大小盾構(gòu)與頂管工程在同一區(qū)域內(nèi)施工風(fēng)險(xiǎn)控制

林廷松，謝 坤

（杭州市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，浙江 杭州 310005）

0 引言

隨著城市軌道交通的高速發(fā)展，盾構(gòu)隧道在城市中交錯(cuò)從橫，穿越現(xiàn)有盾構(gòu)區(qū)間及兩臺(tái)盾構(gòu)互穿的現(xiàn)象也越來越普遍；既有頂管施工時(shí)已經(jīng)對(duì)周圍土體產(chǎn)生了擾動(dòng)，新建隧道下穿施工將對(duì)土體產(chǎn)生二次擾動(dòng)，加劇土體的變形和沉降。任何一項(xiàng)重要交通基礎(chǔ)設(shè)施工程都是社會(huì)公共安全的基礎(chǔ)領(lǐng)域，為保證每個(gè)工程的安全有質(zhì)量地完成，為此采用合適的防護(hù)措施，保障既有頂管的安全，將風(fēng)險(xiǎn)控制在可控范圍內(nèi)，是新建隧道施工必須解決的問題。

1 工程概況

杭州地鐵 6 號(hào)線江漢路站～江陵路站區(qū)間主要位于江南大道下方，區(qū)間北線隧道在管片 645～659 環(huán)穿越 2-3 頂管位置，707～721 環(huán)穿越江暉路過街通道 4-1 頂管；南線隧道尚未穿越。江南大道改造提升工程盾構(gòu)區(qū)間線路位于江南大道下方，與杭州地鐵 6 號(hào)線平行走向，區(qū)間北線隧道在管片 292～390 環(huán)穿越江暉路過街通道，南線隧道尚未穿越。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，大盾構(gòu)在穿越 2-3 頂管前停機(jī)等待 2-3 頂管完成施工后再進(jìn)行穿越；地鐵小隧道在穿越江南大道人行過街通道工程時(shí)頂管工程均已完成施工，江南大道改造提升工程、地鐵 6 號(hào)線及江暉路過街通道平面位置關(guān)系如圖 1 所示。

圖1 大小盾構(gòu)與過街通道頂管平面位置圖

江暉路段下穿江南大道人行過街通道工程位于杭州市濱江區(qū)江暉路與江南大道交叉口綠化帶內(nèi)，四條過街通道呈“回”型。南北向兩道通道橫穿江南大道，長(zhǎng)約 72.1 m，東西向兩道通道橫穿江暉路，長(zhǎng)約 64.1 m。采用矩形頂管法工藝施工，通道截面內(nèi)徑尺寸為 6 m×3.3 m（外徑 6.9 m×4.2 m），管節(jié)長(zhǎng)度為 1.5 m，管壁厚為 0.4 5m。

江南大道改造提升工程大盾構(gòu)穿越段地層為 ⑥ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑧3粉砂、121中砂土層，上覆 ①2素填土、③3砂質(zhì)粉土加粉砂、③4-1砂質(zhì)粉土、③4-2砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③6粉砂，下伏124卵石；地鐵小盾構(gòu)穿越段地層為 ③6粉砂、⑥ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，上覆 ①2素填土、③3砂質(zhì)粉土加粉砂、③4-1砂質(zhì)粉土、③4-2砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；江暉路過街通道頂管主要在 ③4-1砂質(zhì)粉土、③4-2砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，上覆 ①2素填土、③3砂質(zhì)粉土加粉砂，穿越地質(zhì)圖如圖 2 所示。

圖2 大小盾構(gòu)與過街通道頂管剖面位置圖

2 工程風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)區(qū)間下穿過街通道施工時(shí)會(huì)引發(fā)土體沉降。地層沉降會(huì)對(duì)新建的過街通道頂管工程產(chǎn)生顯著影響。過街通道頂管工程是用管節(jié)形成的，如果盾構(gòu)區(qū)間下穿過街通道施工時(shí)地層沉降會(huì)造成管節(jié)沉降，頂管的軸線就會(huì)發(fā)生變化，致使頂管發(fā)生變形，滲水發(fā)生的可能加大甚至造成碎裂。

大直徑泥水盾構(gòu)長(zhǎng)距離穿越砂性土層及圓礫層對(duì)土體擾動(dòng)較大，若施工控制不當(dāng)容易造成已建地鐵隧道沉降、滲漏水、管片碎裂、位移、錯(cuò)臺(tái)等風(fēng)險(xiǎn)。大盾構(gòu)在富水含砂層中施工，將不可避免地造成不同程度的正面泥水后竄現(xiàn)象，且隧道覆土較淺，易造成隧道上浮，若大隧道上浮較大則對(duì)地鐵區(qū)間隧道易造成較大影響。在超深埋段需穿越高承壓水圓礫層、砂層，盾尾易發(fā)生滲漏。

