电力隧道下穿地铁区间技术研究

摘要：如今城市地铁线网的密集度越来越高，在电力隧道项目施工时，会出现下穿或者是上跨地铁区间的情况。本文以东新高速至番禺大道电力隧道盾构下穿地铁3号线运营区间的施工项目为例进行分析，从整个工程项目的实际情况出发，综合分析各项数值信息得到了可靠的结论，为今后的电力隧道项目施工奠定了坚实的基础。

关键词：电力隧道；下穿地铁区间；施工技术

文章编号：2095-4085（2024）01-0040-03

1工程简介

电力隧道自5#工作井（CK1+877.400）往东敷设，从规划跨线桥下方穿越并继续沿路中行走，在大石中心小学门前设置6#工作井（CK2+780.000），之后电力隧道从规划G105下穿隧道北侧穿越，至G105交叉口绿化带设7#工作井（CK3+207.100），穿越地铁三号线大石～汉溪长隆区间、新光快速高架后最终隧道止于8#工作井（CK4+230.000）。本段电力隧道全长2352.6m，共设置2个工作井，电力隧道采用盾构法施工，6#工作井为盾构双向始发井（24m），盾构管片采用内径3500mm，管片厚度300mm，管片宽度1000mm，双面楔形量41mm的标准环，其中电力隧道管片最外缘顶部与地铁三号线隧道区间（双洞）平均距离为6138.5mm，对应里程为：CK4+096-CK4+116。

2本工程盾构机选用分析

该工程在掘进施工时，使用的主要机械设备为土压平衡盾构机，掘进施工的过程中，渣土进入土仓主要是借助刀盘开口得以实现的，螺旋机将渣土从土仓底部全部排除干净，使用皮带机将渣土运送到渣土车中，并从施工现场运送到始发井位置处，龙门吊最后将渣土吊运到渣土存放区。土仓内充满了渣土和高浓度浆或泡沫等添加剂的混合物，该混合物具有良好的塑性。在掘进过程中，通过调节螺旋机的转速以平衡进土量与排土量（渣土+水+高浓度泥浆+泡沫），使土仓内的土体（混合物）保持在设定的土压力值上。土舱里的土压值在开挖过程中始终受到控制并保持。在开挖过程中，螺旋输送机的转速随着土压力传感器的指示会作相应的调整，确保土仓中混合物的土压力值始终保持在设计的规范之内。由于土压平衡盾构机对掘进时的土压力控制比较精准，所以掘进时对周围环境的影响也较小，完全适用于穿越地铁隧道的施工［1］。

3施工技术措施

3.1搭建信息沟通平台

在施工项目中，许多部门由于工作时间不能及时沟通，工作效率和质量会受到很大的影响，利用BIM技术，将相关的信息进行整合，在BIM技术搭建的平台上，为各个部门之间的沟通搭建了一个平台，可以让各个部门在项目进行过程中，可以进行远程的沟通，可以迅速的解决项目建设中存在的问题，并在一起协商，快速给出解决问题的方案。通过建立起盾构周围的地质模型，使周围的土壤状况和特征更加清楚，并与盾构监测系统相结合，动态地管理隧道的参数，从而更好的预测和控制盾构施工的安全。同时，可以充分发挥企业所具有的协调特征，从而为其迅速开展工作提供了方便。

