電力隧道下穿地鐵區(qū)間技術(shù)研究

摘要：如今城市地鐵線網(wǎng)的密集度越來越高，在電力隧道項(xiàng)目施工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下穿或者是上跨地鐵區(qū)間的情況。本文以東新高速至番禺大道電力隧道盾構(gòu)下穿地鐵3號(hào)線運(yùn)營區(qū)間的施工項(xiàng)目為例進(jìn)行分析，從整個(gè)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況出發(fā)，綜合分析各項(xiàng)數(shù)值信息得到了可靠的結(jié)論，為今后的電力隧道項(xiàng)目施工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電力隧道；下穿地鐵區(qū)間；施工技術(shù)

文章編號(hào)：2095-4085（2024）01-0040-03

1工程簡(jiǎn)介

電力隧道自5#工作井（CK1+877.400）往東敷設(shè)，從規(guī)劃跨線橋下方穿越并繼續(xù)沿路中行走，在大石中心小學(xué)門前設(shè)置6#工作井（CK2+780.000），之后電力隧道從規(guī)劃G105下穿隧道北側(cè)穿越，至G105交叉口綠化帶設(shè)7#工作井（CK3+207.100），穿越地鐵三號(hào)線大石～漢溪長(zhǎng)隆區(qū)間、新光快速高架后最終隧道止于8#工作井（CK4+230.000）。本段電力隧道全長(zhǎng)2352.6m，共設(shè)置2個(gè)工作井，電力隧道采用盾構(gòu)法施工，6#工作井為盾構(gòu)雙向始發(fā)井（24m），盾構(gòu)管片采用內(nèi)徑3500mm，管片厚度300mm，管片寬度1000mm，雙面楔形量41mm的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，其中電力隧道管片最外緣頂部與地鐵三號(hào)線隧道區(qū)間（雙洞）平均距離為6138.5mm，對(duì)應(yīng)里程為：CK4+096-CK4+116。

2本工程盾構(gòu)機(jī)選用分析

該工程在掘進(jìn)施工時(shí)，使用的主要機(jī)械設(shè)備為土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，掘進(jìn)施工的過程中，渣土進(jìn)入土倉主要是借助刀盤開口得以實(shí)現(xiàn)的，螺旋機(jī)將渣土從土倉底部全部排除干凈，使用皮帶機(jī)將渣土運(yùn)送到渣土車中，并從施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)送到始發(fā)井位置處，龍門吊最后將渣土吊運(yùn)到渣土存放區(qū)。土倉內(nèi)充滿了渣土和高濃度漿或泡沫等添加劑的混合物，該混合物具有良好的塑性。在掘進(jìn)過程中，通過調(diào)節(jié)螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速以平衡進(jìn)土量與排土量（渣土+水+高濃度泥漿+泡沫），使土倉內(nèi)的土體（混合物）保持在設(shè)定的土壓力值上。土艙里的土壓值在開挖過程中始終受到控制并保持。在開挖過程中，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著土壓力傳感器的指示會(huì)作相應(yīng)的調(diào)整，確保土倉中混合物的土壓力值始終保持在設(shè)計(jì)的規(guī)范之內(nèi)。由于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)對(duì)掘進(jìn)時(shí)的土壓力控制比較精準(zhǔn)，所以掘進(jìn)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響也較小，完全適用于穿越地鐵隧道的施工［1］。

3施工技術(shù)措施

3.1搭建信息溝通平臺(tái)

在施工項(xiàng)目中，許多部門由于工作時(shí)間不能及時(shí)溝通，工作效率和質(zhì)量會(huì)受到很大的影響，利用BIM技術(shù)，將相關(guān)的信息進(jìn)行整合，在BIM技術(shù)搭建的平臺(tái)上，為各個(gè)部門之間的溝通搭建了一個(gè)平臺(tái)，可以讓各個(gè)部門在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的溝通，可以迅速的解決項(xiàng)目建設(shè)中存在的問題，并在一起協(xié)商，快速給出解決問題的方案。通過建立起盾構(gòu)周圍的地質(zhì)模型，使周圍的土壤狀況和特征更加清楚，并與盾構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，動(dòng)態(tài)地管理隧道的參數(shù)，從而更好的預(yù)測(cè)和控制盾構(gòu)施工的安全。同時(shí)，可以充分發(fā)揮企業(yè)所具有的協(xié)調(diào)特征，從而為其迅速開展工作提供了方便。

