王 根，王 林

(1.安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公,，安徽 合肥 230088;2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，城市新建地鐵線路與已運營地鐵線路不可避免地會出現(xiàn)近距離施工問題，因此確保新建地鐵隧道的順利施工以及既有隧道的安全運營尤為重要。盾構(gòu)法施工是城市修建地鐵隧道的首選工法，其中盾構(gòu)區(qū)間近距離穿越建構(gòu)筑物施工的風險控制是工程設計的重難點。本文以合肥5號線區(qū)間隧道下穿1號線運營隧道為例，從設計角度出發(fā)，對區(qū)間隧道平縱斷面、附屬結(jié)構(gòu)設置及風險控制等內(nèi)容進行優(yōu)化設計和探討分析。

1 工程概況

合肥地鐵5號線高鐵站-祁門路站區(qū)間于高鐵站北端出發(fā)，由南向北下穿龍川路市政隧道(已通行)和1號線運營線區(qū)間隧道，進入祁門路站南端。區(qū)間單線長737.389 m，采用“V”形節(jié)能坡設計，埋深11.6～33.3 m。圓形區(qū)間隧道建筑限界Ф5 200 mm，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑Ф5 400 mm，管片厚度300 mm。標準襯砌環(huán)管片由1塊封頂塊、2塊鄰接塊及3塊標準塊組成，采用彎螺栓連接成環(huán)。管片環(huán)寬1 500 mm，環(huán)間采用錯縫拼裝方式,如圖1所示。

圖1 區(qū)間管片結(jié)構(gòu)設計

根據(jù)區(qū)間消防要求，長度超過600 m隧道應設置聯(lián)絡通道，同時為滿足區(qū)間隧道防、排水要求，在線路最低點處設置廢水泵房。本區(qū)間設置聯(lián)絡通道與廢水泵房合建，采用礦山法施工，復合式襯砌結(jié)構(gòu)。

2 平縱斷面優(yōu)化設計

高鐵站為1、4和5號線換乘車站，土建部分均由1號線施工單位代建并已完成施工。5號線區(qū)間隧道出高鐵站后與1號線區(qū)間隧道為平行布置，為增大兩條線平面交角，同時減小正下穿距離，5號線區(qū)間直線段下穿龍川路市政隧道后分別銜接R=450 m和R=400 m平曲線接入祁門路站，線路呈“S”形。

龍川路市政隧道北側(cè)為未規(guī)劃地塊，分布9～12 m多年建筑堆土，呈半固結(jié)-固結(jié)狀態(tài)。為增大與1號線區(qū)間隧道凈距，5號線區(qū)間線路出高鐵站后以23.66‰的下坡到達最低點，再以29‰的上坡接至祁門路站，最小豎曲線半徑R=3 000 m。經(jīng)過線路優(yōu)化設計，最終選定距離1號線隧道約12 m處設置聯(lián)絡通道及泵房，如圖2所示。

圖2 1、5號線區(qū)間平面設計

區(qū)間隧道采用1臺盾構(gòu)從祁門路站上行線始發(fā)，掘進至高鐵站并在站內(nèi)調(diào)頭，高鐵站上行線二次始發(fā)，掘進至祁門路站接收吊出。盾構(gòu)隧道穿越地層為黏土層，盾構(gòu)機在29‰的隧道縱坡下推進時，應采取以下相關措施。

(1)嚴格控制盾構(gòu)機油缸推力，謹慎糾偏，避免盾構(gòu)機“上浮”或 “磕頭”，特別是在同步注漿漿液沒有完全提供約束力的情況下。

(2)盾構(gòu)機內(nèi)所有設備應平穩(wěn)和安全，電瓶車停車后，要采取防滑、防溜措施，保證施工過程中不出現(xiàn)任何運輸上的安全事故。

(3)每環(huán)管片推進結(jié)束后，須擰緊當前環(huán)管片的連接螺栓，并在下一環(huán)推進時進行復緊，克服作用于管片上的推力所產(chǎn)生的垂直分力，減少隧道的上浮。

(4)應適當增加隧道測量的頻率，通過多次測量來確保盾構(gòu)測量數(shù)據(jù)的準確性。

3 風險控制設計

3.1 相對位置關系

5號線區(qū)間隧道在里程SK22+593-SK22+643(XK22+560-XK22+610)約50 m長度范圍斜下穿1號線運營隧道望湖城站～高鐵站區(qū)間上行線，平面交角約21°。由空間相對位置關系，兩區(qū)間隧道外輪廓最小豎向高程差為2.65 m，最小結(jié)構(gòu)凈距約3.24 m。5號線區(qū)間正下穿段劃分為重點影響區(qū)(上、下行線長度各50 m范圍)，區(qū)間正下穿前后15環(huán)劃分為次要影響區(qū)，影響區(qū)內(nèi)5號線區(qū)間線間距10～11.0 m，隧道頂最小覆土厚度約27.8 m。

根據(jù)相關規(guī)范和地方管理條例，結(jié)合區(qū)間穿越建構(gòu)筑物重要性等級分析，本次5號線區(qū)間隧道下穿1號線區(qū)間運營隧道風險等級為Ⅰ級，應進行專項設計并評估隧道施工對1號線運營隧道的影響程度和范圍。

3.2 1號線區(qū)間運營隧道現(xiàn)狀

1號線望湖城站-高鐵站區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，隧道內(nèi)徑Ф5400 mm，管片厚度300 mm，襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)設計同5號線。望湖城站-高鐵站區(qū)間上行線于2015年初隧道貫通，2016年12月1號線全線開通運營。由竣工圖資料顯示，5號線高鐵站-祁門路站區(qū)間下穿1號線區(qū)間上行線的里程為SK14+571-SK14+665，長約94 m。