3.2控制掘进参数

盾构施工会给四周土层带来不同程度的影响，随着施工参数的改变，其影响范围也会随之发生变化，在盾构穿越前设置试推进阶段，设定一段40环为推进试验段（CK4+051-CK4+091），设置推进实验段主要是根据试验段地质调整最佳的掘进的参数，控制盾构机在穿越既有线路时对地层影响降到最低，二次注浆时，注浆压力不宜过大，避免造成地层隆起。同时，在穿越地铁前后15环范围内采用型钢将所有管片固定在一起，并复紧管片间螺栓，达到每环管片间形成整体，在既有地铁线路下方隧道内提前准备注浆机及注浆材料，若监测数据出现沉降趋势时，现场组织注浆人员及时补注浆作业，当盾体推出既有地铁线15环以外，当沉降监测数据连续一周趋于稳定时，方可撤掉注浆设备及注浆材料。在穿越段前进行测量复核，确定穿越区的实际环号并进行相关控制。在盾构穿越施工中，应根据盾构穿越前试推进阶段，确定更加合理的施工参数和施工方法，以便在穿越过程得到进一步改进。当盾构穿越地铁线后应及时在施工隧道内进行二次注浆，从而更好的控制地铁线路的变形。在选择施工措施时，要以施工参数信息为依据，遵循的主要原则为连续施工、顺利通过，所有参与施工的人员都要是成手的技术人员，对掘进施工参数进行动态化的管理，做好添加剂配合比的优化升级工作，为整个工程项目的顺利施工做好充分的准备工作。

（1）分析总结前期掘进情况。对该施工地段的地层特征进行全面的了解，科学评判盾构施工的各项性能，为穿越施工做好准备，建立实时监控系统，实时监测推力、扭矩、速度等盾构参数，及时进行信息反馈不断修正注浆参数和施工工艺，严格控制土体的分层沉降和水平位移，以便正确设定穿越轨道交通地铁线的施工参数并采取相应措施减少土体沉降，以保证轨道交通地铁线的安全。从工程项目的施工情况出发，科学选择掘进施工方式。由于受到各种因素的影响，刀盘前面的土压力会存在着很大的不同，因此要做好土压力值的调整工作。综合分析沉降报表中各项数据信息，将了解到的情况及时的上报给相关管理部门。如果盾构切口位置的前方有地面沉降的情况存在，就要对平衡压力设定值进行及时的调高；如果盾尾有地面沉降的情况存在，要对同步注浆量进行及时的增加。在实际计算时，具体情况为：

计算正面平衡压力时，使用的公式为：

P=k0γh

其中，平衡压力使用P表示，地下水包含在其中；土体平均重量设置为γ，具体的取值为18kN/m3；隧道埋深使用h表示，单位为m；侧向静止平衡压力系数使用k0表示，结合试推进段的相关数据信息，暂时定为0.7。

盾构掘进施工的过程中，在设置平衡压力设定值时，要参考以上方法来完成相关的设置工作。对于实际的施工设定值而言，在开展优化调整工作时，要对监测数据信息、所处位置和盾构埋深等信息进行综合的考虑。在开展调整工作时，每次不能超过0.005MPa。

（2）科学管控出土量。在对出土量进行控制时，要以土层特性、管片与盾构间的建筑间隙等信息为依据，大致为断面的99%左右。经过开展综合的分析和调整以后，使其数值变得更加科学、合理。表1为盾构推进试验段需穿越的土层信息。

盾构推进施工要从比较复杂的土质中穿过，做好盾构姿态控制工作。同时，保证土仓内渣土改良成流塑状态，顺螺旋机顺畅排出。严格管控碱水和膨润土的添加剂量，防止添加剂量过大，出现定向贯通的介质裂纹，给隧道的安全性和稳定性带来严重的负面影响。详细了解碱水与膨润土剂的具体原理，结合以往的施工经验，确保盾构机出土量与其各项数据信息保持高度的统一。经过对碱水和膨润土的科学管控，总结出了最佳的注入压力值和注入量，为后续的施工任务开展做好了充分的准备工作。

（3）严格管理掘进速度。对推进速度进行严格的管控，保持盾构机均匀、平稳、快速通过，将盾构施工对周围土体或建筑物影响降至最低，避免地面沉降或塌陷，影响地面交通或地铁运行线路安全等。防止出现任何不利于施工的问题。结合具体的监测数据信息，对盾构掘进施工速度进行科学的管控，如果有必要，在掘进施工推进50cm以后，停止施工20min，以地铁隧道监测单位给出的数据信息为依据，对推进速度进行科学的调试，从而使沉降问题被控制到最合理的范围之内［2］。