3.2控制掘進(jìn)參數(shù)

盾構(gòu)施工會(huì)給四周土層帶來不同程度的影響，隨著施工參數(shù)的改變，其影響范圍也會(huì)隨之發(fā)生變化，在盾構(gòu)穿越前設(shè)置試推進(jìn)階段，設(shè)定一段40環(huán)為推進(jìn)試驗(yàn)段（CK4+051-CK4+091），設(shè)置推進(jìn)實(shí)驗(yàn)段主要是根據(jù)試驗(yàn)段地質(zhì)調(diào)整最佳的掘進(jìn)的參數(shù)，控制盾構(gòu)機(jī)在穿越既有線路時(shí)對(duì)地層影響降到最低，二次注漿時(shí)，注漿壓力不宜過大，避免造成地層隆起。同時(shí)，在穿越地鐵前后15環(huán)范圍內(nèi)采用型鋼將所有管片固定在一起，并復(fù)緊管片間螺栓，達(dá)到每環(huán)管片間形成整體，在既有地鐵線路下方隧道內(nèi)提前準(zhǔn)備注漿機(jī)及注漿材料，若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)沉降趨勢(shì)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)組織注漿人員及時(shí)補(bǔ)注漿作業(yè)，當(dāng)盾體推出既有地鐵線15環(huán)以外，當(dāng)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)一周趨于穩(wěn)定時(shí)，方可撤掉注漿設(shè)備及注漿材料。在穿越段前進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，確定穿越區(qū)的實(shí)際環(huán)號(hào)并進(jìn)行相關(guān)控制。在盾構(gòu)穿越施工中，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)穿越前試推進(jìn)階段，確定更加合理的施工參數(shù)和施工方法，以便在穿越過程得到進(jìn)一步改進(jìn)。當(dāng)盾構(gòu)穿越地鐵線后應(yīng)及時(shí)在施工隧道內(nèi)進(jìn)行二次注漿，從而更好的控制地鐵線路的變形。在選擇施工措施時(shí)，要以施工參數(shù)信息為依據(jù)，遵循的主要原則為連續(xù)施工、順利通過，所有參與施工的人員都要是成手的技術(shù)人員，對(duì)掘進(jìn)施工參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的管理，做好添加劑配合比的優(yōu)化升級(jí)工作，為整個(gè)工程項(xiàng)目的順利施工做好充分的準(zhǔn)備工作。

（1）分析總結(jié)前期掘進(jìn)情況。對(duì)該施工地段的地層特征進(jìn)行全面的了解，科學(xué)評(píng)判盾構(gòu)施工的各項(xiàng)性能，為穿越施工做好準(zhǔn)備，建立實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)推力、扭矩、速度等盾構(gòu)參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行信息反饋不斷修正注漿參數(shù)和施工工藝，嚴(yán)格控制土體的分層沉降和水平位移，以便正確設(shè)定穿越軌道交通地鐵線的施工參數(shù)并采取相應(yīng)措施減少土體沉降，以保證軌道交通地鐵線的安全。從工程項(xiàng)目的施工情況出發(fā)，科學(xué)選擇掘進(jìn)施工方式。由于受到各種因素的影響，刀盤前面的土壓力會(huì)存在著很大的不同，因此要做好土壓力值的調(diào)整工作。綜合分析沉降報(bào)表中各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，將了解到的情況及時(shí)的上報(bào)給相關(guān)管理部門。如果盾構(gòu)切口位置的前方有地面沉降的情況存在，就要對(duì)平衡壓力設(shè)定值進(jìn)行及時(shí)的調(diào)高；如果盾尾有地面沉降的情況存在，要對(duì)同步注漿量進(jìn)行及時(shí)的增加。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，具體情況為：

