李 金 檣

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

成都軌道交通19號線二期工程土建7工區(qū)紅蓮站～天府商務(wù)區(qū)站盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計起點里程為Y(Z)DK102+086.403，設(shè)計終點里程為Y(Z)DK104+058.309，左線全長1 979.711 m，右線全長1 971.906 m，全段均為盾構(gòu)隧道。

紅～天盾構(gòu)區(qū)間隧道垂直穿越已建18號線海昌路站～福州路站區(qū)間地層的巖體主要為中等風(fēng)化砂巖。18號線盾構(gòu)隧道外徑為8.3 m，內(nèi)徑為7.5 m，隧道在此段的坡度為17‰。18號線盾構(gòu)隧道左線處的埋深為14.99 m，19號線右線處的埋深為15.45 m。左線頂部到18號線隧道的距離為8.133 m，右線頂部到隧道的距離為7.712 m。

紅～天盾構(gòu)區(qū)間隧道左線下穿已運(yùn)營的地鐵1號線天府公園站車站結(jié)構(gòu)。該區(qū)域所處地層巖體主要由中等風(fēng)化砂巖和強(qiáng)風(fēng)化砂巖構(gòu)成。左線頂部到車站結(jié)構(gòu)底部的凈距離為14.47 m，右線頂部到車站主體結(jié)構(gòu)底部的凈距離為15.736 m。隧道埋深為32.03 m。

鑒于紅～天盾構(gòu)區(qū)間穿越既有運(yùn)行線路上下凈距小，不同于天然地基的開挖，其掘進(jìn)過程必然會對周圍土體造成擾動、變形，影響既有線路的運(yùn)營，如隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縱向/水平位移、橫斷面扭轉(zhuǎn)、傾斜等，極易進(jìn)一步導(dǎo)致軌道整體沉降、差異沉降、配套設(shè)備損壞、滲漏水等，將直接威脅到出行人員的人身安全。因此，在該條線路的掘進(jìn)過程中，一定要根據(jù)隧道的埋深、地質(zhì)情況合理地設(shè)置土壓力以及掘進(jìn)參數(shù)[1]。

2 盾構(gòu)隧道穿越既有運(yùn)營地鐵線路采用的施工技術(shù)

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工前，對既有運(yùn)營地鐵線路隧道進(jìn)行了現(xiàn)場踏勘，全面掌握了18號線海福區(qū)間、1號線天府公園站的運(yùn)行情況，通過對其運(yùn)營監(jiān)測資料進(jìn)行分析總結(jié)，了解了該隧道的結(jié)構(gòu)變形情況。

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，必須嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)并加強(qiáng)監(jiān)測與觀測，及時進(jìn)行二次注漿；盾構(gòu)通過后對18號線海福區(qū)間、1號線天府公園站進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測并及時進(jìn)行反饋，視反饋情況及洞內(nèi)超挖大小及時對地層進(jìn)行補(bǔ)充注漿。對所布置的監(jiān)測點進(jìn)行全面檢查，收集原始記錄，確保原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤；加強(qiáng)施工監(jiān)測，對監(jiān)測方案進(jìn)行細(xì)化，對掘進(jìn)有異常情況的區(qū)段監(jiān)測時間適當(dāng)延長。

盾構(gòu)下穿前，按照專項方案對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢查，包括推進(jìn)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、拼裝機(jī)、盾尾密封等主機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行及維修管理；盾構(gòu)通過前，對下穿建(構(gòu))筑物進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，通過試驗段確定了掘進(jìn)參數(shù)：土壓傳感器的準(zhǔn)確性、類似地層出土量與同步注漿量、注漿壓力與地層沉降情況的關(guān)聯(lián)性、渣土改良的添加劑種類與添加量、特殊管片的注漿孔位以及注漿壓力[2]。

2.2 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的控制

盾構(gòu)在下穿掘進(jìn)過程主要遵循以下原則：加強(qiáng)對施工設(shè)備的管理，確保盾構(gòu)連續(xù)穿越；嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)(土壓力、掘進(jìn)速度、掘進(jìn)姿態(tài)、出土量、同步注漿等)；加強(qiáng)地面監(jiān)測分析；做好應(yīng)急措施準(zhǔn)備。

