孔 玉 清

(中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 218000)

1 概述

1.1 工程概況

新建北京至張家口鐵路工程清華園隧道盾構(gòu)區(qū)間位于北京市海淀區(qū)，并行地鐵13號線東側(cè)敷設(shè)，隧道全長6 020 m，包含兩段盾構(gòu)區(qū)間，其中2-1盾構(gòu)區(qū)間長2 707.5 m，3-2盾構(gòu)區(qū)間長1 741 m，采用兩臺直徑12.64 m的泥水盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工。盾構(gòu)隧道管片外徑12.2 m,內(nèi)徑11.1 m，環(huán)寬2 m，管片厚度55 cm。清華園隧道3-2盾構(gòu)區(qū)間穿越北四環(huán)路，北四環(huán)路全長82.9 m，加兩側(cè)綠化帶共100 m。

1.2 北四環(huán)概況

北四環(huán)主路設(shè)計(jì)車速80 km/h，輔路設(shè)計(jì)車速40 km/h；該段采用路塹方式下穿現(xiàn)況京包鐵路，路面處覆土厚度10.5 m～10.75 m，擋墻外覆土深度17.63 m～17.89 m。道路斷面見圖1。

1.3 穿越地質(zhì)條件分析

擬建盾構(gòu)區(qū)間穿越的土層自上而下分別為雜填土層、粉質(zhì)粘土層、粉土層、粉質(zhì)粘土層、卵石土層，盾構(gòu)施工穿越的土層為粉質(zhì)粘土層、卵石土層，盾構(gòu)頂部為粉質(zhì)粘土層。該段盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)底部標(biāo)高20.30 m～20.54 m，位于上層滯水及承壓水之下。該區(qū)間穿越地層為第四系地層，圍巖自穩(wěn)能力較差。地質(zhì)條件如圖2所示。

2 下穿前檢測評估

地下工程下穿交通設(shè)施應(yīng)進(jìn)行事前評估，主要評估內(nèi)容包括：

對交通設(shè)施現(xiàn)狀進(jìn)行檢測評估，評價(jià)地下工程對交通設(shè)施的影響，提出交通設(shè)施允許變形控制值，確定監(jiān)測原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)論及安全防護(hù)建議。評估流程見圖3。

2.1 下穿前檢測

1)道路表觀調(diào)查：道路幾何尺寸，包括人行道、非機(jī)動車道、機(jī)動車道、隔離帶等道路要素的斷面尺寸；詳細(xì)記錄道路病害，其中瀝青路面病害包括龜裂、塊狀裂縫、縱裂縫、橫裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、波浪壅包、泛油、修補(bǔ)等；人行道病害包括裂縫、松動或變形、殘缺等；

2)道路下方土體密實(shí)性檢測：采用地質(zhì)雷達(dá)法對路面以下5 m范圍內(nèi)的土體密實(shí)情況進(jìn)行探測；

3)道路平整度檢測：采用連續(xù)式平整度儀測量路面的平整度；

4)擋土墻檢測：擋土墻材質(zhì)檢測、外觀損壞情況、垂直度測量、擋土墻基礎(chǔ)下方土體密實(shí)性情況。

2.2 控制標(biāo)準(zhǔn)制定

結(jié)合北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司《新建北京至張家口鐵路工程清華園隧道盾構(gòu)區(qū)間下穿北四環(huán)路設(shè)計(jì)咨詢》及《新建北京至張家口鐵路工程清華園隧道盾構(gòu)區(qū)間下穿道路設(shè)施設(shè)計(jì)咨詢北四環(huán)地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)咨詢報(bào)告》，本次施工影響北四環(huán)路及北四環(huán)地下連續(xù)墻變形控制標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 道路及擋墻控制標(biāo)準(zhǔn)表

3 施工影響預(yù)測分析

對盾構(gòu)隧道下穿北四環(huán)路采用數(shù)值計(jì)算軟件FLAC 3D進(jìn)行三維全過程施工模擬計(jì)算，綜合分析隧道施工對路面變形的影響規(guī)律，對施工引起的路面沉降進(jìn)行預(yù)測。模擬計(jì)算均按照工程的實(shí)際工況進(jìn)行模擬，評估的前提是盾構(gòu)掘進(jìn)處于正常良好控制條件下。