3 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

穿越前仔細(xì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次檢查和保養(yǎng)，特別是盾構(gòu)機(jī)，認(rèn)真檢修存在的問題，保證以良好的運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行穿越施工。同時(shí)，仔細(xì)檢查盾構(gòu)機(jī)的同步注漿設(shè)備和管路，并保證二次注漿設(shè)備的正常。對(duì)行車、電機(jī)車、補(bǔ)壓漿設(shè)備等進(jìn)行徹底檢修清理，排除故障隱患，保證穿越期間設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免由于設(shè)備上的原因?qū)е率┕ねｎD，影響過街通道的變形控制。

穿越前在地面對(duì)隧道軸線進(jìn)行放樣，確認(rèn)隧道與過街通道的相對(duì)位置關(guān)系，對(duì)穿越環(huán)數(shù)進(jìn)行復(fù)核；穿越前對(duì)過街通道及周邊地面及管線進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，并測(cè)得初始值；穿越前再次復(fù)核測(cè)量盾構(gòu)里程，確認(rèn)盾構(gòu)與過街通道的實(shí)際相對(duì)位置，同時(shí)明確盾構(gòu)穿越時(shí)各個(gè)部位的位置，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施。測(cè)量復(fù)核也確保盾構(gòu)在穿越前能及時(shí)調(diào)整，以良好的姿態(tài)穿越過街通道；調(diào)整地表軸線和頂管內(nèi)的監(jiān)測(cè)頻率，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)通過數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整推進(jìn)參數(shù)，及時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，異常時(shí)進(jìn)而采取保護(hù)措施。

3.1 地鐵小盾構(gòu)穿越過街通道頂管風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

3.1.1 停機(jī)等待過街通道頂管完成施工

地鐵小盾構(gòu)推進(jìn)至穿越影響范圍時(shí)，過街通道頂管即將完成所有管節(jié)的推進(jìn)，因此停機(jī)等待過街通道頂管完成后進(jìn)行穿越，避免同時(shí)施工土體擾動(dòng)大而造成頂管管節(jié)沉降、變形、滲水、碎裂等問題的發(fā)生。

3.1.2 調(diào)整推進(jìn)地鐵盾構(gòu)推進(jìn)工藝

在盾構(gòu)機(jī)穿越過街通道前 50 m（42 環(huán)）進(jìn)行試驗(yàn)段推進(jìn)。在試驗(yàn)段內(nèi)主要就土壓力、推進(jìn)速度、出土量、注漿量和注漿壓力設(shè)定與地面沉降關(guān)系進(jìn)行分析，掌握此段區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)土體沉降變化規(guī)律以及摸索土體性質(zhì)，以便正確設(shè)定穿越過街通道時(shí)的施工參數(shù)和采取相應(yīng)措施減少土體沉降，以保證過街通道的安全。

推進(jìn)以快速通過、嚴(yán)控出土量的原則，減少地層擾動(dòng)，避免對(duì)下穿過街通道造成影響。為增加成型隧道穩(wěn)定性，區(qū)間盾構(gòu)隧道在穿越江暉路過街通道前 10 環(huán)至穿越后 10 環(huán)內(nèi)每一環(huán)同步注漿內(nèi)加入水泥 4 包；為避免刀盤前方水土流失，推進(jìn)過程不要加水，必要時(shí)扭矩過高加水不超過 100 L/環(huán)；同步注漿量也調(diào)整為正常推進(jìn)量的 180 % 減小因土體擾動(dòng)造成的沉降。推進(jìn)過程中，嚴(yán)禁超大幅度糾偏，在本工程施工中，擬選用高稠度、大比重配比的單液漿，1 m3漿液配比如表 1 所示，盾構(gòu)推進(jìn)過程中切口土壓按照表 2 控制。

表1 小盾構(gòu)漿液配比表 kg

表2 切口土壓參數(shù)表

3.1.3 對(duì)頂管內(nèi)管節(jié)進(jìn)行保護(hù)

使用槽鋼將穿越影響范圍前后頂管焊接成一個(gè)整體（見圖 3），使得穿越段連接成一個(gè)整體，避免發(fā)生沉降時(shí)單節(jié)頂管發(fā)生沉降，連接成的整體遇到沉降時(shí)，單節(jié)頂管的沉降分布在整體上，減小范圍的大幅沉降。

