盾構(gòu)隧道下穿地鐵既有線路施工技術(shù)

江嘯

摘 要：在城市地鐵修建規(guī)模的逐漸擴(kuò)大之下，在建地鐵線路依然面臨下穿既有線路的情況。為保證在既有運(yùn)營(yíng)線路安全的基礎(chǔ)上促進(jìn)在建工程順利施工，則應(yīng)對(duì)其中的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探究，特別是針對(duì)當(dāng)下常用的盾構(gòu)施工法，極有必要對(duì)其技術(shù)開(kāi)展實(shí)施詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道;地鐵;既有線路;下穿;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U231.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

現(xiàn)階段，地鐵已經(jīng)成為城市居民出行的一種主要交通方式，其修建工作也同時(shí)也成為了緩解交通壓力，保證出行質(zhì)量和安全的主要措施。在當(dāng)前地鐵隧道施工中最常見(jiàn)的就是盾構(gòu)施工法，它不僅安全便捷，還能減少勞動(dòng)強(qiáng)度投入。然而由于該方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)返工，所以為保證作業(yè)質(zhì)量，尤其是針對(duì)要穿過(guò)既有線路的情況，必須結(jié)合具體工程狀況，找到影響施工質(zhì)量的因素，采取有效的施工技術(shù)。

1 地鐵盾構(gòu)施工概述

該施工方法是當(dāng)前這類工程作業(yè)當(dāng)中比較常見(jiàn)的一種全機(jī)械性的手法。在其實(shí)際應(yīng)用時(shí)，就是把相關(guān)設(shè)備從豎井或者基坑壁開(kāi)孔位置設(shè)定妥當(dāng)，然后出發(fā)，并一直根據(jù)設(shè)定的軸線向另一個(gè)孔洞行進(jìn)（圖1）。其中主要是通過(guò)盾片及外殼支撐圍巖給隧道和地面帶來(lái)的壓力。一般在開(kāi)挖時(shí)需要通過(guò)專門的切削設(shè)備先開(kāi)挖土體，然后輸送出去，并借助千斤頂?shù)牧α吭诤箝_(kāi)展加壓行進(jìn)[1]。一般每推進(jìn)一環(huán)的距離，就會(huì)在尾部支護(hù)的影響之下拼裝一環(huán)的襯砌。目前使用該方式下穿地鐵機(jī)油線路已經(jīng)成為整個(gè)地鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)發(fā)展當(dāng)中無(wú)法避免和最常見(jiàn)的情況。

2 施工技術(shù)分析

2.1 施工前保護(hù)

作業(yè)之前應(yīng)該先對(duì)整個(gè)施工過(guò)程加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，列出具體的評(píng)估方案，尤其對(duì)出入段線必須列出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)源清單，同時(shí)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求采取相應(yīng)的措施加以保護(hù)。比如對(duì)既有線路隧道的運(yùn)營(yíng)安全加強(qiáng)保護(hù);對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面保養(yǎng)和維護(hù)等。另外在實(shí)際下穿作業(yè)之前應(yīng)該先和相關(guān)的運(yùn)營(yíng)公司加強(qiáng)聯(lián)系，確保能夠?qū)ζ浼扔芯€路軌道等實(shí)施加固和檢查。一是可以針對(duì)鋼軌、扣件和道床等開(kāi)展全面檢測(cè)和排查，確保整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)能始終保持穩(wěn)定。二是要給下穿出入段線和兩側(cè)設(shè)立軌距拉桿防護(hù)舉措，并在下穿后立即實(shí)施限速操作。

2.2 保持開(kāi)挖面穩(wěn)定和螺旋機(jī)噴涌預(yù)防

在地層處理方面，土壓管理極為關(guān)鍵，而其中螺旋輸送機(jī)排土的順暢程度則是重中之重，實(shí)際開(kāi)展過(guò)程中對(duì)于切削土體應(yīng)該給其使用高性能的分散劑或者膨潤(rùn)土，以減少其刀盤中央位置出現(xiàn)泥餅聚集等現(xiàn)象，保證輸送機(jī)能的順暢性，避免噴涌現(xiàn)象，盡可能規(guī)避土壓力值的大幅度波動(dòng)[2]。要保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，首先則應(yīng)該給刀盤前方土體使用潤(rùn)膨潤(rùn)土，從而在加大土地流動(dòng)性的同時(shí)減少附著力，但不應(yīng)該將附著在土倉(cāng)內(nèi)以及經(jīng)刀頭上的土挖出;其次應(yīng)用刀盤輻條上的攪拌翼將切掉的膨潤(rùn)土和土體進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑥亩鴱?qiáng)化蓬松度，提升可排性;最后通過(guò)螺旋輸送機(jī)的注漿孔把相關(guān)膨松劑輸送到內(nèi)部，以提升土體自身的流動(dòng)程度，降低摩擦，使其能被完全排出。

