王建國

中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司

1 工程概況

本區(qū)間為單洞單線區(qū)間，區(qū)間起點為機場北站，終點為吊出井，起點里程為YDK41+437.900，終點里程為YDK42+343.576（ZDK42+335.972），區(qū)間長度905.676m（左線898.072m），線路埋深在19m～27m之間，最小線間距12.05m。區(qū)間線路自機場站端以2‰、28‰及5‰坡度向下直至吊出井，具體見圖1。

圖1 機～吊區(qū)間線路平面示意圖

本區(qū)間采用盾構(gòu)法進行施工，在YCK8+900里程設(shè)聯(lián)絡(luò)通道一處，不設(shè)泵房。區(qū)間段沿線范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、海陸交互相層（Q4mc）、全新世沖洪積層（Q4al+pl）、殘積層（Qel），下伏基巖主要為震旦系混合花崗巖。其中本區(qū)間隧道洞身范圍地層主要為混合花崗巖、砂質(zhì)黏性土層。右線下穿地鐵11號線隧道區(qū)段首段及末段為上軟下硬地層，中間段為全斷面硬巖，左、右線下穿穗莞深隧道區(qū)段均為全斷面硬巖。區(qū)間勘察范圍內(nèi)的地下水按賦存方式劃分為第四系松散層孔隙水、塊狀基巖裂隙水兩種類型。

2 施工準備

結(jié)合盾構(gòu)機掘進區(qū)間的工況特點，選擇一臺海瑞克S773和一臺鐵建重工DL409復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機進行區(qū)間內(nèi)盾構(gòu)施工，兩臺盾構(gòu)機的機械性能參數(shù)由專家評審之后提出修改建議，對維修改造后的盾構(gòu)機進行勘驗，保證盾構(gòu)機在使用前性能達到最優(yōu)。盾構(gòu)始發(fā)前，聯(lián)合監(jiān)理、業(yè)主及穗莞深施工單位對穗莞深隧道表面、滲漏點和裂縫等及隧道的現(xiàn)狀情況(包括隧道的表面情況和維修情況)進行詳細檢測并記錄。提前做好盾構(gòu)機等施工設(shè)備的檢查與維修，開倉更換刀具，保證以良好的狀態(tài)順利安全下穿穗莞深隧道。

3 盾構(gòu)下穿既有地鐵沉降控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 沉降分析及控制

地表變形有地表自然沉降變形、盾構(gòu)通過時變形，盾構(gòu)機通過后變形等，而造成地表變形的主要原因就是盾構(gòu)施工。以下是盾構(gòu)施工各個階段的詳細特征及原因，詳情見表1。

（1）在先期工程施工過程當(dāng)中，由于盾構(gòu)施工導(dǎo)致地下水位降低、水土流失產(chǎn)生沉降，此階段地表變形小。

（2）在進行盾構(gòu)機開挖前就已經(jīng)出現(xiàn)了變形的現(xiàn)象，而造成此現(xiàn)象的發(fā)生就是因土層壓力不均衡現(xiàn)象所導(dǎo)致的。

表1 盾構(gòu)施工變形階段及特點

（3）發(fā)生在盾構(gòu)到達該里程時，主要因為刀盤與盾體之間的間隙、超挖、糾偏以及盾構(gòu)機與土體的摩擦等原因而引起的地層隆起或沉降。

（4）發(fā)生在盾構(gòu)通過該里程后，如果襯砌背后與洞體的空隙填充不及時或過于飽滿土體彈塑性變形會造成地層沉降或隆起。

（5）在施工末尾后，仍然會出現(xiàn)沉降的現(xiàn)象，此現(xiàn)象是無法通過人力來進行操作，但是，后期沉降會相對較慢，而沉降的占比占到4%～5%。通過對早期的資料進行全面性的分析及觀看能夠有效地了解沉降的發(fā)生和時間、地點都存在著一定的聯(lián)系。

綜上所述，在實際施工過程當(dāng)中，相關(guān)的施工為保證沉降工作整體的質(zhì)量，可以從施工的設(shè)備儀器，施工的操作，人員的修補，數(shù)據(jù)的調(diào)整等方面進行沉降的減少。

3.2 沉降控制技術(shù)

