盾構(gòu)區(qū)間側(cè)穿既有線施工風(fēng)險控制措施研究

1 引 言

鄭州市地鐵2008年開建以來，目前運營已有兩條線路，在建線路6條，到2050年，鄭州市將有軌道交通線路21條，總里程達945.2km，車站503座。

隨著建設(shè)強度的不斷增強，現(xiàn)階段的地鐵施工就會出現(xiàn)側(cè)穿或下穿既有線路，怎樣合理制定相關(guān)措施，有效控制盾構(gòu)施工時對既有線路的影響，是一個不容忽視的課題。本文以鄭州地鐵14號線為工程實例，展開盾構(gòu)側(cè)穿既有線的施工措施研究。并提出相應(yīng)的預(yù)控措施和應(yīng)急預(yù)案，本文的研究成果可為鄭州地鐵后續(xù)工程和國內(nèi)類似地鐵工程提供參考。

2 工程概況

鄭州地鐵14號線市民大道站～鐵爐站盾構(gòu)區(qū)間單線長度為740.036m，區(qū)間線路縱剖面圖為“V”字坡，線路最大坡度25‰，區(qū)間結(jié)構(gòu)拱頂部覆土厚度約10.2～18.6m。

圖1 14號線區(qū)間與既有1號線區(qū)間位置平面圖

施工期間側(cè)穿既有1號線區(qū)間。1號線鐵爐站～雪松路站區(qū)間與本工程隧道關(guān)系為：市～鐵區(qū)間右線側(cè)穿該建筑物，左線線隧道外輪廓與既有隧道外輪廓水平距離6.04m，既有鄭州地鐵1號線鐵爐站～雪松路站區(qū)間在2017年初開始通車運營，管片外徑6000mm，裝配式平板型鋼筋混凝土管片，厚度30cm。

2.1 地質(zhì)概況

市民大道站～鐵爐站區(qū)間所在埋深范圍內(nèi)，按成因年代可分為以下6層：第四系全新統(tǒng)人工堆積層Q4ml、第四系上更新統(tǒng)上段沖積層Q33al+pl、第四系上更新統(tǒng)中段沖積層Q32al+pl、第四系上更新統(tǒng)下段沖洪積層Q31al+pl、第四系中更新統(tǒng)沖積層Q2al+pl、第四系下更新統(tǒng)沖洪積層Q1al+pl

2.2 水文情況

鄭州多年平均氣溫14.25℃，極端最高氣溫43℃，極端最低氣溫-17.9℃。降水量適中，多年平均降水量629.7mm，最大1041.3mm，最小372.0mm，降水多集中在7-9月份，1、2、12月三個月降水量30mm，不足全年降水的5%。

3 施工風(fēng)險分析

表1 主要施工風(fēng)險分析情況

在臨近地鐵區(qū)間基坑開挖施工過程中，是對地層應(yīng)力狀態(tài)的一種破壞與重新穩(wěn)定的過程，地層應(yīng)力狀態(tài)的改變將影響土體內(nèi)的既有構(gòu)筑物的變位，即導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移和變形，同時也會對地表及周邊環(huán)境造成一定影響。當(dāng)這種變形和影響超出一定范圍，必然對既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，并影響到既有地鐵安全使用。

4 施工措施

針對可能發(fā)生的風(fēng)險，采取措施如下：

1）在到達側(cè)穿既有1號線區(qū)間隧道段前選擇開挖面自穩(wěn)性較好的地段對盾構(gòu)機進行全面檢修和維護；

2）盾構(gòu)通過側(cè)穿既有1號線區(qū)間隧道段前，選取長度100m作為試驗段，以選取合理的盾構(gòu)施工參數(shù)；

3）盾構(gòu)通過前，通過加強監(jiān)控量測，不斷調(diào)整和優(yōu)化施工參數(shù)；

4）嚴(yán)格控制盾構(gòu)機推進壓力和出土量，保持盾構(gòu)土倉內(nèi)外壓力平衡；

5）區(qū)間隧道側(cè)穿既有1號線區(qū)間隧道段時，控制好盾構(gòu)姿態(tài)，避免蛇形及俯仰；

6）嚴(yán)格保證盾構(gòu)勻速、連續(xù)地穿越側(cè)穿既有1號線區(qū)間隧道段，以減小變速推進對前方和周圍土體制造成的擾動；

7）嚴(yán)格控制同步注漿量、注漿壓力和漿液質(zhì)量，側(cè)穿既有1號線區(qū)間隧道段管片采用增設(shè)注漿孔管片，在盾構(gòu)推進過程中及時填充隧道壁后建筑空隙；若監(jiān)測數(shù)據(jù)表明地面沉降仍較大，進行二次注漿，并按“多點、均勻、少量、多次”的原則有序進行；

