漿和袖閥管注漿兩種。

3 盾構(gòu)小間距隧道掘進(jìn)控制

3.1 推力控制

隧道間距過(guò)小，隧道盾構(gòu)掘進(jìn)推力過(guò)大會(huì)通過(guò)地層傳遞至隧道，導(dǎo)致已完工的隧道變形性增加[2]，故在技術(shù)可控的前提下，需采取積極措施降低總推力以保持盾構(gòu)掘進(jìn)勻速前進(jìn)。掘進(jìn)過(guò)程中的推力實(shí)測(cè)值變化情況如圖1所示。

3.2 出渣量控制

施工區(qū)域場(chǎng)地狹小，只能采用帶送式方式出渣，盾構(gòu)機(jī)設(shè)有控制系統(tǒng)。開(kāi)挖直徑為7.54 m，結(jié)合地層條件將渣土松散系數(shù)控制為1.2～1.3，渣土比水平選定為1.8 g/cm3。最終確定每1 m理論出渣體積如下：

V=π×（D/2）2×K×1＝53.58～58.05 m3

每1 m理論出渣重量如下：

G=V1×1.8=96.44～104.5 t

渣土稱(chēng)量設(shè)備具備誤差性，一般將出渣偏差率控制在10%，在實(shí)際操作的過(guò)程中通過(guò)設(shè)置專(zhuān)職人員校對(duì)的方式提高精準(zhǔn)度[3]。

3.3 土壓控制

隧道掘進(jìn)施工過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行操作參數(shù)和設(shè)計(jì)規(guī)定，施工中重點(diǎn)控制土壓保持其穩(wěn)定性。

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)土壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取和分析，結(jié)合工程進(jìn)度和項(xiàng)目要求進(jìn)行土壓參數(shù)的調(diào)整以達(dá)到最佳值。一般情況下，盾構(gòu)施工環(huán)節(jié)將土壓數(shù)據(jù)誤差控制在0.02 MPa范圍內(nèi)[4]。

（2）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的土壓實(shí)測(cè)情況如圖2所示。對(duì)圖2分析可知，掘進(jìn)土壓水平大于0.05 MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的土壓水平達(dá)到0.070 MPa，超過(guò)了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在掘進(jìn)施工的過(guò)程中通過(guò)對(duì)掘進(jìn)速度的合理控制使土壓小于標(biāo)準(zhǔn)值，從而減少地表沉降，降低土體側(cè)向位移，減少隧道變形[5]。

3.4 姿態(tài)控制

小間距隔離樁線(xiàn)路隧道設(shè)計(jì)中需對(duì)盾構(gòu)偏差嚴(yán)格控制，同時(shí)重點(diǎn)控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)。施工中需確保盾構(gòu)施工的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，通過(guò)對(duì)控制點(diǎn)和導(dǎo)線(xiàn)控制網(wǎng)的精準(zhǔn)控制，使其符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在施工環(huán)節(jié)需加強(qiáng)常規(guī)測(cè)量，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和精準(zhǔn)性。在盾構(gòu)掘進(jìn)的過(guò)程中精確控制姿態(tài)，盾頭姿態(tài)偏差超過(guò)10 mm需及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)動(dòng)作[6]。

3.5 回填注漿控制

盾構(gòu)施工回填注漿可分為二次補(bǔ)注漿和同步注漿兩種類(lèi)型，施工關(guān)鍵要點(diǎn)如下：

盾構(gòu)刀盤(pán)的開(kāi)挖直徑控制為7.54 m，按照設(shè)計(jì)要求分別控制管片外徑D0=7.2 m和注漿回填系數(shù)α=1.1～1.2。每米理論注漿量如下：

Vg=[π×（D/2）2?π×（D0/2）2]×1×α=4.36～4.75 m3

A同步注漿液的漿液比為11∶1，A液由水、水泥、穩(wěn)定劑和膨潤(rùn)土構(gòu)成，組成比例為805 g∶320 g∶3.5 g∶

40 g，B液為35°Bé水玻璃。

二次補(bǔ)漿按照A液：B液1∶1的比例進(jìn)行A液為同步注漿A液和50 g水泥混合而成，B液為70°Bé水玻璃[7]。

盾構(gòu)掘進(jìn)聯(lián)合同步注漿需要確保注漿量的精準(zhǔn)控制，同時(shí)還要對(duì)注漿比例有效調(diào)節(jié)從而達(dá)到注漿回填效果最佳的目的。同步注漿和二次注漿量情況如圖3所示。

盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)需要對(duì)周?chē)ㄖ锏某两禂?shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，在沉降點(diǎn)管片位置增加二次補(bǔ)漿量以提高封閉效果，須確保二次補(bǔ)漿位置與盾尾間距超過(guò)6環(huán)[8]。

4 監(jiān)測(cè)控制與應(yīng)急

4.1 監(jiān)測(cè)控制

小間距隧道施工監(jiān)測(cè)包括盾構(gòu)施工常規(guī)地表檢測(cè)和地面建筑物位移檢測(cè)，此外還需要對(duì)左洞線(xiàn)路盾構(gòu)8段已建成隧道位移情況進(jìn)行檢測(cè)，選正下方無(wú)隔離樁加固段為重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，同時(shí)對(duì)掘進(jìn)期間右洞線(xiàn)路盾構(gòu)7段進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

