基于某地特征的富水软弱地层近接叠交隧道与小净距下穿有压给水管道施工探索

2023-01-02赵金辉

中国设备工程 2022年8期

赵金辉

（中铁上海工程局集团有限公司，上海 201900）

在某城市轨道交通3号线施工过程中，Ⅲ-TS-14标盾构长距离垂直叠交下穿带压管线，整个施工过程对技术要求比较高，施工难度大。该标段为富水软弱地层，如果利用传统变形控制进行施工，存在较大安全风险。为了确保施工的安全性，在对该标段进行施工设计时，根据当前的技术研究现状进行了深入探讨，确定了安全合理的技术方案，为以后施工提供了坚实的方案支撑。

1 技术研究现状

在城市轨道交通建设快速发展的背景下，其规模越来越大，利用大常规盾构重叠隧道和下穿管线的施工方案相对较多。但是，在此次工程项目中，盾构长距离叠交、富水软弱层主要包括粉土粉砂层、已经建设完成的下部隧道等都会导致施工难度增加。在此次工程施工中，主要技术难点是在城市地铁盾构施工中需要下穿地面建筑、桥梁、铁路、地下管线等构筑物。轨道交通建设受地质条件、水文条件以及周边因素比较大，在具体的施工过程中，需要加强前期勘察作业。尤其是区间盾构单独下穿管线施工的技术类型相对较多，主要包括给水管、污水管、燃油管和大型管函等。在长距离盾构重叠隧道工况，中近距离穿越既有建筑物的研究相对较少。在此次研究之前，并没有发现轨道交通叠交富水软弱地层盾构超小净距下穿大直径有压给水管道的相关报告。

2 叠交隧道与小净距下穿有压给水管道施工难点

在富水软弱地层叠交隧道与小净距下穿有压给水管道施工过程中，最主要的特点表现在以下方面：第一，此次建设过程中的地质条件比较复杂，软弱地层主要是以粉土粉砂地层、全断面粉土粉砂地层为主，在盾构下穿有压管线时，螺旋机或者洞门出现渗漏情况，并且有涌砂问题，很容易导致有压给水管变形，从而发生施工安全事故，对市政正常供水产生负面影响。第二，在盾构施工组织过程中，盾构上下重叠区间需要同时施工，可能会存在资源交叉问题。与此同时，需要配合下部右线隧道移动式隧道预应力支撑平台移动，会进一步增加施工难度。第三，己建构筑物对构成距离重叠的区域为374m，重叠的最小间距为1.82m，在重叠段盾构的净距为超小净距0.544m，需要下穿供水管道。而供水管道是工业园区的主供水管道，设计的运行压力为0.3MPa，是保障整个片区居民生活用水的主要管道。

在轨道施工过程中，技术难点主要表现在以下方面：第一，要对盾构机进行合理选择，同时，要根据地质条件的具体情况设置不同的施工参数，对沉降控制方法进行合理控制，根据实际情况完成地面隧道监测点布置工作。同时，要利用全断面注浆进行加固，特别是对上部隧道要进行微扰动注浆，可以减少地层损失，尽可能降低在施工过程中对周边构筑物产生的负面影响。第二，在施工过程中，需要两台盾构机同时推进，完成两次下穿，有压管线施工资源的调配协调工作比较复杂。在对施工资源进行调配时，必须确保有充足的应急资源。特别是要组织专家对下穿有压管线进行综合评审与验收，对一些存在问题的部分要以专家意见为基础进行整改，之后才能够进行施工。第三，需要对周边构筑物的具体情况进行全面考虑，并且要做好施工总体规划。在获取建设单位、监理工程师以及产权单位的意见后，要对整个施工方案进行优化和改进。在施工前必须完成技术交底工作，对盾构的主控参数如注浆量、土仓压力等进行严格控制，可以利用超前加固施工技术防止供水管网结构变形。同时，要重视地面监测，要根据获取的监测数据对盾构机的施工参数进行合理调整。并且要进行全断面加固，完成微扰动注浆对管线情况进行严格控制。

3 关键施工技术

3.1 施工影响

在此次工程建设过程中，需要对盾构叠交隧道下穿有压给水管道的具体数据进行模拟。在施工中，左线超小净距下穿给水管的最小净距为0.544m。为了保证模拟作业的准确性，需要取不同的位置，将其作为监测点，利用盾构叠交隧道施工对地表构筑物、水管变形产生的具体影响进行分析，上部隧道在下穿有压管线时出现的叠交累计沉降比较大。因此，在下部隧道穿越后，需要提前在下部隧道和管线交叉的区域前后管片开孔，采取有效的加固措施保护管线，减少地层扰动。

