王海峻

（無錫市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 無錫 214000）

0 引 言

盾構(gòu)穿越既有建（構(gòu)）筑物是盾構(gòu)施工的重大難題之一［1］。隨著地鐵建設(shè)的推進，越來越多城市的地鐵呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，地鐵施工穿越運營地鐵線路的情況越來越多。下穿運營線路需要將對正在運營的線路影響降到最低，研究和分析這方面的影響具有實際意義。北京地鐵 14 號線下穿鐵路框架橋后左線累計沉降 1.8 mm，右線累計沉降 1.1 mm［2］。北京地鐵昌八聯(lián)絡(luò)線工程盾構(gòu)穿越既有 8 號線出入段線［3］。深圳地鐵 11 號線上穿既有線路以及下穿深圳市政道路［4－5］。王志良等［6－9］對于盾構(gòu)穿越的控制措施及部分技術(shù)進行了研究，目前針對盾構(gòu)穿越的過程中控制監(jiān)測研究較多，對沉降在可控范圍內(nèi)的穿越段土倉壓力、注漿壓力值的取設(shè)研究較少。本文以無錫地鐵 1 號線南延線長廣溪站～雪浪坪站（以下簡稱“長～雪區(qū)間”）下穿 1 號線雪浪停車場出入場線為例，來分析盾構(gòu)下穿地鐵運營線路的影響因素及控制措施，并通過對盾構(gòu)掘進土倉壓力、注漿量等指標(biāo)設(shè)定值與實際值進行了比較分析，該研究對類似工程有一定參考價值。

1 工程概況

1.1 運營線路的工程概況

運營線路為無錫地鐵 1 號線雪浪停車場出入場線，結(jié)構(gòu)為明挖箱涵結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)為 C35P8，與南延線相交段圍護采用 SWM 工法樁，施工完成后型鋼全部拔出。

出入場線里程 SK29+793.681～SK29+866.750 為南延線下穿區(qū)域（下穿區(qū)域長度為 73.069 m），該處地面標(biāo)高為 +4.5 m，涵頂標(biāo)高為-2.030～-0.419 m，結(jié)構(gòu)埋深 6.530～4.919 m，由北向南結(jié)構(gòu)為 9 ‰ 的下坡，該處結(jié)構(gòu)頂板厚 700 mm，結(jié)構(gòu)凈高尺寸 5 m，底板厚 800 mm，下有 20 cm 墊層。

1.2 現(xiàn)有施工盾構(gòu)區(qū)間情況

現(xiàn)有施工盾構(gòu)區(qū)間為長廣溪站到雪浪坪站區(qū)間，為地下盾構(gòu)施工，長廣溪站～雪浪坪站左線長1212.634 m，右線長 1228.955 m，長～雪區(qū)間呈南北走向，區(qū)間右線線路出長廣溪站后沿蠡湖大道東側(cè)前行，在華萊塢西側(cè)下穿無錫地鐵 1 號線雪浪停車場出入場線?？紤]到長廣溪站已經(jīng)運營，盾構(gòu)掘進由雪浪坪站往長廣溪站掘進，如圖1所示。

2 盾構(gòu)施工技術(shù)分析及措施

2.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備分析

盾構(gòu)隧道穿越線路目前處于運營狀態(tài)，對盾構(gòu)穿越施工過程中風(fēng)險控制要求高，在正式施工前需提前做相應(yīng)技術(shù)風(fēng)險分析，主要存在三個方面的技術(shù)風(fēng)險。

2.1.1 與運營隧道垂直距離小

擬建隧道在穿越段標(biāo)高約 -18.7 m，即埋深 20 m 左右，出入段線結(jié)構(gòu)底板與隧道結(jié)構(gòu)最小垂直距離為 5.3 m。

圖1 長～雪區(qū)間下穿地鐵出入段線平面位置圖

2.1.2 沉降控制要求高

正在運營的隧道保護要求非常高，必須確保地鐵列車的運行安全。盾構(gòu)穿越施工時的保護標(biāo)準(zhǔn)要求為：正在運營聯(lián)絡(luò)線保護等級為一級；風(fēng)險等級為Ⅱ級；沉降監(jiān)測控制要求如表1所示。

