電力隧道下穿地鐵區間技術研究

摘要：如今城市地鐵線網的密集度越來越高，在電力隧道項目施工時，會出現下穿或者是上跨地鐵區間的情況。本文以東新高速至番禺大道電力隧道盾構下穿地鐵3號線運營區間的施工項目為例進行分析，從整個工程項目的實際情況出發，綜合分析各項數值信息得到了可靠的結論，為今后的電力隧道項目施工奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：電力隧道；下穿地鐵區間；施工技術

文章編號：2095-4085（2024）01-0040-03

1工程簡介

電力隧道自5#工作井（CK1+877.400）往東敷設，從規劃跨線橋下方穿越并繼續沿路中行走，在大石中心小學門前設置6#工作井（CK2+780.000），之后電力隧道從規劃G105下穿隧道北側穿越，至G105交叉口綠化帶設7#工作井（CK3+207.100），穿越地鐵三號線大石～漢溪長隆區間、新光快速高架后最終隧道止于8#工作井（CK4+230.000）。本段電力隧道全長2352.6m，共設置2個工作井，電力隧道采用盾構法施工，6#工作井為盾構雙向始發井（24m），盾構管片采用內徑3500mm，管片厚度300mm，管片寬度1000mm，雙面楔形量41mm的標準環，其中電力隧道管片最外緣頂部與地鐵三號線隧道區間（雙洞）平均距離為6138.5mm，對應里程為：CK4+096-CK4+116。

2本工程盾構機選用分析

該工程在掘進施工時，使用的主要機械設備為土壓平衡盾構機，掘進施工的過程中，渣土進入土倉主要是借助刀盤開口得以實現的，螺旋機將渣土從土倉底部全部排除干凈，使用皮帶機將渣土運送到渣土車中，并從施工現場運送到始發井位置處，龍門吊最后將渣土吊運到渣土存放區。土倉內充滿了渣土和高濃度漿或泡沫等添加劑的混合物，該混合物具有良好的塑性。在掘進過程中，通過調節螺旋機的轉速以平衡進土量與排土量（渣土+水+高濃度泥漿+泡沫），使土倉內的土體（混合物）保持在設定的土壓力值上。土艙里的土壓值在開挖過程中始終受到控制并保持。在開挖過程中，螺旋輸送機的轉速隨著土壓力傳感器的指示會作相應的調整，確保土倉中混合物的土壓力值始終保持在設計的規范之內。由于土壓平衡盾構機對掘進時的土壓力控制比較精準，所以掘進時對周圍環境的影響也較小，完全適用于穿越地鐵隧道的施工［1］。

3施工技術措施

3.1搭建信息溝通平臺

在施工項目中，許多部門由于工作時間不能及時溝通，工作效率和質量會受到很大的影響，利用BIM技術，將相關的信息進行整合，在BIM技術搭建的平臺上，為各個部門之間的溝通搭建了一個平臺，可以讓各個部門在項目進行過程中，可以進行遠程的溝通，可以迅速的解決項目建設中存在的問題，并在一起協商，快速給出解決問題的方案。通過建立起盾構周圍的地質模型，使周圍的土壤狀況和特征更加清楚，并與盾構監測系統相結合，動態地管理隧道的參數，從而更好的預測和控制盾構施工的安全。同時，可以充分發揮企業所具有的協調特征，從而為其迅速開展工作提供了方便。