2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)

由于其設(shè)備的排土量會(huì)給開(kāi)挖層的穩(wěn)定程度和其正面土壓力帶來(lái)一定影響，所以在把控地表變形時(shí)，最關(guān)鍵的就是控制好排土量。通常在正面土壓力基本確定的條件之下，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可能會(huì)使設(shè)備的排土量受到影響，同時(shí)輸送機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和千斤頂?shù)男羞M(jìn)速度之間也會(huì)彼此影響。從有關(guān)分析研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是何種破壞操作，其界限間開(kāi)挖層面穩(wěn)定區(qū)間當(dāng)中的排土量與壓力差之間是存有一定關(guān)系的[3]。在明確設(shè)備實(shí)際的推進(jìn)速度和工程的地質(zhì)狀況之后，根據(jù)相關(guān)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，可以把盾構(gòu)穿過(guò)既定地鐵段的掘進(jìn)速度控制在每分鐘35毫米，防止開(kāi)挖作業(yè)給底層帶來(lái)一定影響。

2.4 壁后注漿

對(duì)于地層沉降控制工作來(lái)說(shuō)，需要特別關(guān)注注漿方式和相關(guān)參數(shù)，一般情況下都采取壁后同步注漿。即在同步注漿系統(tǒng)的作用下，跟隨盾構(gòu)機(jī)的前推趨勢(shì)，把管片襯托脫出噸位所產(chǎn)生的間隙及時(shí)進(jìn)行填充。該技術(shù)不但可以有效減少圍巖松弛的現(xiàn)象，還能使千斤頂推力漸漸被傳輸?shù)絿鷰r上，因此還能實(shí)現(xiàn)良好的填充效果。由于注漿是整個(gè)作業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以還必須將該環(huán)節(jié)和其他施工環(huán)境之間的配合與協(xié)調(diào)程度落實(shí)好，確保在過(guò)軌作業(yè)過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)對(duì)地表沉降的有效控制。在再次補(bǔ)注漿當(dāng)中，應(yīng)該選擇初次注漿的30%，并對(duì)脫出盾尾四到六環(huán)之后的管片實(shí)施二次注漿，同時(shí)把注漿壓力設(shè)置在大約0.5兆帕[4]。第三次補(bǔ)注漿則需要在管片脫出盾尾八到十環(huán)之后，應(yīng)用雙漿液，即同時(shí)使用水泥漿和水玻璃。整個(gè)操作過(guò)程中必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步分析各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，依照實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)整;另外還應(yīng)該依照工程建設(shè)實(shí)際，確定出實(shí)際的補(bǔ)注漿頻次。

2.5 管片拼裝

首先，管片的拼裝工作應(yīng)該與盾構(gòu)的掘進(jìn)作業(yè)同步開(kāi)展，并在整個(gè)過(guò)程中將管片和盾尾之間的位置關(guān)系確定清楚，實(shí)際操作時(shí)及時(shí)進(jìn)行糾偏。其次，在拼裝之前，還應(yīng)該先完成設(shè)備的推進(jìn)，這是因?yàn)榫唧w的推進(jìn)方向和管片端頭的姿態(tài)會(huì)影響設(shè)備軸線和管片拼裝的基本形式。設(shè)備作業(yè)時(shí)需要依照小糾偏的原則開(kāi)展，并在其操作當(dāng)中嚴(yán)格依照計(jì)算數(shù)值對(duì)千斤頂?shù)男谐滩顚?shí)施管理與控制，以保證設(shè)備的實(shí)際進(jìn)展方向與隧道設(shè)計(jì)軸線處在預(yù)計(jì)的偏差范圍當(dāng)中，并使其位置始終被設(shè)定在軸線的內(nèi)部，使整體糾偏幅度處在合理范圍中，確保高程偏差和隧道軸線兩者的折角也依然被控制在設(shè)定數(shù)值當(dāng)中。最終，始終以封頂塊位置為中心，在先上后下的原則中對(duì)管片實(shí)施拼裝。整個(gè)過(guò)程中還應(yīng)該要保證掘進(jìn)作業(yè)完成前10分鐘時(shí)讓管片進(jìn)入拼裝區(qū)域內(nèi)，并且需要將環(huán)面平整性與橢圓程度控制妥當(dāng)。該環(huán)節(jié)一旦結(jié)束之后，必須立即和千斤頂結(jié)合起來(lái)，防止盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)后退或者管片位移等情況，同時(shí)馬上將橫縱螺栓擰緊。