圖3 頂管內(nèi)管節(jié)槽鋼焊接

3.1.4 二次補(bǔ)壓漿、壓泥

由于盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)同步注漿的漿液在填補(bǔ)建筑空隙時(shí)可能會(huì)存在一定間隙，且漿液的收縮變形也存在地面沉降的隱患，因此為控制土體后期沉降量，決定根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況，采用在脫出盾尾隧道管片補(bǔ)充壓注漿液方法，在隧道內(nèi)對(duì)盾構(gòu)穿越后土體進(jìn)行加固，二次注漿施工流程如圖 4 所示。注漿量根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)調(diào)整，從而使地層變形穩(wěn)定，以達(dá)到控制盾構(gòu)影響區(qū)域內(nèi)土體沉降的目的。

圖4 二次注漿施工流程圖

在頂管工程內(nèi)準(zhǔn)備一臺(tái)壓泥機(jī)，發(fā)生管節(jié)沉降時(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況，采用對(duì)頂管管節(jié)進(jìn)行壓泥方法，注泥量根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)調(diào)整，從而使地層變形穩(wěn)定，以達(dá)到控制盾構(gòu)影響區(qū)域內(nèi)土體沉降的目的。

3.1.5 殼體注漿控制

為了保證盾構(gòu)機(jī)能夠順利、安全地穿越江暉路過街通道頂管，必須有效地控制土體擾動(dòng)及土層損失率，必要時(shí)進(jìn)行殼體注漿，地鐵區(qū)間盾構(gòu)殼體注漿孔分布如圖 5 所示。

圖5 地鐵區(qū)間盾構(gòu)殼體注漿孔分布圖

本臺(tái)盾構(gòu)機(jī)中盾設(shè)有 12 個(gè)注漿孔需要注漿時(shí)，將盾構(gòu)機(jī)殼體的注漿孔處球閥打開，必要時(shí)對(duì)每個(gè)注漿孔進(jìn)行注漿；根據(jù)地面情況及盾構(gòu)軸線情況適當(dāng)調(diào)整注漿的位置及方量，使其增加土體對(duì)盾構(gòu)機(jī)承載的同時(shí)，對(duì)地面也起到有效的保護(hù)作用。

3.2 大盾構(gòu)穿越過街通道頂管風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

3.2.1 對(duì)所穿越工作井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘

去江暉路過街通道工作井實(shí)地查勘，找到會(huì)影響盾構(gòu)正常推進(jìn)的因素，將處于穿越段的降水井進(jìn)行回填，避免盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)造成更大土體擾動(dòng)及泥漿返涌出地面。

3.2.2 對(duì)工作井進(jìn)行保護(hù)

考慮江南大道改造提升工程北線盾構(gòu)將下穿工作井1、2，為防止 1、2 接收井可能出現(xiàn)滲漏水情況，決定于1、2 接收井洞門圈斷面設(shè)置鋼筋混凝土擋墻進(jìn)行封閉。

3.2.3 對(duì)江南大道改造提升工程大盾構(gòu)隧道管片采取保護(hù)措施

使用槽鋼將穿越范圍前后管片焊接成一個(gè)整體，槽鋼焊接如圖 6 所示，使得穿越段連接成一個(gè)整體，避免發(fā)生沉降或者隆起時(shí)對(duì)大盾構(gòu)盾尾造成影響，從而保證大盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)及推進(jìn)質(zhì)量。

3.2.4 調(diào)整推進(jìn)工藝

在盾構(gòu)機(jī)穿越過街通道前 50 m（25 環(huán)）進(jìn)行試驗(yàn)段推進(jìn)。在試驗(yàn)段內(nèi)主要就切口壓力、推進(jìn)速度、出土量、注漿量和注漿壓力設(shè)定與地面沉降關(guān)系進(jìn)行分析，掌握此段區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)土體沉降變化規(guī)律以及摸索土體性質(zhì)，以便正確設(shè)定穿越過街通道時(shí)的施工參數(shù)和采取相應(yīng)措施減少土體沉降，以保證過街通道的安全。

圖6 江南大道改造提升工程隧道內(nèi)管片槽鋼焊接

推進(jìn)以快速通過、嚴(yán)控出土量的原則，減少地層擾動(dòng)，避免對(duì)下穿過街通道造成影響。推進(jìn)速度，泥水壓力、泥水指標(biāo)等適當(dāng)調(diào)整；同步注漿量為建筑空隙的 110 %～130 %。每環(huán)添加水泥 0.5 t。盾尾共 6 處注漿孔，初定為由上至下注漿量比例為 8∶5∶1，同步漿液配比如表 3 所示；必要時(shí)進(jìn)行殼體注漿及二次注漿，盾構(gòu)推進(jìn)過程中切口水壓如表 4 所示。