根據(jù)1號線望湖城站-高鐵站區(qū)間竣工報告及運營位移監(jiān)測報告顯示，區(qū)間穿越段局部位置最大累計沉降為3.9 mm(監(jiān)測數(shù)據(jù)截至2018年12月)。由第三方檢測報告顯示，區(qū)間穿越段實測襯砌管片存在錯臺、環(huán)縫滲漏及表面混凝土剝落等缺陷，局部管片裂縫最大寬度0.4 mm，最大錯臺15 mm；實測道床混凝土存在少量裂縫，裂縫最大寬度0.6 mm；其中，檢測缺陷僅存在于隧道內(nèi)極少數(shù)位置，并不影響隧道安全運營。

3.3 盾構(gòu)掘進沉降分析

5號線區(qū)間下穿1號線區(qū)間運營隧道施工重難點是控制盾構(gòu)機掘進過程中引起的地層沉降及隧道自身沉降。根據(jù)大量現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，盾構(gòu)施工引起的地層沉降大致可分為5個階段：

(1)盾構(gòu)機到達前的隆沉，測點離盾構(gòu)切口3～20 m范圍內(nèi)所發(fā)生的隆沉變化，一般沉降量很小，認為是隧道開挖導致的應力釋放、重分布所致。

(2)盾構(gòu)機到達時的隆沉，測點離盾構(gòu)切口0～3 m范圍內(nèi)所發(fā)生的隆沉變化。當盾構(gòu)機設定土壓力較大、推力較大、出土量小于100%時，地表呈隆起變化；當設定土壓力較小、推力較小、出土量大于100%時，地表呈沉降變化。

(3)盾構(gòu)通過時的沉降，從開挖面到達觀測點的正下方直到盾構(gòu)機尾部通過觀測點為止期間產(chǎn)生的沉降，表現(xiàn)為沉降顯著增大的過程，主要是盾構(gòu)推進過程中對土的擾動所致。

(4)盾構(gòu)通過后的沉降，盾尾通過觀測點的正下方到盾尾距離觀測點1～3環(huán)期間產(chǎn)生的沉降，表現(xiàn)為沉降急劇增大的過程。主要是盾殼脫離隧道管片后，管片與地層間形成盾尾空隙，地層向盾尾空隙產(chǎn)生徑向收斂，造成地層損失而引起的沉降。盾構(gòu)機掘進過程中通過同步注漿方式來充填盾尾空隙，控制沉降。

(5)后期固結(jié)沉降，土的固結(jié)和次固結(jié)(蠕變殘余變形)引起的沉降，一般沉降量較小。

由上分析可知，盾構(gòu)機掘進施工過程中，地層沉降主要發(fā)生在盾構(gòu)機通過時、通過后和工后沉降三個階段。按照上述5個階段劃分的地面縱向變形曲線如圖3所示。

圖3 地表縱向沉降歷時曲線

3.4 風險控制措施

穿越影響區(qū)地層均為黏土層，地層均勻且含水量小，推薦采用土壓平衡盾構(gòu)機施工。穿越重點影響區(qū)前設置長度約100 m的試驗段，由試驗段成果優(yōu)化下穿段的推進參數(shù)。

(1)應結(jié)合工程實際情況，計算掘進壓力，施工中實時調(diào)整盾構(gòu)掘進壓力參數(shù)。

(2)盾構(gòu)機勻速掘進，禁止在下穿段停機，控制每循環(huán)的出碴量，保持開挖土量和出土量的平衡，密切關注碴土的物理性能，以計算優(yōu)化控制碴土量。

(3)土壓平衡盾構(gòu)機掘進時應密切注意涌水量，若掌子面有水溢出時，應立即封閉螺旋輸送機倉門，給掌子面或土倉室內(nèi)注入泡沫或膨潤土止水。

(4)盾構(gòu)機在曲線上掘進時，盾構(gòu)軸線控制較困難，應放慢掘進速度、小幅度糾偏、減少超挖及加大注漿量，同時加強糾偏測量工作，以減少地層損失和沉降。

穿越段施工時，需考慮若嚴格控制盾構(gòu)掘進參數(shù)不能滿足沉降變形要求的風險，因此必須采取合理的措施對地層進行渣土改良和加固處理。綜合穿越段水文地質(zhì)情況和相關工程經(jīng)驗，5號線盾構(gòu)區(qū)間穿越施工過程中推薦采用“洞內(nèi)注漿”加固方案。

首先通過盾體超前注漿填充盾體與土體之間的間隙，控制盾體通過時的沉降；然后在盾構(gòu)管片拼裝時進行同步注漿，管片與盾殼之間的間隙填充密實，控制盾尾間隙下沉，即盾構(gòu)通過后的沉降；最后根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，實施管片二次注漿，控制工后沉降。“洞內(nèi)注漿”加固方案對注漿參數(shù)和漿液配比有嚴格的技術要求。

施工過程中應加強監(jiān)控量測，尤其穿越影響區(qū)應加密監(jiān)控量測的監(jiān)測點和監(jiān)測頻率，及時處理監(jiān)測數(shù)據(jù)指導施工。1號線區(qū)間運營隧道內(nèi)采用實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、上傳、分析，超限警報等自動化、及時化，且不影響1號線正常運營。

4 結(jié)束語

5號線盾構(gòu)區(qū)間下穿1號線區(qū)間運營隧道是合肥地鐵建設首個新建線路區(qū)間下穿既有運營線區(qū)間工程項目，隨著合肥城市軌道交通的長遠規(guī)劃和建設發(fā)展，本工程成功實施累計的設計經(jīng)驗和工程經(jīng)驗可為后期越來越多、越來越復雜的類似下穿工程提供參考。