(1)控制掘進(jìn)速度。掘進(jìn)速度的快慢對周圍地層的穩(wěn)定性至關(guān)重要。速度過快，同步漿液無法及時補(bǔ)充盾體之間的間隙，容易造成土體坍塌；速度過慢，延長了對周邊地層的擾動時間，土倉壓力容易失穩(wěn)。因此，掘進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)土倉壓力、出土情況、地質(zhì)條件合理設(shè)置，盡量保持速度均勻以減小對周圍巖體的擾動。

(2)合理設(shè)置土壓力：在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，刀盤切削土體，周圍地層的地下水、渣土進(jìn)入土倉，通過螺機(jī)進(jìn)行排土作業(yè)。因此，合理地設(shè)置土壓力有助于推進(jìn)過程中保證土倉壓力與周圍地層的穩(wěn)定性，防止盾體上部土體坍塌和地下水突涌。

根據(jù)隧道埋深、周圍地質(zhì)情況及同類型區(qū)間隧道18號線、1號線的相關(guān)經(jīng)驗，將盾構(gòu)土壓力確定為1.0～2.4 bar，并在推進(jìn)過程中根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)、沉降值、周圍地質(zhì)情況做出適當(dāng)改變。

(3)推力、扭矩的控制。雙線隧道推進(jìn)過程中，盾構(gòu)的頂推力和刀盤扭矩的大小是直接影響掘進(jìn)過程的重要參數(shù)，其直接關(guān)系到單環(huán)出土量與地表隆沉。項目部結(jié)合已有的線路施工經(jīng)驗以及對推進(jìn)過程中的具體數(shù)據(jù)分析，合理地選擇了刀盤的頂推力與扭矩。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越時，控制推進(jìn)油缸總推力為

1 000～1 900 t，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.5～2.0 r/min，通過適當(dāng)減小推力和刀盤轉(zhuǎn)速，達(dá)到減小對地層擾動的目的。

適當(dāng)調(diào)整所加入的泡沫劑參數(shù)，改良渣土特性以保持渣土的良好流動性和一定的內(nèi)聚力。結(jié)合施工經(jīng)驗，一般在下穿期間將泡沫的濃度設(shè)置為1%～3%，發(fā)泡率設(shè)置為8%～12%，空氣注入率控制在300 L/min左右。掘進(jìn)時將刀盤扭矩控制在3 000～5 000 kN·m。

(4)出土量的控制。盾構(gòu)在下穿期間，單環(huán)出土量影響著周圍地層的穩(wěn)定性。根據(jù)19號線紅天區(qū)間前期出土量與地表沉降之間的比值，將出土量嚴(yán)格控制在175 m3以內(nèi)。

(5)盾構(gòu)姿態(tài)控制。盾構(gòu)機(jī)根據(jù)激光自動導(dǎo)向系統(tǒng)開挖土體，包括掘進(jìn)方向和掘進(jìn)角度。在盾構(gòu)隧道施工中,盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)控制至關(guān)重要,其直接關(guān)系到隧道的成型質(zhì)量。盾構(gòu)姿態(tài)保持的好,不僅有利于保護(hù)盾構(gòu)機(jī),也是確保隧道施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

盾構(gòu)下穿期間，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、盾尾間隙、油缸行程等做好管片的選型工作(盾尾間隙小于50 mm、油缸行程差大于50 mm時必須進(jìn)行調(diào)整)，掘進(jìn)時控制好盾構(gòu)姿態(tài)，保證盾構(gòu)平穩(wěn)推進(jìn)，穿越期間不斷測量盾構(gòu)姿態(tài)，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，每10環(huán)測量一次管片姿態(tài)，如果存在姿態(tài)糾偏的情況，每環(huán)的姿態(tài)糾偏量不能超過5 mm。必須杜絕大幅度糾偏，以減少地層損失和對周圍地層的擾動情況，降低對線路的影響[3]。

(6)同步注漿控制。盾構(gòu)機(jī)脫出盾尾后，已經(jīng)成型的管片與周圍地層之間會出現(xiàn)空隙，如果無法及時填充，將會加劇管片外側(cè)與洞壁之間的沉降、地下水涌入造成管片上浮、錯臺等隱患，因此，及時的同步注漿可以確保管片的穩(wěn)定性和密閉性。