表3 漿液主要材料配比（1 m3）

3.2.5 殼體注漿控制

為了保證盾構(gòu)機(jī)能夠順利、安全地穿越江暉路過街通道頂管，必須有效地控制土體擾動(dòng)及土層損失率，必要時(shí)進(jìn)行殼體注漿。

本臺(tái)盾構(gòu)機(jī)中盾設(shè)有 7 個(gè)注漿孔，殼體注漿孔分布如圖 7 所示。需要注漿時(shí)，將盾構(gòu)機(jī)殼體的注漿孔處球閥打開，必要時(shí)對(duì)每個(gè)注漿孔進(jìn)行注漿；根據(jù)地面情況及盾構(gòu)軸線情況適當(dāng)調(diào)整注漿的位置及方量，使其增加土體對(duì)盾構(gòu)機(jī)承載的同時(shí)，對(duì)地面也起到有效地保護(hù)作用。

表4 切口水壓參數(shù)表

圖7 大直徑泥水盾構(gòu)殼體注漿孔分布圖

4 穿越監(jiān)測(cè)結(jié)果

杭州地鐵 6 號(hào)線小盾構(gòu)穿越江暉路人行過街通道1-4 頂管工程過程中，在 1-4 頂管 33 號(hào)管節(jié)處最大隆起 1.11 mm；江暉路人行過街通道頂管工程整體最大沉降 3.55 mm，處于頂管 21 號(hào)管節(jié)處；頂管工程的變形量處于合理的變化范圍內(nèi)。地鐵 6 號(hào)線盾構(gòu)穿越過街通道 1-4 頂管累計(jì)沉降如圖 8 所示。

圖8 地鐵 6 號(hào)線小盾構(gòu)穿過街通道 1-4 頂管累計(jì)沉降曲線圖

杭州地鐵 6 號(hào)線小盾構(gòu)穿越江暉路人行過街通道 2-3 頂管工程過程中，在 2-3 頂管 22 號(hào)管節(jié)處最大隆起 1.67 mm；江暉路人行過街通道頂管工程整體最大沉降 2.76 mm，處于頂管 27 號(hào)管節(jié)處；頂管工程的變形量處于合理的變化范圍內(nèi)，地鐵 6 號(hào)線盾構(gòu)穿過街通道 2-3 頂管累計(jì)沉降如圖 9 所示。

江南大道改造提升工程大盾構(gòu)穿越江暉路人行過街通道工程 1# 工作井過程中，穿越段最大隆起 1.23 mm，在 1# 工作井西北角處；江暉路人行過街通道頂管工程 1# 工作井整體最大沉降 2.13 mm，在 1# 工作井西 30 m 位置處；頂管工程的變形量處于合理的變化范圍內(nèi)，江南大道改造提升大直徑泥水盾構(gòu)穿越過街通道 1# 工作井累計(jì)沉降如圖 10 所示。

圖9 地鐵 6 號(hào)線盾構(gòu)穿過街通道 2-3 頂管累計(jì)沉降曲線圖

圖10 江南大道改造提升大直徑泥水盾構(gòu)穿過街通道 1# 工作井累計(jì)沉降曲線圖

江南大道改造提升工程大盾構(gòu)穿越江暉路人行過街通道工程 2# 工作井過程中，穿越段最大隆起 1.87 mm，在 2# 工作井東南角處；江暉路人行過街通道頂管工程 2# 工作井整體最大沉降 2.55 mm，在 2# 工作井東側(cè) 30 m 位置處；頂管工程的變形量處于合理的變化范圍內(nèi)，江南大道改造提升大直徑泥水盾構(gòu)穿過街通道 2# 工作井累計(jì)沉降如圖 11 所示。

圖11 江南大道改造提升大直徑泥水盾構(gòu)穿過街通道 2# 工作井累計(jì)沉降曲線圖

5 結(jié)語

1）整個(gè)施工過程中過街通道頂管工程最大沉降值為 2.76 mm，處于合理沉降范圍內(nèi)。

2）通過采用同步注漿中加入水泥、對(duì)頂管工作井及管節(jié)保護(hù)、對(duì)盾構(gòu)隧道管片保護(hù)、二次壓漿壓泥、調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率一系列的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，本次穿越段順利完成了下穿任務(wù)，最終完成后各項(xiàng)指標(biāo)良好，確保了地鐵隧道施工、大盾構(gòu)隧道施工與頂管的安全。該工程下穿過程中風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制，希望對(duì)以后此類的工程累積經(jīng)驗(yàn)，完善隧道施工技術(shù)。

3）大量的實(shí)例和成功的例子證明盾構(gòu)機(jī)良好的掘進(jìn)姿態(tài)和盾構(gòu)的掘進(jìn)控制參數(shù)的適時(shí)調(diào)整是保護(hù)建筑物安全的技術(shù)保障。因此在穿越既有建筑物前，也應(yīng)該檢查設(shè)備，確保盾構(gòu)機(jī)在穿越中的可靠性，避免在穿越過程中停機(jī)，確保盾構(gòu)機(jī)在穿越是勻速連續(xù)掘進(jìn)。Q