3.2 关键技术

3.2.1 加强盾构机选型控制

在此次施工中，对盾构机进行科学选择是重要内容。针对富水粉土粉砂地层的叠交隧道与小净距下穿有压给水管道施工、已经建设完成的重叠隧道结构、变形控制等各项要求，需要对盾构机型进行合理配置，要对盾构机适应性进行深入分析。从而选择最佳的叠交隧道段盾构机。在对盾构机进行选择时，需要根据具体的地质条件在盾构机选择时以泥式土压平衡盾构机为主。该盾构机可以配置超前径向注浆系统，同时，能够完成同步注浆自动称重功能，具有二次注浆系统、皮带机称重以及螺旋机防喷涌系统。这些参数都可以根据具体的施工要求进行优化配置，能够满足在本标段中的施工掘进要求。

3.2.2 施工前准备工作

为了确保施工作业顺利进行，需要加强施工前的预控工作。在施工前需要开展会议讨论，对现场调查资料、控制区域以及准确位置关系和设备类型、盾构管片预留注浆孔等设计方案进行进一步审核校验，并对设计方案进行优化。根据富水粉土粉砂地层的损失控制需求，制定有针对性的施工措施。同时，要对沉降预控措施进行科学制定，加强重叠区盾构推进与移动式台车应用管理工作。

3.2.3 施工控制工作

为了保证试验段作业顺利进行，在施工过程中，需要从以下角度出发，开展有效的质量管理和技术控制工作。第一，需要加强试验段关键参数控制。在左线长距离重叠下穿给水管时，可以选择某区段作为盾构掘进的试验段，根据试验段对盾构施工的土仓压力、推进速度、出土量、注浆量、注浆压力等参数进行合理调整。同时，要对地面监测变形情况进行分析，掌握地层损失变化的具体表现，确定盾构掘进的参数控制范围，为穿越管线做好有效准备。第二，对超小净距下穿大直径有压给水管进行有效控制。在试验段中获取了控制参数后，需要对土仓压力、推进速度、出土量、总推力、同步注浆压力以及注浆量等进行验证，确保各参数能够有效控制才能开展后续注浆作业。第三，管线沉降预控技术。为了减少在盾构掘进施工过程中引发的水管沉降量，需要完成地层损失补偿，才能够实现加固隧道撑起周围土体的目的。在此次的注浆过程中，是以五步注浆补偿为主的。在盾构机施工前，需要利用进行注浆孔注浆；在盾构段尾部为利用同步注浆，填充盾尾；在管片脱出盾尾四环之后，需要利用补偿双液进行注浆施工；管片脱出八环后也要进行补偿双液注浆；管片脱出台车后，要进行深孔注浆；对注浆过程中的各项参数进行监测，可以确定利用多次双液注浆能够加固土体，防止管线变形。

4 自动化监测方案

在对移动式隧道预应力支撑台车进行应用时，要按照先下后上的施工原则，在长距离叠交盾构施工过程中，上部盾构施工会对下部已经建成的隧道管片结构受力情况产生一定影响，主要表现是卸载作用，会导致新建隧道衬砌管片变形，同时，会使下部建成的隧道出现先沉后隆的变化趋势。为了保证下部隧道支撑的安全性，需要利用三角顶推式液压台车对下部建成的隧道进行临时加固。在移动式预应力支架台车支撑和顶推施工过程中，需要将其移动到重叠段就位，并对各路油缸油压进行调整，使其根据实际情况进行修正。为了与盾构掘进速度相匹配，在盾构掘进一环的时间内，台车需要进行无卸载顶推移动，保证上部盾构机与隧道台车移动距离的差值在一环以内，并对盾构掘进里程、台车顶推位移进行监测，及时调整台车顶推力和顶推行程，确保盾构机位于台车支撑范围内。在根据上部隧道盾构机的掘进情况对下部隧道支撑台车进行向前移动时，需要对地面沉降进行设计，同时，要对盾构进行实时监测。将监测资料反馈给操作室，及时调整掘进参数，保证下部隧道的变形控制在安全范围内。