富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管施工工法

李刚柱

摘 要： 杭州地铁6号线一期工程中医药大学站～伟业路站区间由中铁三局集团有限公司承建，位于杭州市滨江区，中～伟区间隧道以29°斜交上穿地铁4号线并下穿污水顶管，该上穿位置位于滨江区东信大道与南环路交叉口。上穿4号线并下穿污水顶管阶段，盾构隧道主要穿越地层为③3砂质粉土夹粉砂、③4-1砂质粉土、③5砂质粉土，土层软弱且富水，力学性差且透水性强。本文主要探讨了富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管施工工法。

关键词： 富水砂层;盾构;施工工法

由于運营中隧道上部土体卸载必然产生上浮，如变形过大，则会影响其正常运营;污水顶进涵因其顶进工艺，下方没有基础，盾构下穿过程必然引起沉降。在穿越过程中如何控制上方污水顶进涵不沉降，下方既有隧道不上浮成了工程的重难点。

1 工艺原理

（1）盾构掘进参数根据微扰动控制技术，正面压力应维持在0.9～1.1bar左右，并保持压力波动小于0.1bar，以保证切口前方土体稳定;推进速度应控制在≦40mm/min，按每段20～30cm进行推进;注浆压力控制在0.15～0.25Mpa，注浆时以压力控制为主，注浆量控制为辅的方针。

（2）当盾构穿越4号线，在6号线隧道内采用堆载压重的方法。压重范围从隧道与4号线穿越范围内前后各10环的影响区域。现场采用Φ=100mm，长度1m的钢棒压重。每环共压重78根钢棒，共计4.8t。

（3）在已运营的地铁4号线内采用三维坐标对其进行自动化实时监测。当6号线盾构盾头距4号线隧道5米～盾尾距隧道5米时进行自动化实时监测，上行线1号机监测4号线正影响区域左右各10环，每3环一个断面为S349至S379，共计11个断面。下行线1号机实时监测断面范围为X367至X400，共计12个断面。自动化实时监测对上述范围内道床沉降进行监测。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：试验段掘进→优化施工参数→盾构穿越施工→隧道堆载压重→既有隧道自动化加监测→二次注浆→稳定后卸载→完成穿越。

2.2 操作要点

2.2.1 盾构施工参数控制

施工参数可根据微扰动控制技术，并结合具体情况来进行优化设置。根据风险分析，正面压力过大或过小均不宜。因此，根据隧道不同埋深，正面压力应维持在0.9～1.1bar，并保持压力波动小于0.1bar，以保证切口前方土体稳定。推进速度应控制在≦40mm/min，按每段20～30cm进行推进;以缩小施工相关信息反馈的时间间隔，及时对参数进行优化调整。在慢推的基础上保证慢纠盾构姿态，盾构轴线水平向和垂直向偏角控制在0.5‰～1‰以内，即水平和垂直向差值需控制在4.25～8.5mm以内。同步注浆浆液采用高密度浆液，稠度为9～10，注浆量为5m3，以提高对盾构周围土体的填充和加固效果。

2.2.2 管片螺栓紧固

螺栓紧固为管片螺栓连接质量控制要点，其紧固扭矩应符合设计要求。每环管片拼装过程中，随管片定位的同时用螺栓连接，并对螺栓进行初紧。待掘进下一环后，管片脱出盾尾，已具备拧紧螺栓的工作面，此时应对该环螺栓进行再次拧紧。后续盾构掘进时，在每环管片拼装之前，对相邻已拼装成环的3环范围内连接螺栓进行全面检查并复紧。

2.2.3 二次注浆

二次补偿注浆利用管片的吊装孔开口后进行补浆，采用水泥浆、水玻璃浆双液注浆，弥补壁后浆液的填充不实的空隙，减小因同步注浆不饱满产生的沉降，为满足地铁4号线沉降要求，施工中要求每环进行二次补浆，补浆位置为隧道管片上部。为防止掘进后的后期沉降，在管片脱出盾尾后5环，立即对管片后的建筑孔隙进行二次注浆，如图1所示。