同步注漿漿液應(yīng)具備充填性好、流動性好、離析少、早期強(qiáng)度均勻、注入時具備不受地下水稀釋的特性，硬化后的體積收縮和滲透系數(shù)要小。在掘進(jìn)過程中，可以加入增稠劑以保證漿液的黏稠度，使其更好地填充空隙。盾構(gòu)下穿時，將每環(huán)的同步注漿控制為150%，即12.21 m3。

同步注漿時，要求壓入口的壓力大于該點的靜止水壓力及土壓力之和，做到盡量填補(bǔ)而不劈裂。注漿壓力過大，管片外的土層將會被漿液擾動而造成地面隆起，并易造成從盾尾處漏漿；注漿壓力過小，漿液填充速度過慢、填充不充足，也會使地表沉降，同時造成管片位移[4]。

為避免出現(xiàn)由同步注漿引起的劈裂現(xiàn)象，注漿作業(yè)時，宜將壓力控制在2.0～3.5 bar；在同步注漿時，同步注漿的速度應(yīng)與推進(jìn)速度保持同步，即在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的同時進(jìn)行足量注漿，同步注漿采用注漿壓力和注漿量雙控以確保管片背后填充密實。

同步注漿時，必須保證六根注漿管同時注漿，注漿速度保持與掘進(jìn)速度基本一致，盾構(gòu)操作手每向前掘進(jìn)100 mm后需關(guān)注同步注漿量，及時提醒注漿操作手控制注漿速度。防止注漿過快、過慢造成管片背后形成空隙引起的地層沉降。

(7)二次注漿(多次補(bǔ)漿)。在實際施工過程中，由于地層滲透系數(shù)太大、地下水豐富，導(dǎo)致漿液流失到周圍地層中，所注入的同步漿液在凝固時會產(chǎn)生收縮而造成管片與土體的空隙無法填充飽滿，當(dāng)管片出現(xiàn)破損、接縫滲漏水時，地面沉降加大，對盾構(gòu)機(jī)上方已運(yùn)行的線路、車站結(jié)構(gòu)造成安全隱患。

為控制后續(xù)土體繼續(xù)沉降，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對脫出盾尾的管片進(jìn)行二次注漿，注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿量為同步注漿量的10%～15%，注漿應(yīng)采用低壓、少量、多次的方式及時補(bǔ)充因原有漿液固結(jié)收縮產(chǎn)生的空隙，防止地表沉降。

對下穿18號線區(qū)間隧道和1號線車站結(jié)構(gòu)選用增設(shè)注漿孔的特殊管片，每塊管片均增設(shè)2個注漿孔，二次注漿時優(yōu)先選擇1點位和11點位，注入雙液漿時必須保證注漿管路通暢、注漿機(jī)正常運(yùn)行，當(dāng)注漿機(jī)壓力超過0.4 MPa時停止注漿，避免管片破裂。

為進(jìn)一步提高施工質(zhì)量，防止管片后方地下水突涌進(jìn)入土倉，每隔10環(huán)進(jìn)行封水環(huán)注漿并需保證每個封水環(huán)至少注入6個點位。

同時，由于下穿18號線時隧道為下坡，因此，通過環(huán)箍注漿能有效封堵從管片背后流向刀盤的水，保證開挖掌子面穩(wěn)定。

2.3 盾構(gòu)穿越后采用的注漿措施

盾構(gòu)機(jī)下穿后，由于其對地層的擾動及少量超挖，當(dāng)?shù)貙影l(fā)生沉降變形時，隨著土體松動范圍的擴(kuò)大將引起地面沉降。對已成型管片開孔進(jìn)行效果檢查發(fā)現(xiàn)仍有地下水從孔內(nèi)涌出，在采取以上各項措施的同時，為盡量降低施工風(fēng)險，項目部將洞內(nèi)的補(bǔ)充注漿作為盾構(gòu)下穿施工的必要補(bǔ)充措施。

洞內(nèi)補(bǔ)充注漿的作用是及時填充和固結(jié)空隙，有效地控制18號線區(qū)間、1號線車站結(jié)構(gòu)的下沉趨勢。選擇地層松散的地帶進(jìn)行后期注漿補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)掘進(jìn)施工記錄、地面監(jiān)測記錄、建筑物監(jiān)測記錄和注漿記錄，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充注漿選用雙液漿比單液漿可以更快地凝固土體，達(dá)到快速加固的效果，對可能發(fā)生沉降的地方進(jìn)行加固。