3.2.1 前期沉降控制

做好土壓力施工控制，借鑒右線下穿地鐵11號線的經(jīng)驗，在盾構(gòu)掘進時選擇合適土壓，防止穗莞深隧道前期隆起和沉降。

3.2.2 開挖面沉降控制

盾構(gòu)掘進開挖面沉降主要通過土壓控制、出土量、掘進參數(shù)調(diào)整進行控制，保持開挖面土壓平衡、對土倉壓力進行實時監(jiān)測，對土壓設(shè)定進行試驗；根據(jù)開挖面土壓平衡、控制出土量；對總推力、推進速度、刀盤扭矩、千斤頂壓力進行監(jiān)測并分析其隨地層條件變化的規(guī)律。

3.2.3 盾構(gòu)通過時沉降控制

本工程選用海瑞克盾構(gòu)機，刀盤設(shè)計直徑為6980mm，前盾直徑為6950mm，刀盤較盾體直徑大約30mm左右，為減少該階段沉降，應(yīng)盡量縮短盾體通過時間，因此需保證盾構(gòu)能連續(xù)掘進，防止盾構(gòu)機發(fā)生不必要的停機。而當(dāng)盾構(gòu)機因特殊原因在下穿隧道期間時，通過盾構(gòu)機盾體上的徑向孔向盾體周邊注入厚漿，以填充盾體周邊的孔隙，減小盾體通過階段的沉降。

3.2.4 控制技術(shù)措施

在盾構(gòu)穿越過程中，要具有可操作性的施工方案，要保證設(shè)備儀器模式的無誤、土倉壓力的穩(wěn)定，操作過程中穩(wěn)步推進以及注漿工作的質(zhì)量等，具體操作如下。

（1）在初步實驗過程當(dāng)中，相關(guān)的施工人員需要對其參數(shù)，進行全面性的測試工作，并在測試工作后進行分析，找出設(shè)備儀器合理有效地數(shù)據(jù)參數(shù)。

（2）盾構(gòu)機在工作過程當(dāng)中，很容易對周邊巖層造成破壞，故操作手在盾構(gòu)機掘進過程當(dāng)中，需要放慢盾構(gòu)機的施工速度，保證注漿、管片拼裝等其他工作整體的質(zhì)量。

（3）土倉的壓力會直接影響到整體施工的質(zhì)量，因此，作業(yè)人員要根據(jù)施工場地的實際情況，對土倉壓力進行全面性的把控，保證盾構(gòu)掘進過程中土倉的壓力合理且穩(wěn)定，避免壓力過大或過小現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）渣土量會直接影響后期沉降，因此，在施工過程中，作業(yè)人員需要對渣土量進行全面性的把控，對渣土數(shù)量過多的地區(qū)進行填充注漿處理。

（5）為保證施工整體的質(zhì)量，相關(guān)的施工人員還需要對施工的實際情況進行全面監(jiān)控，做好盾構(gòu)機各項數(shù)據(jù)的反饋工作，從而真正實現(xiàn)信息化操作。

（6）注漿配比。為達到較好控制地層變形效果，機吊區(qū)間下穿段同步注漿采用可硬性漿液，二次注漿注水泥、水玻璃雙液漿方案。通過調(diào)整各原材料的含量和規(guī)格，試驗漿液的初凝時間、達到強度時間、稠度、泌水率、固結(jié)收縮率等性質(zhì)確定下穿穗莞深隧道的漿液配比。根據(jù)試驗結(jié)果，決定采用早強型普通硅酸鹽水泥，并考慮增加CaCl2等加速漿液凝固的外加劑，保證漿液可以在1d內(nèi)達到強度。適當(dāng)提高粉煤灰含量，并且用強度等級更高，細度更高的粉煤灰，以提高砂漿的粘聚性和保水性。下穿穗莞深隧道同步注漿配合比見表2。

表2 下穿穗莞深隧道同步注漿配合比

（7）洞內(nèi)環(huán)箍注漿在隧道施工當(dāng)中起到至關(guān)重要的作用，盾構(gòu)機在施工過程當(dāng)中，或多或少的會對周邊巖層土壤造成一定的影響，因此，相關(guān)的施工人員需要采用洞內(nèi)環(huán)箍注漿進行加固工作。比如：在盾構(gòu)機后方通過管道進行高壓力的注漿工作，能夠有效地對周邊的巖層質(zhì)量進行鞏固工作，從而保證沉降工作的質(zhì)量，其次，對出現(xiàn)裂縫等問題的土體進行洞內(nèi)環(huán)箍注漿還能夠有效地控制地面變形，從而真正使沉降設(shè)計工作達到嚴格地標(biāo)準。

