中建三局綠色投資有限公司，湖北 武漢 430000

1 工程概況

1.1 工程簡介

武漢大東湖污水深隧的主隧全長約為17.5km，污水深隧采用盾構法進行施工，隧道斷面為圓形，直徑為3.0～3.4m，采用鋼筋混凝土預制管片與現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)襯結(jié)合的疊合式雙層襯砌結(jié)構，埋深為30～49m[1]。

污水深隧于武漢地鐵4號線在羅家港—鐵機路站區(qū)間相交，主隧下穿地鐵位置為羅家港與沙湖港交匯處，位于沙湖港，如圖1所示。

圖1 污水深隧與地鐵平面位置關系

下穿段污水深隧里程樁K0+780～K0+820，深隧與地鐵交角約為80°；下穿區(qū)段地鐵覆土深度為3.39m，深隧覆土深度為22.3m；土層上部存在2m深的河水；地鐵隧道外壁與深隧結(jié)構外壁垂直距離為12.87m。

武漢地鐵4號線羅家港—鐵機路站區(qū)間采用外徑為6m、厚度為300mm的C50預制混凝管片結(jié)構；地鐵隧道左右線凈距8.4m；地鐵軌道采用U75V型60kg/m鋼軌，采用單趾彈簧扣件、短枕式整體道床，軌距為1435mm；列車最高運行速度為80km/h；地鐵運營時間工作日為6：00—22：30，周末為 6：30—22：30。

地鐵建成后，地面羅家港實施了綜合整治工程，對地鐵上部的羅家港渠道進行了拓寬，為降低渠道下挖卸土對地鐵隧道的影響，采用三軸攪拌樁對隧道結(jié)構兩側(cè)及頂部的土體進行了加固，樁徑為650mm，間距為500mm，樁長為12m，內(nèi)插HM500mm×200mm×10mm×16mm型鋼，型鋼縱向間距為3m。

渠底采用厚度為100mm的砂石混合料墊層，上鋪300g/m2土工布并現(xiàn)澆厚度為150mm的C25鋼筋混凝土。

1.2 地質(zhì)和水文情況

（1）地質(zhì)情況。深隧下穿武漢地鐵4號線區(qū)段的地質(zhì)剖面如圖2所示。地層由上到下依次為淤泥、黏土、粉質(zhì)黏土與粉砂互層、粉細砂、礫卵石和泥質(zhì)細粉砂巖。下穿段地鐵穿越地層主要為粉質(zhì)黏土、粉土粉質(zhì)黏土與粉砂互層以及粉細砂；污水深隧穿越地層主要為礫卵石層和泥質(zhì)細粉砂巖。礫卵石層由長江古河道河床底部沉積而成，飽和，中密～密實狀態(tài)，物質(zhì)組分不均，砂、礫、卵石混雜，含量不一，以礫卵石為主；泥質(zhì)細粉砂巖的巖體基本質(zhì)量等級為V級，強風化，碎塊狀，含鈣質(zhì)成分。

圖2 下穿段地質(zhì)情況及相互關系（單位：m）

（2）水文情況。擬建工程沿線穿越沙湖港，場地及周邊還有溝坳、湖塘等地表水體分布，主要由大氣降水補給。沿線地表水系較發(fā)達，并有一定深度的淤泥層。勘察期間測得沙湖港水水位標高為17.91m，水底標高為15.91m，水深2m。場地地下水有上層滯水、孔隙承壓水兩種類型。上層滯水穩(wěn)定水位埋深為0.80～0.75m，相當于絕對標高為17.74～33.17m。該地區(qū)承壓水頭標高一般為15.0～19.5m，年變化幅度為3～4m。

1.3 深隧結(jié)構及變形控制要求

下穿段污水深隧支護采用鋼筋混凝土預制管片與現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)襯結(jié)合的疊合式雙層襯砌結(jié)構，其中預制混凝土管片厚0.25m，現(xiàn)澆內(nèi)襯厚0.2m，隧道斷面為圓形。掘進采用中鐵裝備集團制造的復合式土壓平衡盾構機，結(jié)構為輻條面板式符合刀盤。根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911—2013），穿越既有地鐵隧道時地鐵變形控制值如表1所示。

表1 軌道交通既有線隧道結(jié)構變形控制值

2 施工方法及控制參數(shù)

2.1 施工方法

盾構下穿地鐵前需不斷優(yōu)化盾構掘進參數(shù)[2]，確保盾構穿越過程中地鐵遂道沉降控制在10mm以下。以過地鐵影響區(qū)之前的60m區(qū)段作為盾構下穿地鐵前的施工試驗段，不斷優(yōu)化盾構推進參數(shù)，以減少對周邊環(huán)境的影響。進入試驗段前應進行一次停機檢查，做好各種維修保養(yǎng)，嚴禁使盾構機帶病作業(yè)，同時使盾構機在試驗段內(nèi)調(diào)整到最佳狀態(tài)，避免在穿越過程中進行較大的糾偏，同時避免盾構上浮、叩首和后退等現(xiàn)象發(fā)生，使盾構機在均勻狀態(tài)下快速通過。

