区间隧道盾构穿越建构筑物保护方案与掘进控制的研究

2018-02-04徐毅兴

智能城市 2018年1期

徐毅兴

中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司，安徽合肥 230000

近年来，盾构施工方法在城市轨道交通建设中的应用越来越广泛，尤其隧道处于比较差的地层条件时。城市中具有密集的建筑物及管网，盾构隧道施工过程中极有可能邻近或穿越既有建构筑物，加之高层建筑物、大直径燃气管线较多的存在于城市内部，而轨道交通展点需要连接高层商业中心，使盾构隧道穿越建构筑物的安全风险程度提高，因而施工期间必须要制定科学的保护建构筑物的方法及控制掘进的措施，以提升安全性。

1 工程概况

本文以合肥市轨道交通3号线土建TJ04标段区间盾构隧道工程为实例，该标段区间盾构隧道掘进时，土压平衡盾构机共使用两台。芙蓉路站-习友路站区间内，157#、7#盾构机在合肥-伊宁高速公路桥（以下简称合宁高速桥）合肥-福州高速铁路桥（以下简称合福高铁桥）、各有2次侧穿，穿越处分别为K6+855.0 00～K6+893.000、K6+914.997～K6+919797；在辉煌桥（左、右线）下穿，穿越位置为K6+914.997～K6+981.623。合宁高速桥分为老桥和新桥，分别建于1993年和2006年，老桥采用扩大基础混凝土，新桥采用桩基础，盾构左线区间侧穿1号和2号桥中间，右线区间侧穿2号和3号桥中间。合福高铁桥于2010年建立，采用桩基础，盾构左右线侧穿时，均从桥下46号桥墩、47号桥墩下桥桩中间进行。辉煌桥于2003年建立，采用扩大基础混凝土，盾构区间下穿基础类型。

2 侧穿合宁高速公路桥的保护方案及掘进控制措施

2.1 合宁高速公路保护要点

因列车具有比较大的动载，根据既往施工经验，施工期间，合宁高速公路保护要点如下：监测工作良好开展，沉降速率与沉降量双指标进行控制，同时，实施土袋围堰、加固基础等措施。

2.2 掘进控制措施

（1）土压力控制。切口及前方位置的地表变化会直接受到正面土压力的影响。施工期间，监测工作测量结果及时向掘进作业班组反馈，便于班组对掘进参数做出合理的调整，保证施工合理化。盾构穿越过程中，切口平衡土压力严格控制，保证微小隆起量存在于盾构切口处的地层上，使地层沉降量得到平衡。

（2）推进速度控制。穿越桥基过程中，要保证盾构推进速度均匀，建议每分钟控制在20～30mm，掘进5～6环/天；同时，以实际情况为依据，调整及时进行，使地面沉降得到有效的控制，最大限度的减小地面变形[1]。盾构掘进施工时，均衡应尽量保证，使周围土体受到的扰动减少。此外，穿越前必须对盾构机进行全面的检修与保养，防止穿越过程中盾构机因故障停机。

（3）出土量控制。盾构掘进过程中，土压平衡直接受到每环管片出土量的影响，进而使地面沉降受到影响。要严格控制土体损失量，不可超过0.5%。如果未能良好的控制出土量，超挖现象较为严重的出现，会导致掌子面土体失稳、坍塌，因此，必须要对出土量严格控制。理论上，每环出土量应为设计出土量的97%～98%，不过，要以土压变化、沉降数据为依据，微调实际的出土量，防止地面过度沉降、隆起问题的发生。

（4）盾构纠偏控制。总结以往施工经验发现，纠偏应避免在穿越过程中大量进行，以将地面沉降减小，左右及相邻区域的千斤顶力差应控制在较小状态，避免盾构推进变为蛇形，或“犁地走”出现，促进土体扰动降低，最终实现地面沉降减小的目的。采用VMT测量导向系统与人工复测相结合，大力监测管片，保证盾构机姿态条调整科学进行，若上浮及下沉量突变发生在管片中，监测频次应加大，同时利用二次注浆方法稳定管片。管片超前量检查时，间隔5环进行一次，严格控制隧道轴线与盾构轴线的折角，保证变化幅度在0.4%之内。