8）加強監(jiān)控量測，在施工中做到“勤量測、速反饋”，及時掌握既有1號線區(qū)間隧道變形情況，并據(jù)此確定是否需采取其他的保護措施；

9）端頭加固位置局部采用混凝土鉆孔灌注樁進行加固，施工方法與鉆孔灌注樁施工方法相同，樁頂設(shè)置冠梁，冠梁尺寸1000mmx1000mm，配筋同14號線鐵爐站樁頂冠梁配筋，并與14號線冠梁相連。

5 自動化監(jiān)控量測措施

區(qū)間監(jiān)測采用自動化遠程監(jiān)測系統(tǒng)，區(qū)間結(jié)構(gòu)按照5m間距布設(shè)自動化監(jiān)測斷面。

5.1 基準(zhǔn)點布設(shè)

為實現(xiàn)本項目監(jiān)測的自動化，工作基點布設(shè)在遠離變形區(qū)以外的隧道結(jié)構(gòu)側(cè)壁上，同時設(shè)置四個校核點以校核工作基點。為使各點誤差均勻并使全站儀容易自動尋找目標(biāo)，工作基站布設(shè)于監(jiān)測區(qū)中部，先制作全站儀托架，托架安裝在隧道側(cè)壁，離道床高度0.5m左右，以便全站儀容易自動尋找目標(biāo)。工作基點沿監(jiān)測區(qū)域影響范圍外安裝強制對中支架，左、右線各8個工作基點，共計16個工作基點。

5.2 監(jiān)測點布設(shè)

各監(jiān)測點用連接件配小規(guī)格反射棱鏡，用膨脹螺栓錨固于監(jiān)測位置的側(cè)壁及道床的混凝土中，棱鏡反射面指向工作基點。監(jiān)測及測點埋設(shè)實景圖見圖2。

5.3 監(jiān)測方法及數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場將TM50自動化全站儀安置在隧道側(cè)壁的強制對中托盤架上，現(xiàn)場通過變壓穩(wěn)壓設(shè)備對其進行不間斷供電，保證對其本身的長效供電電池充電，由布設(shè)在隧道內(nèi)的測量控制單元（DAU）對所轄的全站儀按照監(jiān)控主機的命令或設(shè)定的時間對所有監(jiān)測點自動測量，并將測量成果轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，暫存于數(shù)據(jù)采集箱DAU中，并根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控主機的命令向主機傳送所測數(shù)據(jù)，監(jiān)控主機根據(jù)采集軟件遠程在線將測量數(shù)據(jù)與標(biāo)定數(shù)據(jù)比較計算，解算出位移量，并自動存儲入庫、實時顯示、生成數(shù)據(jù)報表。為了加強對自動化監(jiān)測系統(tǒng)的管理和維護，本系統(tǒng)提供遠程監(jiān)控功能?？衫眠h程監(jiān)控功能在任何時候、任何地方對自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行遠距離采集操作，以了解結(jié)構(gòu)的安全狀況。

該種方法可以同時測量水平及高程變化，即進行隧道結(jié)構(gòu)水平位移、隧道結(jié)構(gòu)豎向變形、道床結(jié)構(gòu)豎向變形的監(jiān)測工作。

圖2 監(jiān)測及測點埋設(shè)實景圖

5.4 變形數(shù)據(jù)分析

觀測點穩(wěn)定性分析原則如下：①觀測點的穩(wěn)定性分析基于穩(wěn)定的基準(zhǔn)點作為基準(zhǔn)點而進行的平差計算成果；②相鄰兩期觀測點的變動分析通過比較相鄰兩期的最大變形量與最大測量誤差（取兩倍中誤差）來進行，當(dāng)變形量小于最大誤差時，可認為該觀測點在這兩個周期內(nèi)沒有變動或變動不顯著；③對多期變形觀測成果，當(dāng)相鄰周期變形量小，但多期呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢時，應(yīng)視為有變動。

在采集軟件中設(shè)定警戒指標(biāo)，監(jiān)測點預(yù)警由軟件自動判斷分析，當(dāng)變形速率或變形量達到相關(guān)指標(biāo)時，監(jiān)控軟件自動給出警戒信息，此時監(jiān)控人員應(yīng)及時向有關(guān)各方匯報，并密切注意數(shù)據(jù)變化，加強地鐵結(jié)構(gòu)、軌道巡查。

6 結(jié) 語

在城市地下交通快速發(fā)展過程中，研究鄭州地鐵14號線市民大道站～鐵爐站盾構(gòu)區(qū)間施工風(fēng)險應(yīng)對措施，可以為今后類似的工程提供一些借鑒與參考。在預(yù)控措施和應(yīng)急預(yù)案的指導(dǎo)下，未出現(xiàn)任何施工和質(zhì)量事故。

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