（4）控制盾构机姿态与轴线。盾构下穿大石～汉溪长隆区间是整段电力隧道最低点位置，在合理选用掘进参数、出渣速度和出渣量，能够协调好隧道与上方建筑物的距离，保证各自的安全性。严格管控盾构掘进施工的姿态和线形，姿态调整尽量做到恰到好处，防止出现跑偏的问题。在开展较大纠偏工作时，姿态调整必须要保持5mm以内，防止土体出现扰动和超挖的问题。上部土体的自稳能力不强，给刀盘扭矩和盾构机推力带来了一定程度的影响。盾构竖向纠偏、平面纠偏时，会给土体造成不同程度的影响，穿越时，在保证盾构正面沉降情况不受影响的前提下，保持盾构机均匀、平稳、快速通过，严格控制盾构机推进油缸的伸长量及纠偏频率，严格按照盾构管片布环图安装管片，防止管片安装出现较大偏差，影响后续盾构掘进姿态和管片拼装质量。推进施工尽量做到平稳、安全、可靠，对盾壳与管片的间隙进行密切的观察，使盾构施工不会给地面和地铁隧道带来严重的负面影响［3］。

（5）控制同步注浆质量和数量。盾构推进时，注浆要同步完成，将围岩与管片间的空隙填好，确保不会给地层带来巨大的影响，做好结构受力的改善工作，使地表沉降得以精准的控制。在施工以前，明确具体的注浆压力值和注浆剂量，及时填好围岩与管片间的缝隙，保护好3号线和地面，将较大的沉降问题高效的避免掉。增加注浆孔的数量，注浆初凝以后，及时开展二次补浆施工，采取措施科学管控沉降值。与盾尾注浆施工同步完成地表沉降问题的控制工作，经过试验以后，注浆压力值和填充率得以明确。综合分析以往的盾构施工经验和相关的施工规范以后，环形间隙理论体积值的2倍为注浆量，依据检测情况及时做好相关的调节工作。在计算注浆量时，使用的公式为：

Q=V×λ

公式中：注浆率设置为λ，砂性地层和下硬上软地段的取值保持在1.3～2.5之间，其他地段依据具体情况来选定注浆率；盾尾建筑空隙设置为V，单位为m3。在确定同步注浆的浆液初定配比值和二次注浆的浆液配比值时，其具体情况详见下表2、表3所示。

3.3传递动态信息

将每次测量获得的数据信息通过搭建的信息沟通平台及时上报给相关部门，通过数据的变化及时对施工过程进行调整和对后续施工进行预判。盾构推进面在获得动态信息以后，及时调整相关的工作内容，使整个工程项目的施工质量满足相关的标准。

3.4盾构穿越后阶段

盾尾从穿越区穿过以后，随即进入到穿越后阶段中。盾构机从穿越区通过以后，推进速度会发生明显的改变，以2cm/min的速度前进。盾构施工人员推进施工严格按照相关的指令执行，对出土量等参数信息进行严格的管控。值班人员要与盾构施工人员、轨道交通监测人员密切的配合，做好监测数据信息的分析工作，及时下达推进施工指令，确保盾构施工能够保质保量的完成。盾构穿越以后，地面上会有后期沉降存在，给轨道交通带来了严重的负面影响。

参考文献：

［1］张成平，张顶立，吴介普，等.暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制［J］.中国铁道科学，（1）：69-73.

［2］张晨明，董秀竹.新线施工对既有线车站影响分析［J］.铁道工程学报，2006（9）：85-88，100.

［3］杜庆丽，焦苍.矩形浅埋软岩隧道开挖非线性过程数值模拟［J］.施工技术，2005（6）：4-6.