3.2控制掘進參數

盾構施工會給四周土層帶來不同程度的影響，隨著施工參數的改變，其影響范圍也會隨之發生變化，在盾構穿越前設置試推進階段，設定一段40環為推進試驗段（CK4+051-CK4+091），設置推進實驗段主要是根據試驗段地質調整最佳的掘進的參數，控制盾構機在穿越既有線路時對地層影響降到最低，二次注漿時，注漿壓力不宜過大，避免造成地層隆起。同時，在穿越地鐵前后15環范圍內采用型鋼將所有管片固定在一起，并復緊管片間螺栓，達到每環管片間形成整體，在既有地鐵線路下方隧道內提前準備注漿機及注漿材料，若監測數據出現沉降趨勢時，現場組織注漿人員及時補注漿作業，當盾體推出既有地鐵線15環以外，當沉降監測數據連續一周趨于穩定時，方可撤掉注漿設備及注漿材料。在穿越段前進行測量復核，確定穿越區的實際環號并進行相關控制。在盾構穿越施工中，應根據盾構穿越前試推進階段，確定更加合理的施工參數和施工方法，以便在穿越過程得到進一步改進。當盾構穿越地鐵線后應及時在施工隧道內進行二次注漿，從而更好的控制地鐵線路的變形。在選擇施工措施時，要以施工參數信息為依據，遵循的主要原則為連續施工、順利通過，所有參與施工的人員都要是成手的技術人員，對掘進施工參數進行動態化的管理，做好添加劑配合比的優化升級工作，為整個工程項目的順利施工做好充分的準備工作。

（1）分析總結前期掘進情況。對該施工地段的地層特征進行全面的了解，科學評判盾構施工的各項性能，為穿越施工做好準備，建立實時監控系統，實時監測推力、扭矩、速度等盾構參數，及時進行信息反饋不斷修正注漿參數和施工工藝，嚴格控制土體的分層沉降和水平位移，以便正確設定穿越軌道交通地鐵線的施工參數并采取相應措施減少土體沉降，以保證軌道交通地鐵線的安全。從工程項目的施工情況出發，科學選擇掘進施工方式。由于受到各種因素的影響，刀盤前面的土壓力會存在著很大的不同，因此要做好土壓力值的調整工作。綜合分析沉降報表中各項數據信息，將了解到的情況及時的上報給相關管理部門。如果盾構切口位置的前方有地面沉降的情況存在，就要對平衡壓力設定值進行及時的調高；如果盾尾有地面沉降的情況存在，要對同步注漿量進行及時的增加。在實際計算時，具體情況為：

計算正面平衡壓力時，使用的公式為：

P=k0γh

其中，平衡壓力使用P表示，地下水包含在其中；土體平均重量設置為γ，具體的取值為18kN/m3；隧道埋深使用h表示，單位為m；側向靜止平衡壓力系數使用k0表示，結合試推進段的相關數據信息，暫時定為0.7。

盾構掘進施工的過程中，在設置平衡壓力設定值時，要參考以上方法來完成相關的設置工作。對于實際的施工設定值而言，在開展優化調整工作時，要對監測數據信息、所處位置和盾構埋深等信息進行綜合的考慮。在開展調整工作時，每次不能超過0.005MPa。

（2）科學管控出土量。在對出土量進行控制時，要以土層特性、管片與盾構間的建筑間隙等信息為依據，大致為斷面的99%左右。經過開展綜合的分析和調整以后，使其數值變得更加科學、合理。表1為盾構推進試驗段需穿越的土層信息。

盾構推進施工要從比較復雜的土質中穿過，做好盾構姿態控制工作。同時，保證土倉內渣土改良成流塑狀態，順螺旋機順暢排出。嚴格管控堿水和膨潤土的添加劑量，防止添加劑量過大，出現定向貫通的介質裂紋，給隧道的安全性和穩定性帶來嚴重的負面影響。詳細了解堿水與膨潤土劑的具體原理，結合以往的施工經驗，確保盾構機出土量與其各項數據信息保持高度的統一。經過對堿水和膨潤土的科學管控，總結出了最佳的注入壓力值和注入量，為后續的施工任務開展做好了充分的準備工作。

（3）嚴格管理掘進速度。對推進速度進行嚴格的管控，保持盾構機均勻、平穩、快速通過，將盾構施工對周圍土體或建筑物影響降至最低，避免地面沉降或塌陷，影響地面交通或地鐵運行線路安全等。防止出現任何不利于施工的問題。結合具體的監測數據信息，對盾構掘進施工速度進行科學的管控，如果有必要，在掘進施工推進50cm以后，停止施工20min，以地鐵隧道監測單位給出的數據信息為依據，對推進速度進行科學的調試，從而使沉降問題被控制到最合理的范圍之內［2］。