計(jì)算正面平衡壓力時(shí)，使用的公式為：

P=k0γh

其中，平衡壓力使用P表示，地下水包含在其中；土體平均重量設(shè)置為γ，具體的取值為18kN/m3；隧道埋深使用h表示，單位為m；側(cè)向靜止平衡壓力系數(shù)使用k0表示，結(jié)合試推進(jìn)段的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，暫時(shí)定為0.7。

盾構(gòu)掘進(jìn)施工的過程中，在設(shè)置平衡壓力設(shè)定值時(shí)，要參考以上方法來完成相關(guān)的設(shè)置工作。對(duì)于實(shí)際的施工設(shè)定值而言，在開展優(yōu)化調(diào)整工作時(shí)，要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息、所處位置和盾構(gòu)埋深等信息進(jìn)行綜合的考慮。在開展調(diào)整工作時(shí)，每次不能超過0.005MPa。

（2）科學(xué)管控出土量。在對(duì)出土量進(jìn)行控制時(shí)，要以土層特性、管片與盾構(gòu)間的建筑間隙等信息為依據(jù)，大致為斷面的99%左右。經(jīng)過開展綜合的分析和調(diào)整以后，使其數(shù)值變得更加科學(xué)、合理。表1為盾構(gòu)推進(jìn)試驗(yàn)段需穿越的土層信息。

盾構(gòu)推進(jìn)施工要從比較復(fù)雜的土質(zhì)中穿過，做好盾構(gòu)姿態(tài)控制工作。同時(shí)，保證土倉內(nèi)渣土改良成流塑狀態(tài)，順螺旋機(jī)順暢排出。嚴(yán)格管控堿水和膨潤(rùn)土的添加劑量，防止添加劑量過大，出現(xiàn)定向貫通的介質(zhì)裂紋，給隧道的安全性和穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。詳細(xì)了解堿水與膨潤(rùn)土劑的具體原理，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，確保盾構(gòu)機(jī)出土量與其各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息保持高度的統(tǒng)一。經(jīng)過對(duì)堿水和膨潤(rùn)土的科學(xué)管控，總結(jié)出了最佳的注入壓力值和注入量，為后續(xù)的施工任務(wù)開展做好了充分的準(zhǔn)備工作。

（3）嚴(yán)格管理掘進(jìn)速度。對(duì)推進(jìn)速度進(jìn)行嚴(yán)格的管控，保持盾構(gòu)機(jī)均勻、平穩(wěn)、快速通過，將盾構(gòu)施工對(duì)周圍土體或建筑物影響降至最低，避免地面沉降或塌陷，影響地面交通或地鐵運(yùn)行線路安全等。防止出現(xiàn)任何不利于施工的問題。結(jié)合具體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工速度進(jìn)行科學(xué)的管控，如果有必要，在掘進(jìn)施工推進(jìn)50cm以后，停止施工20min，以地鐵隧道監(jiān)測(cè)單位給出的數(shù)據(jù)信息為依據(jù)，對(duì)推進(jìn)速度進(jìn)行科學(xué)的調(diào)試，從而使沉降問題被控制到最合理的范圍之內(nèi)［2］。

（4）控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與軸線。盾構(gòu)下穿大石～漢溪長(zhǎng)隆區(qū)間是整段電力隧道最低點(diǎn)位置，在合理選用掘進(jìn)參數(shù)、出渣速度和出渣量，能夠協(xié)調(diào)好隧道與上方建筑物的距離，保證各自的安全性。嚴(yán)格管控盾構(gòu)掘進(jìn)施工的姿態(tài)和線形，姿態(tài)調(diào)整盡量做到恰到好處，防止出現(xiàn)跑偏的問題。在開展較大糾偏工作時(shí)，姿態(tài)調(diào)整必須要保持5mm以內(nèi)，防止土體出現(xiàn)擾動(dòng)和超挖的問題。上部土體的自穩(wěn)能力不強(qiáng)，給刀盤扭矩和盾構(gòu)機(jī)推力帶來了一定程度的影響。盾構(gòu)豎向糾偏、平面糾偏時(shí)，會(huì)給土體造成不同程度的影響，穿越時(shí)，在保證盾構(gòu)正面沉降情況不受影響的前提下，保持盾構(gòu)機(jī)均勻、平穩(wěn)、快速通過，嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸的伸長(zhǎng)量及糾偏頻率，嚴(yán)格按照盾構(gòu)管片布環(huán)圖安裝管片，防止管片安裝出現(xiàn)較大偏差，影響后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)和管片拼裝質(zhì)量。推進(jìn)施工盡量做到平穩(wěn)、安全、可靠，對(duì)盾殼與管片的間隙進(jìn)行密切的觀察，使盾構(gòu)施工不會(huì)給地面和地鐵隧道帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響［3］。

