新建盾构上穿既有隧道的主动加固技术应用分析

谭晶

摘 要：通过在新建盾构既有隧道上穿施工过程中采用主动加固技术，推动隧道抗压能力的增加，又可以增加隧道的强度，针对新建隧道上穿既有隧道的施工工况，在此基础上，有效地解决了工程中存在的不足，对既有隧道注浆加固后的隧道变形值进行分析，并提出加固建议。避免工程返工率，建造了更好的交通出行环境。

关键词：盾构上穿；既有隧道；主动加固技术

引言：新建隧道左线及右线的开挖对既有隧道产生的影响有较大差异，同时上部隧道的穿越角度影响既有隧道的沉降位移值，城市公共交通的不断建设，使得地下空间的开发利用也迎来发展的高峰时期。新型盾构隧道施工过程中存在着各种各样的施工问题，其中新型盾构隧道主动加固的技术问题就是其中之一。

一、新建盾构隧道上穿既有隧道的主动加固技术应用的现实必要性

（一）沉降因素的影响

根据隧道力学理论可以推斷出，基于地铁隧道浅埋暗挖的特点，将上覆土层的荷载能力全部转移给隧道结构承担，而其本身已经完全丧失了承载作用，在新建盾构既有隧道施工过程中，既有隧道会由于受到沉降因素的影响而发生变形，对既有隧道的正常运行造成干扰。能否将地表的沉降程度控制在安全范围内，也取决于对地下水的处理。地铁隧道的位置通常低于地下水位，隧道开挖过程中势必会有地下水渗入到土层当中，从而加重了地层的沉降，直接影响着隧道结构构成的稳定性。这个问题的主要归因于既有隧道的加固技术不到位，导致既有隧道在高频下的不规则地面上穿工作。在对既有隧道进行加固的过程中，施工单位应及时对既有隧道进行监测，避免施工轨道出现较大变形。

（二）缝隙因素的影响

在施工过程中，既有隧道出现裂隙的不平整现象，这些问题往往出现在施工道路上的铁轨和地基连接处。涌水是隧洞施工常常碰见的问题，特别是在高降水量地方。研究指出，突泥涌流问题与特殊地质环境、煤层蓄水、断层出水等影响条件密切相关，由于施工地处于岩溶地带，附近的岩层容易产生大量的积水。另外，由于隧洞周围的软质填充料和地下水，无法阻挡流动势能。如果施工后围岩突然被开挖，造成充填料和地下水的突然倾斜，从而导致水泥砂浆突出，严重危害工程安全和人员人身安全。因此如果存在这一情况，要发现施工时的缺陷，并实施双重检测，以保证所有隧洞的安全。

（三）既有管道设施的影响

盾构隧道施工对地下管线影响主要包括管线的位移变形和管线的受力性状，即便是位移较小也可能会导致附加应力超过其破坏强度，管线发生挠曲或者翘曲变形破坏。而且管线随土体发生刚体位移，当土体变形不大时，还可以正常使用，但是当周围土体位移较大，刚性管线位移达到极限就会发生断裂破坏。在新建盾构形势下，现有的隧道施工将在施工过程中超过标准，既有隧道上穿施工计划应及时调整，但总体上穿建设原则应尽量减少损失，也就是说，应推动既有隧道上穿工作的损失规模降低，既有隧道上穿应及时根据实际现状而改变计划;假使线路更换的损失过大，有利于保持原有的施工工艺，及时安排现有人员对现有的隧道管线进行更改。在既有隧道上穿的情况下，施工单位现有管道管理人员应促进相互协商，选择最佳施工解决方案，确保现有隧道建设投资的合理利用，增强勘探精度的重要性。