（8）三次注漿。為止住盾尾來水造成噴涌情況以及進一步填充空隙，當(dāng)在管片脫出盾尾八環(huán)后，進行三次補充注漿，采用雙液漿，水泥漿水灰比為0.8～1；水玻璃與水按1:1.5進行稀釋；注入時水玻璃體積比為：水泥漿：水玻璃=1:1。

3.2.5 后續(xù)沉降控制

為保證盾構(gòu)施工過程中穿越后穗莞深隧道安全，需進行深孔加強注漿加固，以提高管片強度和穩(wěn)定性，減少后期沉降。在管片縱向螺栓的位置每22.5°增加一個注漿孔,即在每個鄰接塊和標(biāo)準塊各增加兩個注漿孔,每環(huán)管片注漿孔增加到16 個。通過11 點位或1 點位預(yù)留注漿孔對在建穗莞深隧道左線DK41+622.21～DK41+719.97及DK41+622.21～DK41+751.13右線段進行洞內(nèi)注漿加固。注漿范圍為隧道兩側(cè)120°,注漿厚度為穗莞深隧道與機～吊區(qū)間隧道凈距H-1m。

管片背后二次深孔加強注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿時需要在1 點位或11 點位注漿口上安裝逆止閥，防止地下水通過注漿管流入隧道。根據(jù)實際施工情況及在建隧道內(nèi)監(jiān)測情況對單孔注入量進行調(diào)整。

3.3 其他沉降控制

3.3.1 防止管片上浮及側(cè)移的措施

及時跟蹤測量管片姿態(tài)，反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析管片姿態(tài)每日變化趨勢，研究管片是否存在上浮，以及上浮速度及上浮量；加強同步注漿管片，保證管片上部及圓曲線外側(cè)的管片空隙也被漿液填充密實；根據(jù)管片姿態(tài)監(jiān)測情況，如管片上浮量較大，則垂直偏差可調(diào)整為-30mm～-40mm之間。

圖3

3.3.2 選擇注漿漿液，控制地表變形

根據(jù)機場北站至吊出井盾構(gòu)成功穿越所獲取的經(jīng)驗，可以直接選用“準厚漿”漿液作為注漿工作的基礎(chǔ)材料，此材料的主要成分含有石灰、鈉基、粉煤灰、砂子、添加劑、水。此漿液的優(yōu)勢就是填充質(zhì)量較高，漿液整體稠度較高，硬化體積收縮小等，對于表面變形的控制有著極好的效果。

4 盾構(gòu)施工沉降量監(jiān)測技術(shù)

本隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測控制網(wǎng)（點）以在建穗莞深隧道線路鋪軌控制基標(biāo)系統(tǒng)為基準建立，起始并附合于隧道控制基標(biāo)點上，選擇6個基標(biāo)點作為高程基準點?？刂凭W(wǎng)同觀測點一起布設(shè)成閉合環(huán)網(wǎng)、附合網(wǎng)或附合線路等形式?；鶞庶c的選擇須遠離盾構(gòu)施工影響范圍。

機～吊區(qū)間中心線與在建穗莞深隧道左線、右線相交位置一個布設(shè)監(jiān)測點，然后分別沿在建穗莞深隧道方向按5m、10m、20m的間距向兩側(cè)布設(shè)監(jiān)測點，點位布設(shè)在隧道側(cè)壁的管片上，左右線共布設(shè)14個沉降測點；采用TrimbleDINI03電子水準儀觀測結(jié)合幾何水準測量，并記錄數(shù)據(jù)；需要經(jīng)過3次反復(fù)測量，把標(biāo)準誤控制在±0.15mm 以內(nèi)，往返較差及環(huán)線閉合差應(yīng)在±0.3mm（n 為測站數(shù)）以內(nèi)；平差后數(shù)據(jù)取位應(yīng)精確到0.1mm，預(yù)警值取控制值的60%，報警值取控制值的80%。

圖4

5 結(jié)語

綜上所述，下穿既有鐵路盾構(gòu)施工是交通軌道施工中要重難點工程，通過制定施工方案、完成技術(shù)交底、選擇合適的盾構(gòu)機、配備施工人員、組件安全預(yù)警人員、精準控制施工過程的施工參數(shù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)值等內(nèi)容，加強對盾構(gòu)法下穿既有鐵路造成的沉降變形，保證施工的順利進行和施工安全。