2.6 控制地面沉降

受盾構(gòu)機(jī)作業(yè)特點(diǎn)的影響，整個(gè)作業(yè)過(guò)程中地表變化的發(fā)展情況主要會(huì)分為五項(xiàng)緩解：即當(dāng)盾構(gòu)還未進(jìn)行之前，變形狀況與掘進(jìn)中土壓力以及出渣量的控制有一定關(guān)系。當(dāng)盾構(gòu)到達(dá)之后，這時(shí)整體變化速率會(huì)漸漸變大，使地表的隆起和沉降將達(dá)到峰值。在盾構(gòu)通過(guò)過(guò)程中，其地標(biāo)都會(huì)出現(xiàn)明顯的沉降變化，尤其是當(dāng)噸位通過(guò)的時(shí)候，最容易發(fā)生突然性沉降，所以必須及時(shí)進(jìn)行注漿，實(shí)現(xiàn)對(duì)突然沉降的有效控制。盾尾全部通過(guò)后，地表沉降會(huì)得到一定緩解，沉降曲線也會(huì)漸漸穩(wěn)定。如此一來(lái)，后續(xù)出現(xiàn)的沉降大多數(shù)都是受到土體固結(jié)等問(wèn)題引起的，雖然時(shí)間比較長(zhǎng)，但是沉降量小。在盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)中，通過(guò)有效控制施工參數(shù)，同時(shí)采取針對(duì)性地管理措施，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地表沉降的全面控制。一般控制措施最有效的階段就在于推進(jìn)過(guò)程中的土壓控制與后續(xù)注漿控制。

一是落實(shí)土壓控制。實(shí)際施工過(guò)程中，盾構(gòu)通過(guò)所引起的沉降問(wèn)題是無(wú)法規(guī)避的，但一旦其值超過(guò)了預(yù)警值，就必須對(duì)推進(jìn)速度、出土狀況等進(jìn)行控制，盡可能實(shí)現(xiàn)對(duì)土倉(cāng)壓力的全方位調(diào)整。實(shí)際落實(shí)過(guò)程中，必須進(jìn)行全面持續(xù)性監(jiān)控，以地表隆起為準(zhǔn)對(duì)出土量和開(kāi)展進(jìn)度進(jìn)行控制，盡可能減少正面土層的實(shí)際壓力，減少隆起現(xiàn)象，完成這一操作之后，則可以通過(guò)強(qiáng)化正面圖像壓力的形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)前方地表沉降的進(jìn)一步控制。

二是落實(shí)注漿量控制。在盾構(gòu)作業(yè)當(dāng)中注漿作業(yè)是一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須依照壓力和量相互同步控制的原則開(kāi)展，并依照作業(yè)控制量測(cè)的實(shí)際反映情況對(duì)注漿壓力進(jìn)行調(diào)整，使整體落實(shí)量可以直接超過(guò)理論計(jì)算結(jié)果，并在整個(gè)活動(dòng)當(dāng)中將平均值控制在最佳范圍中。

三是將推進(jìn)方向變化的情況縮減到最小。即在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，始終遵循小糾偏的基本原則，防止出現(xiàn)大范圍的糾偏現(xiàn)象，減少因?yàn)樽鳂I(yè)原因而引起的推進(jìn)方向改變。倘若盾構(gòu)機(jī)在過(guò)軌段推進(jìn)或者實(shí)施仰頭推進(jìn)，則需要有效控制超挖方向，以保證出土量的合理值。

四是減少給地層帶來(lái)的巨大擾動(dòng)。該項(xiàng)工程實(shí)際作業(yè)時(shí)會(huì)給地層帶來(lái)巨大擾動(dòng)，這是由于盾構(gòu)機(jī)刀盤旋轉(zhuǎn)以及是千斤頂?shù)耐屏Φ惹闆r引起的。因此必須保證該設(shè)備的機(jī)械性能。因?yàn)樗淼拦芷冃瘟亢推唇淤|(zhì)量有所關(guān)聯(lián)，所以在作業(yè)過(guò)程中必須要加強(qiáng)管理，保證一次緊固。另外在每一個(gè)掘進(jìn)階段還需實(shí)現(xiàn)螺栓再次緊固。

3 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，盾構(gòu)隧道作業(yè)直接穿越既有線路的操作難度較大、風(fēng)險(xiǎn)高。所以在實(shí)際施工時(shí)必須采取有效的針對(duì)措施，應(yīng)用線路加固、注漿加固等方式實(shí)現(xiàn)沉降控制，同時(shí)基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)量對(duì)掘進(jìn)速度和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使施工進(jìn)度、質(zhì)量及安全都能始終保持在既定范圍之中，則能夠達(dá)到良好的作業(yè)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]高超.分析盾構(gòu)隧道下穿既有線施工控制技術(shù)[J].低碳世界，2017（8）：240-241.

[2]熊毅.盾構(gòu)近始發(fā)端頭下穿既有地鐵線路的綜合施工技術(shù)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（14）：914+3194.

[3]程景棟，段軍朝，張能.盾構(gòu)隧道下穿既有地鐵線路自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].建筑機(jī)械，2019（10）：93-96.

[4]董高峰.盾構(gòu)隧道下穿既有線路施工參數(shù)控制及沉降分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（8）：117-121.