表1 穿越段監(jiān)測控制值

2.1.3 斜向穿越且穿越距離較長

隧道與運營線路為斜向穿越，穿越疊交投影長度約 73 m，穿越的距離較長，在長距離穿越過程中必須采取有效措施降低風(fēng)險，確保運營線路正常運營。

2.2 施工技術(shù)保障措施

雖然經(jīng)過了上述技術(shù)準(zhǔn)備分析，但為了更好地控制好上述風(fēng)險，需要在實際施工過程中落實好下列保障措施。

2.2.1 成立穿越領(lǐng)導(dǎo)小組

成立穿越領(lǐng)導(dǎo)小組和工作小組，加強對穿越工作的領(lǐng)導(dǎo)；增加富有施工經(jīng)驗的、責(zé)任心強的優(yōu)秀施工人員。在穿越施工前對全體施工人員進行全面詳細(xì)的技術(shù)交底，切實落實各項技術(shù)措施。在穿越施工時，24 h 有人值班，隨時監(jiān)測地鐵運營線路的沉降情況，并將情況及時向領(lǐng)導(dǎo)小組匯報。

2.2.2 實地勘察并提前辦理相關(guān)手續(xù)

按照穿越時間分為兩個階段。第一階段：穿越施工前，到 1 號線運營公司辦理穿越手續(xù)，在獲得穿越的相關(guān)要求后，才能實施推進。第二階段：在到達穿越前 15 d 左右，通過實地踏勘盾構(gòu)穿越段的地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)部，了解現(xiàn)場的實際工況條件，并取得該線路運營期間（近期）監(jiān)測的資料數(shù)據(jù)，以進一步了解該結(jié)構(gòu)的變形情況，用于指導(dǎo)現(xiàn)場掘進。

2.2.3 核實 SMW 工法樁拔除情況

下穿的 1 號線停車場出入場線為單層雙跨箱型結(jié)構(gòu)，采用 SMW 工法樁圍護，雖然施工后已拔除型鋼，但施工前需要到現(xiàn)場仔細(xì)核實型鋼拔出情況，確保盾構(gòu)掘進安全。

2.2.4 劃分穿越階段

根據(jù)盾構(gòu)穿越地鐵線的工況特點，將盾構(gòu)穿越地鐵分為 3 個階段，分別為穿越前試推進階段，盾構(gòu)穿越階段和盾構(gòu)穿越后控制階段。具體控制段如表2所示。

表2 盾構(gòu)穿越段對應(yīng)環(huán)號劃分標(biāo)

盾構(gòu)隧道與出入場線隧道結(jié)構(gòu)距離 5.3～5.6 m，盾構(gòu)施工時，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測情況，及時通過管片預(yù)留注漿孔對隧道周邊地層進行洞內(nèi)注漿加固。

下穿段右 SK29+760～890 采用自動化連續(xù)監(jiān)測，通過監(jiān)測掌握施工過程中來自地表、地層和隧道內(nèi)的情況，及時反饋信息，調(diào)整施工參數(shù)和采取相應(yīng)的施工措施，保證整個工程安全順利地進行。

3 施工測量和監(jiān)測

根據(jù) CJJ/T202－2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)程》表3.2.2 及上述關(guān)于接近程度和外部作業(yè)影響等級的劃分，判定外部作業(yè)影響等級：起始段和下穿段為特級，并行段為一級［10］。

3.1 監(jiān)測范圍

區(qū)間盾構(gòu)施工期間監(jiān)測范圍為區(qū)間隧道正上方沿線路中心線左右各 1.5 倍盾構(gòu)中心埋深范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物、管線等［11］。

3.2 監(jiān)測項目

穿越影響區(qū)域內(nèi)地表垂直位移監(jiān)測；穿越影響區(qū)域內(nèi)建筑物垂直位移、裂縫監(jiān)測；穿越影響區(qū)域內(nèi)周邊管線垂直位移監(jiān)測；擬建隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測，收斂監(jiān)測。監(jiān)測對象、項目及頻率如表3所示。

4 推行控制數(shù)據(jù)設(shè)定及實際施工控制數(shù)據(jù)