監(jiān)測(cè)方式與監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。采用VMT自動(dòng)化全站儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，對(duì)盾構(gòu)8隧道內(nèi)第12～34環(huán)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，全站儀對(duì)區(qū)域內(nèi)41個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)提取，并將數(shù)據(jù)同步至WMS系統(tǒng)生成圖表完成自動(dòng)比對(duì)。為提高監(jiān)測(cè)效率，避免隧道復(fù)雜環(huán)境的影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況布設(shè)，無(wú)需均勻布置[9]。

監(jiān)測(cè)頻率：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，每小時(shí)完成自動(dòng)測(cè)量并將數(shù)據(jù)同步。

盾構(gòu)8隧道各環(huán)管片的不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形數(shù)據(jù)情況如圖5所示。對(duì)圖5內(nèi)容分析可知，X和Y方向分別為盾構(gòu)7隧道水平方向和隧道軸線(xiàn)方向，Z為豎向方向。對(duì)圖5分析可知，目標(biāo)檢測(cè)點(diǎn)中，測(cè)量點(diǎn)1的隧道變形性最明顯，X方向的最大變形值為6.5 mm，測(cè)量點(diǎn)1和測(cè)量點(diǎn)2的X方向和Z方向與較大變形性，均位于18～28環(huán)之間[10]。測(cè)量點(diǎn)3和4在三個(gè)方向均有不同程度的形變，整體變形性水平較小。

4.2 應(yīng)急措施

應(yīng)急措施主要應(yīng)用于無(wú)隔離樁加固段，對(duì)隧道施工隧道盾構(gòu)7對(duì)已完成施工的隧道盾構(gòu)8的影響控制在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)。在盾構(gòu)7掘進(jìn)施工過(guò)程中，對(duì)盾構(gòu)8隧道數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示相關(guān)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)警值，需采取應(yīng)急措施加以處置，隨后在隧道內(nèi)部采用H180型鋼加固支撐。根據(jù)方案設(shè)計(jì)，結(jié)合項(xiàng)目需求將加固材料進(jìn)場(chǎng)后按照尺寸下料并儲(chǔ)存于盾構(gòu)8隧道內(nèi)部，出現(xiàn)緊急情況時(shí)可隨時(shí)應(yīng)用進(jìn)行加固。

5 結(jié)論

基于某雙線(xiàn)盾構(gòu)施工案例，從隧道加固施工、盾構(gòu)掘進(jìn)控制、監(jiān)測(cè)控制、應(yīng)急管控方面對(duì)淺埋超小間距隧道盾構(gòu)施工工序，進(jìn)行了針對(duì)性研究。施工中對(duì)盾構(gòu)小間距隧道掘進(jìn)參數(shù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)比對(duì)，確定了未加固小間距盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工要點(diǎn)如下：

（1）施工中需確保土壓穩(wěn)定，對(duì)施工區(qū)域參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土壓值的精準(zhǔn)控制。

（2）對(duì)出渣量嚴(yán)格控制以改善土層性能，適當(dāng)增加膨潤(rùn)土改善渣土指標(biāo)，為提高系統(tǒng)性能需將土體損失率控制在0.3%以下。按照40 kg/m膨潤(rùn)土的比例向盾殼外部注漿，有效降低相鄰隧道的位移。

（3）回填注漿量控制及質(zhì)量監(jiān)測(cè)，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)施工要求和工藝參數(shù)進(jìn)行注漿量回填數(shù)量的精準(zhǔn)控制。隧道施工中加強(qiáng)對(duì)周邊土體、地面、建筑物和鄰近隧道的監(jiān)測(cè)，確保相關(guān)數(shù)據(jù)控制在預(yù)定范圍內(nèi)，并提前制定應(yīng)急方案，以避免突發(fā)事件發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]任光躍. 地鐵工程項(xiàng)目中的盾構(gòu)法施工工藝[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2022（22）： 121-123.

[2]徐蔣軍. 地鐵工程盾構(gòu)法施工中設(shè)備管理辦法探討[J]. 設(shè)備管理與維修， 2021（14）： 17-19.

[3]劉彥鋒. 地鐵隧道盾構(gòu)法施工土層物理力學(xué)特性對(duì)地表沉降的影響[J]. 住宅與房地產(chǎn)， 2021（16）： 182-183.

[4]劉石琦. 富水砂層電力隧道盾構(gòu)法施工下穿近鄰地鐵影響分析[J]. 黃河科技學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021（2）： 16-20.

[5]楊志軍. 盾構(gòu)法施工穿越上軟下硬地層地表及建筑物沉降變形規(guī)律分析[C]//. 中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)軌道交通分會(huì)， 2019. 年中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)軌道交通分會(huì)第七屆勘測(cè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)交流會(huì)論文集， 2019： 54-60.

[6]邱家松. 地鐵隧道盾構(gòu)法施工中的地面沉降問(wèn)題分析[J]. 綠色環(huán)保建材， 2020（7）： 128-129.

[7]劉泉. 地鐵隧道盾構(gòu)法的施工質(zhì)量控制[J]. 交通世界， 2019（14）： 8-9.

[8]郭云龍， 孫崔源， 孟海利. 小間距隧道爆破振動(dòng)數(shù)值模擬研究[C]//. 爆破工程技術(shù)交流論文集， 北京：中國(guó)鐵道出版社， 2018： 143-147.

[9]趙乙丁， 劉守花， 陽(yáng)軍生， 等. 小凈距淺埋盾構(gòu)隧道相互影響機(jī)制與控制措施研究[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020（1）： 120-128.

[10]苑紹東， 楊林， 黃艦. 并行隧道工程中后行隧道分步開(kāi)挖對(duì)先行隧道橫縱向地表沉降的影響研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2018（6）： 80-86+100.