二、新建盾构隧道上穿既有隧道的的主要影响因素

（一）正面影响因素

1.土仓压力

土仓压力也是在平衡地压盾构推进过程中，维持挖掘平面稳定性的关键参数。土压平衡盾构在推进过程中，主要取决于土仓内土压力和盾构前地面土壤压力的均衡值。仓内的地面土壤压力，可使用地压传感器来检测。如果面临既有隧道压力过低的风险，则既有隧道前方土体会向新盾构工具头方向轻微移动。抵抗新土壤的下行趋势时，土的剪切力在既有的新隧道内将会上升。但一旦既有的混凝土体侧应力减少，而新隧道既有的土侧应力下降，新隧道内既有土抗剪切强度超过一定值时，新隧洞内土将达到主动极限的平衡状态，隧道内相应的土压力称为主动土压力。活跃的极限平衡力量被摧毁时，土壤遭受损害的沉降。反之，既有隧道的土仓压力存在过高风险，则既有隧道的土将处于被动极限平衡状态，既有隧道的土压力称为被动土压力。当既有隧道的被动极限平衡被破坏时，会引起既有土体的抬升。当既有隧道的压力存在较高或较低时，可通过调整屏蔽推力、推进速度、螺旋输送机速度等参数来解决既有隧道上穿问题。土仓压力是土压平衡盾构施工过程中的一个重要参数。通过比较不同土仓条件下基坑前方混凝土的结构应力状况，得到基坑仓荷载设定的理论计算公式。通过数值模拟软件，可以研究各种土仓压力对开挖层结构位移和地表沉降现象的影响，即当土仓压力接近原始土表应力值时，有利于研究土层结构位移的影响。然而，土壤表面沉降室压力的影响主要集中在盾构开挖的早期阶段，然而，筒仓压力对地表沉降的影响主要集中在盾构开挖的早期阶段，并简单地增加表面沉降筒仓压力的影响是非常有限的。

2.掘进和出土速度

开挖效率低，工作面处于空中时间，支护无法跟进，存在围岩坍塌的风险。盾构隧道在上软地层和下硬地层中施工时，由于工作面岩性强度差异大，切削头在破石过程中，岩面对的工具磨损破碎严重，刀具转换困难，使盾构隧道施工速度慢，而且施工方向也容易出现偏移。由于盾构机刀盘受力不均，造成了主滚动轴承破裂以及主滚动轴承密封损伤。同时，由于在地质内部应力的波动情况下刀具组不平衡，由于相同的刀头推力和刀轮速度，下部施工进尺相对缓慢，由于上部掘进速度相对较快引起的岩层构造扰动，盾构施工机部过大，同时由于同步注浆材料和注浆方法量的不够，不适时易出现地基沉降或坍塌等严重影响对周围建筑的影响，等，和保护环节后容易浮起来的盾尾。

盾构隧道的速度应该配合表面隆起凹陷值控制，挖掘，前面土压力平衡的调整值和同步注浆。盾构掘进的开挖速度主要受盾构掘进设备的开挖速度限制，且开挖速度协调不好，很容易造成正面土体不稳定和地表隆起沉陷现象。盾构隧道施工应尽可能连续进行，以保证隧道质量，减少对地层的扰动，减少地表隆起沉降现象。因此，要平衡地组织建设。必要停机时，应采取措施防止泥土进入盾构前尾部，防止地面沉降和盾构位移损坏。

（二）侧面影响因素

在新建盾构隧道施工过程中，盾壳与周围土体发生相对位移，产生侧摩阻力。侧摩阻力是盾构隧道施工中引起周围土体隆起的重要因素之一，特别是对于近距离穿越工程，需要考虑盾构与周围土体侧摩阻力的影响。另一方面，由于盾构机械的精度，人为控制带来的误差、土层的不均匀性以及盾构设计本身轴线曲线的变化，都是导致盾构姿态变化的重要因素。随着盾构姿态的不断变化，这些变化往往会导致盾构开孔过切，造成地层损失。因此，盾的轴应严格控制在隧道的过程中为了避免大错误。

（三）盾尾影响因素

在盾构机的施工过程，如果盾尾没有填写时间，可能会导致严重的变形，对结构周围也会产生不利影响，最终导致整个项目建设效果破坏，它也需要及时通过灌浆加固、必要的填补这一缺口，保证土壤的基础上运动控制问题。盾构机盾尾注浆施工过程中，往往能表现出比较明显的防渗性能，有助于实现对以往地下渗漏问题的防治，成为必不可少的防水防线。当然，在盾构尾注浆作业后，也可以保证相应地下结构的整体稳定性，有利于加固围岩和衬砌结构，避免盾构机施工过程中出现严重的坍塌或变形问题。