4.1 穿越前試推進階段

1）土壓設(shè)定。根據(jù)之前實際推進土倉壓力，土壓力設(shè)定為 0.2～0.29 MPa。具體施工值根據(jù)盾構(gòu)埋深、所在位置的土層狀況以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時優(yōu)化調(diào)整，每次調(diào)整的幅度為 0.005 MPa。

2）出土控制。結(jié)合之前掘進實際情況，渣土松散系數(shù)取 1.2，每環(huán)的出土量為 1.2×π×6.342/4=37.86 m3。根據(jù)盾構(gòu)及管片之間的建筑間隙及各土層特性合理控制出土量，大約為開挖斷面的理論出土量的 98 %～100 %，并通過分析調(diào)整，尋找最合理的數(shù)值。

3）掘進速度。宜為 10 mm/min 左右。

4）注漿量。根據(jù)之前實際掘進的注漿情況，每環(huán)的注漿量控制在 2.6～2.9 m3。泵送出口處的壓力略大于隧道周邊水土壓力，根據(jù)經(jīng)驗可取為 1.1～1.2 倍的靜止土壓力。

4.2 穿越階段

依據(jù) CJJ/T 202－2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范》，考慮無錫地鐵的特點，對盾構(gòu)隧道穿越 1 號線雪浪停車場出入場線控制要求如表1所示。

表3 監(jiān)測對象、項目及頻率表

1）土壓設(shè)定。0.22～0.39 MPa。

2）掘進速度。在穿越區(qū)施工過程中，盾構(gòu)掘進速度控制在 0.5～1.0 cm/min，盡量保持推進速度穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越地鐵線，以減少對周邊土體的擾動影響，以免對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。盾構(gòu)推進速度將根據(jù)監(jiān)測情況做必要的調(diào)整，如必要時開啟慢速泵，按照 0.2 cm/min慢速推進，或者推進半環(huán)（60 cm），然后暫停 10～20 min，根據(jù)地鐵隧道監(jiān)測單位提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整推進速度后再推進半環(huán)（60 cm），依次組織施工以便更好地控制沉降。

3）注漿量控制。根據(jù)之前實際掘進的注漿情況，每環(huán)的注漿量控制在 2.6～3.6 m3。具體如表4所示。

4.3 穿越后并行控制階段

盾構(gòu)順利穿越到了并行階段，穿越的風(fēng)險基本上了得到了控制，但是為了減少對運營線路的影響，在與既有結(jié)構(gòu)并行掘進過程更應(yīng)該加強相應(yīng)參數(shù)控制，相應(yīng)的參數(shù)應(yīng)該根據(jù)之前掘進的參數(shù)實際值以及土層情況確定，確保整個穿越過程順利完成，這一階段的參數(shù)控制如表4所示。

4.4 實際施工控制數(shù)據(jù)

長～雪區(qū)間穿越段施工時間為2017年4月25日～ 5月13日，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測項目數(shù)據(jù)變化量累計最大值的這些點范圍在盾構(gòu)穿越段前后 20 m 范圍內(nèi)，全部在累計控制值控制范圍內(nèi)，總體控制良好。主要監(jiān)測數(shù)據(jù)如表5、表6所示。

通過調(diào)取盾構(gòu)機內(nèi)掘進數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)掘進實際控制數(shù)據(jù)與掘進過程中數(shù)據(jù)基本上相一致，說明在土倉壓力、注漿量設(shè)定時采取已經(jīng)掘進完成的數(shù)據(jù)作為參考值具有一定的可操作性，具體如表4所示。

通過調(diào)取盾構(gòu)機穿越整個過程的每環(huán)土壓力、注漿量實際值以及每環(huán)指令單上的設(shè)定值畫出對比曲線圖，如圖2、3所示。

圖2 穿越段土壓設(shè)定的對比曲線

圖3 穿越段注漿量設(shè)定的對比曲線

表4 穿越運營線路主要參數(shù)設(shè)定值及實際掘進值

表5 運營線路的監(jiān)測點沉降累計變量統(tǒng)計表

表6 掘進線路監(jiān)測點累計變量統(tǒng)計表

從圖2、圖3 的穿越段的圖中可以看出，在盾構(gòu)機穿越前試推段土倉壓力與注漿量變化較小。在盾構(gòu)機逐步切割之前圍護的 SMW 工法樁拔除后留下來的水泥土?xí)r土倉壓力突然增大，后逐步下降到穿越前試推段土倉壓力，到 682 環(huán)時由于地質(zhì)條件原因土倉壓力增大，后又開始下降，穿越后并行控制階段土倉壓力趨于穩(wěn)定。注漿壓力的變化趨勢跟土倉壓力變化趨勢基本一致，土倉壓力大注漿壓力大，土倉壓力小注漿量小。