（4）控制盾構機姿態與軸線。盾構下穿大石～漢溪長隆區間是整段電力隧道最低點位置，在合理選用掘進參數、出渣速度和出渣量，能夠協調好隧道與上方建筑物的距離，保證各自的安全性。嚴格管控盾構掘進施工的姿態和線形，姿態調整盡量做到恰到好處，防止出現跑偏的問題。在開展較大糾偏工作時，姿態調整必須要保持5mm以內，防止土體出現擾動和超挖的問題。上部土體的自穩能力不強，給刀盤扭矩和盾構機推力帶來了一定程度的影響。盾構豎向糾偏、平面糾偏時，會給土體造成不同程度的影響，穿越時，在保證盾構正面沉降情況不受影響的前提下，保持盾構機均勻、平穩、快速通過，嚴格控制盾構機推進油缸的伸長量及糾偏頻率，嚴格按照盾構管片布環圖安裝管片，防止管片安裝出現較大偏差，影響后續盾構掘進姿態和管片拼裝質量。推進施工盡量做到平穩、安全、可靠，對盾殼與管片的間隙進行密切的觀察，使盾構施工不會給地面和地鐵隧道帶來嚴重的負面影響［3］。

（5）控制同步注漿質量和數量。盾構推進時，注漿要同步完成，將圍巖與管片間的空隙填好，確保不會給地層帶來巨大的影響，做好結構受力的改善工作，使地表沉降得以精準的控制。在施工以前，明確具體的注漿壓力值和注漿劑量，及時填好圍巖與管片間的縫隙，保護好3號線和地面，將較大的沉降問題高效的避免掉。增加注漿孔的數量，注漿初凝以后，及時開展二次補漿施工，采取措施科學管控沉降值。與盾尾注漿施工同步完成地表沉降問題的控制工作，經過試驗以后，注漿壓力值和填充率得以明確。綜合分析以往的盾構施工經驗和相關的施工規范以后，環形間隙理論體積值的2倍為注漿量，依據檢測情況及時做好相關的調節工作。在計算注漿量時，使用的公式為：

Q=V×λ

公式中：注漿率設置為λ，砂性地層和下硬上軟地段的取值保持在1.3～2.5之間，其他地段依據具體情況來選定注漿率；盾尾建筑空隙設置為V，單位為m3。在確定同步注漿的漿液初定配比值和二次注漿的漿液配比值時，其具體情況詳見下表2、表3所示。

3.3傳遞動態信息

將每次測量獲得的數據信息通過搭建的信息溝通平臺及時上報給相關部門，通過數據的變化及時對施工過程進行調整和對后續施工進行預判。盾構推進面在獲得動態信息以后，及時調整相關的工作內容，使整個工程項目的施工質量滿足相關的標準。

3.4盾構穿越后階段

盾尾從穿越區穿過以后，隨即進入到穿越后階段中。盾構機從穿越區通過以后，推進速度會發生明顯的改變，以2cm/min的速度前進。盾構施工人員推進施工嚴格按照相關的指令執行，對出土量等參數信息進行嚴格的管控。值班人員要與盾構施工人員、軌道交通監測人員密切的配合，做好監測數據信息的分析工作，及時下達推進施工指令，確保盾構施工能夠保質保量的完成。盾構穿越以后，地面上會有后期沉降存在，給軌道交通帶來了嚴重的負面影響。

參考文獻：

［1］張成平，張頂立，吳介普，等.暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制［J］.中國鐵道科學，（1）：69-73.

［2］張晨明，董秀竹.新線施工對既有線車站影響分析［J］.鐵道工程學報，2006（9）：85-88，100.

［3］杜慶麗，焦蒼.矩形淺埋軟巖隧道開挖非線性過程數值模擬［J］.施工技術，2005（6）：4-6.