（5）控制同步注漿質(zhì)量和數(shù)量。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，注漿要同步完成，將圍巖與管片間的空隙填好，確保不會(huì)給地層帶來巨大的影響，做好結(jié)構(gòu)受力的改善工作，使地表沉降得以精準(zhǔn)的控制。在施工以前，明確具體的注漿壓力值和注漿劑量，及時(shí)填好圍巖與管片間的縫隙，保護(hù)好3號(hào)線和地面，將較大的沉降問題高效的避免掉。增加注漿孔的數(shù)量，注漿初凝以后，及時(shí)開展二次補(bǔ)漿施工，采取措施科學(xué)管控沉降值。與盾尾注漿施工同步完成地表沉降問題的控制工作，經(jīng)過試驗(yàn)以后，注漿壓力值和填充率得以明確。綜合分析以往的盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的施工規(guī)范以后，環(huán)形間隙理論體積值的2倍為注漿量，依據(jù)檢測(cè)情況及時(shí)做好相關(guān)的調(diào)節(jié)工作。在計(jì)算注漿量時(shí)，使用的公式為：

Q=V×λ

公式中：注漿率設(shè)置為λ，砂性地層和下硬上軟地段的取值保持在1.3～2.5之間，其他地段依據(jù)具體情況來選定注漿率；盾尾建筑空隙設(shè)置為V，單位為m3。在確定同步注漿的漿液初定配比值和二次注漿的漿液配比值時(shí)，其具體情況詳見下表2、表3所示。

3.3傳遞動(dòng)態(tài)信息

將每次測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)信息通過搭建的信息溝通平臺(tái)及時(shí)上報(bào)給相關(guān)部門，通過數(shù)據(jù)的變化及時(shí)對(duì)施工過程進(jìn)行調(diào)整和對(duì)后續(xù)施工進(jìn)行預(yù)判。盾構(gòu)推進(jìn)面在獲得動(dòng)態(tài)信息以后，及時(shí)調(diào)整相關(guān)的工作內(nèi)容，使整個(gè)工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4盾構(gòu)穿越后階段

盾尾從穿越區(qū)穿過以后，隨即進(jìn)入到穿越后階段中。盾構(gòu)機(jī)從穿越區(qū)通過以后，推進(jìn)速度會(huì)發(fā)生明顯的改變，以2cm/min的速度前進(jìn)。盾構(gòu)施工人員推進(jìn)施工嚴(yán)格按照相關(guān)的指令執(zhí)行，對(duì)出土量等參數(shù)信息進(jìn)行嚴(yán)格的管控。值班人員要與盾構(gòu)施工人員、軌道交通監(jiān)測(cè)人員密切的配合，做好監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的分析工作，及時(shí)下達(dá)推進(jìn)施工指令，確保盾構(gòu)施工能夠保質(zhì)保量的完成。盾構(gòu)穿越以后，地面上會(huì)有后期沉降存在，給軌道交通帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］張成平，張頂立，吳介普，等.暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制［J］.中國鐵道科學(xué)，（1）：69-73.

［2］張晨明，董秀竹.新線施工對(duì)既有線車站影響分析［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006（9）：85-88，100.

［3］杜慶麗，焦蒼.矩形淺埋軟巖隧道開挖非線性過程數(shù)值模擬［J］.施工技術(shù)，2005（6）：4-6.