（5）管片拼装控制。施工单位跟班工作应24h小时进行，并由专门技术人员负责，与工班长、盾构机司机一起，结合前一环的盾尾间隙，对K块准确定位，并严格控制管片拼装，避免碎裂、渗水问题存在于拼装后的管片中，促进拼装速度的提升，保证隧道管片良好的支持盾构推进反力。完成拼装后，推进要尽快的恢复，使土体路基沉降减少。

（6）同步注浆量与浆液质量控制。盾构穿越施工过程中，要及时、均匀、足量地开展同步注浆工作，以能良好地充填建筑空隙，尽量减小地面变形与管片偏移。以地表监测反馈数据为依据，及时调整浆液配比，并由专人详细记录施工中的注浆压力与注浆量等信息，确保施工质量。定期清洗运输车拌浆系统与地面拌浆系统，一般为每环清洗1次，避免浆液管路堵塞。由以往下穿城市桥梁施工经验，应控制同步注浆量填充率在300%以上，但不可超过350%。

3 侧穿合福高铁桥保护方案及掘进控制措施

3.1 合福高铁桥保护要点

合福高铁桥保护过程中，纵断面与路面走向为优化重点。优化线路的纵断面，坡度选为“V”字型，下穿铁路区段隧道埋深增加，区间隧道下穿区域中，拱顶要覆土，厚度最小值16m左右，以（2）2硬塑黏土、（3）2硬塑粉质黏土为隧道穿越的主要土层，促进上部铁路受到的影响减小。同时，对路面走向做出优化，尽量采用46号桥墩与47号桥墩中间位置为下穿段，使桥桩受到的盾构施工影响减小。

3.2 掘进控制措施

（1）行车限速。本工程尚未进行到合福高铁桥时，要先与铁路部门充分沟通，对行车计划、行车间隔做出了解，之后筹划具体的施工工作，保证筹划的合理性。施工单位应协商铁路部门，对行至此段的列车做出限度，避免速度超过120km/h，促使列车冲击动载降低，从而减小沉降[2]。

（2）配置适当的盾构机。结合金福高铁桥侧穿部位地质调节，根据本工程特点，盾构机选择为中铁装备157#和天地重工7#土压平衡盾构机。

（3）设置盾构掘进试验段。结合多种因素，盾构施工试验段选择为里程K6+343.720～K6+443.72、133环～200环（100m）处。在该试验段，以观测到的地表沉降数据为依据，对掘进参数不断做出优化与调整，保证相关参数处于合理范围。另外，在本试验段还实施了合宁高速公路桥掘进穿越过程中采取的控制措施。

4 下穿辉煌桥保护方案及掘进控制措施

4.1 辉煌桥保护要点

经地质勘查结果可知，（2-2）黏土为盾构下穿桥基础与河底时的底层，因此要采用预注浆方法加固处理桥台基础和地层。从桥台侧面开始，预埋设袖阀管利用潜孔钻机对桥台进行注浆加固。注浆时，以渗入性注浆为主，即通过注浆压力，使各种阻力被浆液克服，向着空隙与裂隙中渗入，压力越大时，会具有越大的吸浆量及浆液扩散范围，可使桥台所受到的盾构穿越影响最大限度减少[3]。

4.2 辉煌强掘进控制措施

（1）设置施工试验段。辉煌桥施工试验段选择里程K6+343.720～K6+443.72、133环～200环（100m）处，此试验段中采取的掘进控制方法与金福高铁桥相同，掘进参数结合辉煌桥具体参数确定。同时，施工数据注意收集，以动态的优化调整参数，如切削土层时刀盘主要选择撕裂刀、刮刀等，推进低转速、大扭矩进行；掘进土压力适当提高，且优化调整在掘进中不断调整等。

（2）掘进土压控制。盾构过河过程中，要对泡沫气压做好控制，保证不超过2bar，防止河底土体被过高的气压击穿。掘进时，上土仓压力要控制在0.8bar以上，但不可超过1.2bar。快速通过盾构掘进施工，避免长时间停机出现在过河期间。

（3）开挖量控制。渣土出土量要随处注意，密切联系看土人员，超挖一旦出现，掘进参数立即做出调整，之后掘进再继续。根据公式，盾构掘进一环时，渣土出土量46.43m3。黏土层中，实际出土量要再乘以1.2，即为55m3，土方记录要结合称重，使超挖尽早发现，及时做出处理。