補(bǔ)充注漿系利用在區(qū)間隧道中管片上增設(shè)的注漿孔、通過注漿管對掘進(jìn)影響范圍內(nèi)的巖體進(jìn)行洞內(nèi)跟蹤注漿加固。采用二次注漿機(jī)對管片四周進(jìn)行注漿加固，洞軸線以上180°范圍內(nèi)加固1.5 m，洞軸線以下180°范圍內(nèi)加固0.5 m。由于鋼花管在土中要承受抗剪作用，為了減少注漿眼對鋼花管的損害，注漿眼呈螺旋式布置，同一截面只布置一個眼。鑒于管片已經(jīng)進(jìn)行同步注漿與二次注漿，對于所增設(shè)的注漿孔在注漿過程中應(yīng)注意控制注漿壓力，以防壓力過大破壞各建(構(gòu))筑物而失去加固的意義。

3 監(jiān)控測量措施

成都軌道交通19號線二期通過地區(qū)地質(zhì)條件及環(huán)境十分復(fù)雜，施工難度大。施工期間，對沿線周圍重要的地下、地面建(構(gòu))筑物、地面道路等實施變形等方面的監(jiān)測，及時提供準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，用以評定該工程在施工期間的安全性及施工對周邊環(huán)境的影響，并對可能發(fā)生的危及施工、周邊環(huán)境安全的隱患或事故及時、準(zhǔn)確地預(yù)報，以便及時采取有效措施消除隱患，避免事故的發(fā)生[5]。

結(jié)合該工程項目的實際情況，最終確定了該項目的監(jiān)測方案：18號線海福區(qū)間、1號線天府公園站車站結(jié)構(gòu)下穿段采用自動化監(jiān)測及人工復(fù)核監(jiān)測組合實施。在穿越建(構(gòu))筑物前后約15 m，每5 m布設(shè)一個，共布設(shè)3個監(jiān)測點(根據(jù)現(xiàn)場情況可適當(dāng)調(diào)整)。主要安全控制指標(biāo)包括：位移、變形、結(jié)構(gòu)裂縫、相對收斂、管片接縫張開量、滲漏、軌道橫向高差、軌向高差等。

當(dāng)外部作業(yè)影響等級為特級、一級時，應(yīng)對城市軌道交通結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評估。安全評估包括城市軌道交通結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀評估和外部作業(yè)影響預(yù)評估、外部作業(yè)施工過程評估和外部作業(yè)影響后評估。通過現(xiàn)狀調(diào)查、檢測、測量和計算分析等手段，評估當(dāng)前城市軌道交通結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)及持續(xù)抗變形能力和承載能力，并應(yīng)確定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值。

4 結(jié) 語

通過分析紅天盾構(gòu)區(qū)間穿越18號線海昌路站～福州路站區(qū)間、1號線天府商務(wù)區(qū)站采用的施工技術(shù)和監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)：既有線隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測單日變形量和累計變形量均在預(yù)警值及控制值的允許值范圍內(nèi),監(jiān)測數(shù)據(jù)正常,無突變。

盾構(gòu)穿過后既有線洞內(nèi)裂紋無增加，結(jié)構(gòu)無掉角，軌道扣件、接觸網(wǎng)支架等無松動現(xiàn)象出現(xiàn)；地表變形在可控范圍內(nèi)；盾構(gòu)隧道管片無漏水、無破損，達(dá)到了安全穩(wěn)步掘進(jìn)、不影響既有線運(yùn)營的施工目的，對類似盾構(gòu)下穿既有地鐵線施工具有一定的參考價值。

綜上所述，在地鐵穿越工程實施過程中，應(yīng)做好前期的地質(zhì)勘察工作，在明確工程地質(zhì)條件、水文情況與施工條件的基礎(chǔ)上，合理制定施工方案、明確既有運(yùn)營地鐵線的防護(hù)范圍；施工中嚴(yán)格控制施工參數(shù)，全面落實施工監(jiān)測，用監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)施工，切實保證盾構(gòu)作業(yè)的順利實施；積累施工經(jīng)驗，為各類重難點工程做好基礎(chǔ)工作。