4.5 盾構(gòu)掘進過程中發(fā)生的問題處理

雖然盾構(gòu)的區(qū)間已經(jīng)進行了工程勘察，又在盾構(gòu)正式掘進前對周邊環(huán)境進行了細(xì)致調(diào)查，但是地下工程掘進面對的是看不見摸不著的地下工程，往往在實際掘進過程中容易發(fā)生意想不到的情況。盾構(gòu)機在5月1日凌晨3點44分剛剛切削土體進入穿越控制段時，有部分水流入盾構(gòu)機內(nèi)。發(fā)現(xiàn)流水現(xiàn)象后，立即啟動應(yīng)急響應(yīng)程序：一是要求應(yīng)急人員立即到位，相應(yīng)的應(yīng)急物資準(zhǔn)備就緒；二是要求立即停止繼續(xù)掘進，保持土倉壓力；三是立即將監(jiān)測頻率調(diào)整為1 次/h；四是對流水情況進行觀察和分析。

經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)留出來的水是清水，并無砂土，且經(jīng)過 10 h 的連續(xù)監(jiān)測并未發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點有明顯的沉降變化，監(jiān)測點基本保持不變。經(jīng)過研究分析認(rèn)為應(yīng)該是 SWM 鋼板樁在型鋼拔除后，型鋼與圍護結(jié)構(gòu)之前的空隙未填滿，地表水經(jīng)過地表流入鋼板與水泥土之間的縫隙當(dāng)中，切割 SWM 土體過程中間隙中的水流入盾構(gòu)機內(nèi)，對盾構(gòu)掘進并無大的影響。根據(jù)上述情況分析后，決定繼續(xù)盾構(gòu)機的掘進，在推出斜交段完全進入出入段線下部時盾構(gòu)未發(fā)生任何流水現(xiàn)象。盾構(gòu)順利完成地鐵運營線路的穿越。

5 結(jié) 論

綜上所述，盾構(gòu)隧道穿越地鐵運營線路的施工應(yīng)該加強掘進過程中的控制，根據(jù)實際情況制定詳細(xì)的專項施工方案，并采取有效控制措施是能夠順利完成穿越的，對于類似工程的建議如下。

1）制定切實可行的專項施工方案，施工方案內(nèi)的參數(shù)在穿越前應(yīng)根據(jù)隧道之前掘進參數(shù)進行調(diào)整和優(yōu)化，優(yōu)先采用之前實際的掘進數(shù)據(jù)。

2）要進一步加強對周邊環(huán)境的調(diào)查，對可能發(fā)生的問題進行假設(shè)和設(shè)定，本次穿越過程中忽視了穿越過程中 SWM 拔出后間隙中存水的情況，導(dǎo)致流水流入盾構(gòu)機的發(fā)生。剛開始穿越時間方面最好選取地鐵不在運營時間段，發(fā)生情況能及時處理，將風(fēng)險降到最低。

3）做好應(yīng)急預(yù)案，在穿越過程中應(yīng)急人員必須在崗待命，發(fā)生險情后立即啟動應(yīng)急響應(yīng)，按照既定的預(yù)案組織處理，做到有條不紊。

4）加強監(jiān)測，穿越過程中要增加監(jiān)測頻率。發(fā)生險情時要立即增加監(jiān)測頻率，監(jiān)測數(shù)據(jù)每個小時要上報 1 次，用于指導(dǎo)施工。

5）根據(jù)現(xiàn)場情況分析發(fā)生問題的原因，制訂后續(xù)掘進的方案，按照方案及時繼續(xù)掘進。

6）穿越段土倉壓力和盾尾注漿量變化趨勢具有一定的一致性，在下發(fā)指令單時要兼顧考慮。