本次盾構(gòu)施工影響北四環(huán)中路及擋墻，對新建盾構(gòu)隧道進(jìn)行模擬分析，具體模擬過程由北向南為：盾構(gòu)始發(fā)到北四環(huán)北側(cè)擋墻；北四環(huán)北側(cè)擋墻到北四環(huán)主路；北四環(huán)主路到北四環(huán)南側(cè)擋墻；北四環(huán)南側(cè)擋墻到盾構(gòu)接收井。對盾構(gòu)穿越各階段分別進(jìn)行分析模擬，按照施工提供參數(shù)，改變注漿土層參數(shù)模擬注漿過程，注漿壓力0.3 MPa～0.5 MPa。得到計(jì)算云圖及結(jié)論如下。

1)第一階段：盾構(gòu)始發(fā)到北四環(huán)擋墻，見圖4～圖6。

2)第二階段：北四環(huán)北側(cè)擋墻到北四環(huán)主路,見圖7～圖9。

3)第三階段：北四環(huán)主路到北四環(huán)南側(cè)擋墻，見圖10～圖12。

4)第四階段：北四環(huán)南側(cè)擋墻到盾構(gòu)接收井，見圖13～圖15。

由圖4～圖15可知：

穿越后道路最大沉降為11 mm，小于15 mm，擋墻最大沉降6.4 mm，小于8 mm，擋墻最大水平位移為0.57 mm，不均勻沉降小于2 mm/6 m。

以上計(jì)算結(jié)果表明：設(shè)計(jì)施工方案基本可行，在施工控制措施得當(dāng)?shù)那闆r下，盾構(gòu)施工對北四環(huán)路及擋墻的影響在可控范圍。

4 穿越施工

清華園隧道3號～2號井盾構(gòu)區(qū)間穿越北四環(huán)路及擋墻施工，按照“連續(xù)施工、穩(wěn)步推進(jìn)、嚴(yán)控參數(shù)、注漿飽滿”的控制原則，確保盾構(gòu)機(jī)安全順利穿越北四環(huán)路及擋墻。穿越過程主要控制參數(shù)見表2。

1)穿越過程嚴(yán)格控制切口壓力，盾構(gòu)機(jī)距北四環(huán)兩側(cè)擋墻4環(huán)時(shí)開始逐環(huán)調(diào)整切口壓力，每環(huán)調(diào)整量不大于0.2 bar，穿越擋墻后切口壓力恢復(fù)到正常計(jì)算值；

2)穿越過程控制好泥漿指標(biāo)，泥漿比重控制在1.15 g/cm3～1.25 g/cm3之間，粘度控制在17 s～22 s之間；

3)穿越過程中，盾殼外部連續(xù)注入克泥效，填充土體與盾殼間的空隙，嚴(yán)格克泥效注入量和注入壓力，控制地表沉降；

4)穿過過程嚴(yán)格控制同步注漿，注漿量控制在計(jì)算量的130%～180%之間，確保同步注漿均勻、密實(shí)、飽滿，必要時(shí)采取二次注漿措施補(bǔ)強(qiáng)；

5)穿越過程做好道路、擋墻的沉降監(jiān)測和擋墻的水平位移監(jiān)測；

6)時(shí)時(shí)關(guān)注監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，及時(shí)修正盾構(gòu)掘進(jìn)和注漿參數(shù)。

表2 盾構(gòu)穿越北四環(huán)路及擋墻施工參數(shù)控制表

5 實(shí)施效果

2018年5月7日開始穿越北四環(huán)，2018年5月17日安全完成穿越，期間盾構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)均在正常范圍，穿越完成后道路沉降最大值為5 mm，擋墻最大沉降為2 mm，盾構(gòu)穿越北四環(huán)道路及構(gòu)筑物沉降及水平位移均在可控范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

盾構(gòu)下穿既有道路及構(gòu)筑物前進(jìn)行檢測、評估，給出控制標(biāo)準(zhǔn)，并采取三維模擬計(jì)算的方法對穿越施工全過程進(jìn)行模擬，為穿越過程提供參考依據(jù)，在穿過過程正確設(shè)定各項(xiàng)施工參數(shù)，做好施工監(jiān)測，確保了大直徑泥水盾構(gòu)安全順利穿越路塹式城市主干道，該方法可供同類工程借鑒。