（1）浆液配比。二次注浆拟采用双液浆。

A液水泥浆，水∶水泥=1∶1（质量比）

B液水玻璃溶液，水∶水玻璃=2∶1（体积比）

A∶B=1∶1（体积比）

壁后补压浆的压浆量按照施工监测数据而定。

（2）注浆压力。因上穿段埋深较浅，二次注浆压力控制在0.2～0.3Mpa之间，采用少注、勤注原则，注浆时密切注意管片的变化，以压力为主控制。密切关注地表监测数据，及时调整。

2.2.4 隧道内压重措施

当盾构穿越4号线，在6号线隧道内采用堆载压重的方法。压重范围从隧道与4号线穿越范围内前后各10环的影响区域。现场采用Φ=100mm，长度1m的钢棒压重。每环共压重78根钢棒，共计4.8t，详见下图：

通过在施工隧道中压重的方法，既能够有效控制下部既有隧道的上浮，同时能够控制施工隧道的上浮，进而减小上部管线的沉降。

2.2.5 隧道自动化监测

（1）监测点布置。利用地铁4号线隧道内的控制点在盾构上穿地铁4号线时对其隧道进行自动化监测。既有地铁4号线左线（下行）k05+133.5～k05+231.8，右线（上行）k05+179.9～k05+250.4，1断面/3环。穿越段上下行共计布设46个监测断面。每个隧道监测断面共布设4个棱镜，包含一组水平收敛监测点，一组道床差异沉降监测点（选取其中一个点作为道床沉降及水平位移监测点）。

（2）测量方法。自动化监测系统一般由传感器、数据采集单元、计算机、信息管理软件及通信网络构成。各种测量控制单元（DAU）对所辖的仪器按照监控主机的命令设定的时间自动测量，并转换为数字量，暂存于DAU中，并根据监控主机的命令向主机传送所测数据;监控主机根据一定的判据对实测数据进行检查和在线监控，并向管理主机传送经过检验的数据入库;管理主机主要是对存储的数据进行处理和分析，并向各级主管部门发送有关安全方面的信息。

由于地铁4号线已经开始运营，施工时隧道内设置有控制点，监测时采用其控制点的三维坐标对其进行自动化实时监测。当6号线盾构盾头距4号线隧道5米～盾尾距隧道5米时进行自动化实时监测，上行线1号机监测4号线正影响区域左右各10环，每3环一个断面为S349至S379，共计11个断面。下行线1号机实时监测断面范围为X367至X400，共计12个断面。自动化实时监测仅对上述范围内道床沉降进行监测。

3 质量控制

建立“谁管理谁负责，谁操作谁保证”的质量管理原则。通过完善的质量管理体系将质量管理职能分解到每一个部门、每一个岗位。施工经理应按项目部规定的质量方针，满足业主提出的质量目标要求，形成一个完整的质量体系。管理者必须支持该体系，并由技术人员具体负责该体系。

本工法施工参照《地铁设计规范》《地下铁道工程施工及验收规范》《盾构法隧道施工与验收规范》及《地下防水工程质量验收规范》等规范、规程。

施工过程中严格执行三检制度。

3.1 自检

每一作业班组设一名兼职质量员，负责对本班组完成的工序按检验评定标准要求进行检查、验收，填写自检卡经施工人员签认后交下道工序。

3.2 互检

由下道工序班组兼职质量员对上道工序质量进行检查签认。

3.3 专检

工序在自检、互检合格的基础上，由专职质量员进行复检并与自检卡核对符合后方可转入下道工序施工。

4 结论

针对浅埋富水砂层条件下盾构穿越运营隧道上方抗浮技术及控制管线和地表沉降措施，杭州地铁SG6-7标段项目经理部在上级主管部门的领导下运用有限元法建立数学模型，通过控制盾构施工参数、隧道内堆载压重、隧道内自动化监测等技术措施，对其进行理论计算和工程实践，得到了较理想的效果。