三、新建盾构隧道上穿既有隧道的主动加固技术应用

（一）钢环加固关键技术分析

为了确保既有隧道上穿工作过程的干燥和清洁，在隧道上穿工作中填补弹性环氧胶粘剂，应当确保其平滑过程中水泥填充。接缝处有锈蚀，背面进行防锈处理。在隧道上的施工中填补弹性环氧胶粘剂，应当在其平滑状态中用水泥填满。如果接缝处有金属腐蚀，并做好防腐蚀措施。在建设盾构隧道的过程中，部分结构在施工的过程中很容易开裂甚至断裂，进而影响将来地铁轨道的使用寿命，为防止裂纹的产生，就需要根据地铁轨道的钢筋尺寸，以及运用先进的后段变形设计和施工方法，做好结构的维修工作。在对管片结构进行维修的过程中，要针对管片结构的变化状况，选择不同的维修方式，以提高管片结构的强度，为轨道系统在今后的建设工作中提供了安全可靠的保证。

在整个隧道钢圈加固过程中，应加强以下准备工作：一是施工过程中需要各方的协调。整个隧道加固周期较长，且施工时间在夜间天窗期间进行，需要各方配合才能顺利完成施工任务。第二，物流组织。利用天窗时间安排轨道车通过现有地铁线路将材料从停车场运输到施工现场。确保速度极限，不会在运输过程中入侵，并确保所有材料都完成后施工;其三，成品保护。施工时应保护各种设施和管道，保证地铁白天正常运行;第四，隧道施工过程中的监控。在施工过程中，应加强对既有工作点及100m隧道施工前后的变形、应力监测，做好地面沉降观测。

（二）隧道底部注浆加固

为避免在地铁隧道中产生打井等问题，应加强注浆孔的布置，并进行处理，同时，现场管理人员还应注意对衬砌结构和施工缝的维护，并根据实际情况制定浆液渗漏的处理措施。只有在灌浆可以二次检验合格。当采用注浆法对隧道进行加固时，虽然缺陷的处理效果显著，但如果想使施工质量进一步提高，还需在钻孔施工中加大注意程度，注意以下技术问题：（1）如果出现突然的洪水情况，必须暂停施工，采取的压力注浆材料法在纤维支气管镜清洗后可以继续进行;（2）异常如果注浆成型后水压突然增大，从而改变了注浆成型砼或混凝土水泥的方式，应再次采用注浆方法，以恢复后续注浆压力。但是一旦灌浆压力还没有恢复到正常水平，施工人员就必须停止灌浆查看它有没有被水堵塞;（3）一旦灌浆压力已经过高了很长一段时间在灌浆过程中，相应的水泥含量可能需要及时调整。另外，断断续续的灌浆工艺也不可能是严格控制，注浆成型后的停留时间基于对灌浆凝胶时间的要求。

在隧道底注浆材料加固的技术中，也同样应重视材料的合理性与设计应用，主要涉及如下方面：①在盾构与隧洞底加固的工艺中，应考虑喷涌效应，并合理设计注浆材料孔。如隧洞底面为淤泥土层，则应使用纯水泥浆进行注浆材料;若为完全的液化混凝土层，则必须使用双液注浆料（水玻璃+水泥浆）作为注浆材料。②强化阶段，单液注浆与双液注浆成型要按照现场状况交替使用，以增强补强作用。在强化阶段，针对隧道出现的沉降与变化，有必要采取适当保护措施，避免隧道跨线桥的正常工作。（3）如果处于强化阶段，需应用溶解度为4%的水玻璃溶液和42.5R的普通硅酸盐水泥，避免使用材料简单;此外，它是必要的，以确保在工作的过程中使用的材料参数是合理和科学。④在对隧道外侧进行加固的过程中，应在隧道两侧完成相应的压贯注浆处理步骤，从而有效保护既有隧道结构。

四、结语

隧道是十分关键的交通运输载体。建设盾构隧洞跨越既有隧洞，对我国的新建盾构上穿既有隧道发展有着重大意义。在隧洞工程建设中运用加固技术，不但能够增强隧洞的耐压能力，同时能够带动隧洞刚度的整体增强。

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