2.2 盾構機掘進參數(shù)

在盾構下穿地鐵前進行掘進試驗，試驗段長度為60m。通過開展下穿前的掘進試驗，能夠優(yōu)化盾構掘進參數(shù)，減少對周邊環(huán)境的影響，同時在下穿段對地鐵結(jié)構及周邊環(huán)境進行實時監(jiān)測，以確保安全通過。

（1）土壓力控制。盾構下穿地鐵4號線隧道覆土深度h為22.3m，根據(jù)《鐵路隧道設計規(guī)范》（TB 10003—2016）確定隧道的淺埋和深埋，若h＜2.5H，則為淺埋隧道，深埋隧道垂直荷載高度計算公式如下：

式中：H為深埋隧道垂直荷載計算高度，m；h為隧道拱頂以上覆蓋層厚度，m；s為圍巖級別；B為隧道寬，m；i為每增減1m時圍巖壓力的增減率，以B=5m的圍巖垂直分布壓力為準，當B＜5m時i為0.2，當B＞5m時i為0.1。

當隧道穿越地層的圍巖級別s=5時，H=0.45×25-1×[l+0.2×(4.25-5)]=6.12m，2.5H=2.5×6.12=15.3m ＞h=22.3m，因此該區(qū)間隧道屬于深埋隧道。深埋段（能夠形成拱效應）土壓力按照穿越卵石層和強風化泥質(zhì)細粉砂層計算，土壓力分別為0.283MPa和0.357MPa。由于地鐵的動荷載較大，綜合以往的施工經(jīng)驗，在下穿地鐵時，盾構土壓力增加0.01～0.015MPa，因此在施工過程中，掘進土壓力控制在0.293～0.372MPa。

（2）盾構掘進速度控制。在穿越地鐵4號線時，為有效減小對周邊圍巖的擾動，根據(jù)掘進試驗將盾構掘進速度控制在2～4cm/min，勻速掘進。掘進時密切監(jiān)測地鐵變形情況，并根據(jù)監(jiān)測到的實際情況及時調(diào)整，掘進過程中嚴禁停機。

（3）出碴量控制。因為盾構掘進過程中的出碴量直接關系到土壓的平衡，且會對地鐵隧道變形造成影響，所以必須控制碴量。循環(huán)的出碴量按照下式計算：

式中：D為盾構直徑；L為每循環(huán)的掘進長度；k為土的松散系數(shù)，取1.3～1.5。

經(jīng)過計算可知，盾構機每掘進一個循環(huán)的出碴量應控制在22.12～25.52m3，同時采用龍門吊吊斗對碴土進行稱重，從重量和方量兩個方面對出碴量進行控制。若出碴量超出上述范圍，應查明原因，采取應對措施。

2.3 同步注漿量和漿液質(zhì)量控制

當盾構機掘進后，在管片與地層之間將存在一定的空隙，可采用同步注漿的方式填充，這樣不僅可以控制地層變形、減少沉降，還有利于提高隧道抗?jié)B性和管片襯砌的早期穩(wěn)定性。同步注漿采用注漿量及注漿壓力雙重指標控制。注漿量Q的計算公式如下：

式中：V為計算空隙量；a為注漿率。

下穿段實際漿液的注漿率不小于2.0，根據(jù)計算公式得：

式中：R為注漿外環(huán)半徑，m；r為注漿內(nèi)環(huán)半徑，m；L為每循環(huán)的掘進長度，m。計算得到注漿量為5.38m3/環(huán)。

考慮到下穿地鐵地段對沉降控制要求很高，防止周邊土體松動領域的擴大，對于同步注漿，根據(jù)該段的地層地質(zhì)情況及以往的施工經(jīng)驗，盾構同步注漿配比按水泥∶水∶砂∶粉煤灰∶膨潤土=2.5∶6∶5∶5∶1.5配制。根據(jù)設計資料及以往的施工經(jīng)驗，暫定注漿壓力為0.025～0.03MPa。施工中，還需要根據(jù)地層條件、地下水情況及周邊條件等，通過現(xiàn)場試驗不斷優(yōu)化配合比參數(shù)。

2.4 二次補漿控制

為確保盾構穿越后地層不發(fā)生沉降，在下穿區(qū)段采用多孔注漿管片，每塊管片上增設3個，每環(huán)增設注漿孔15個，進行深孔二次注漿加固地層。注漿漿液采用水泥+水玻璃雙液漿，按水泥漿∶水玻璃=1∶1，注漿壓力為0.2～0.3MPa實施。

二次壓漿時必須指派專人負責，詳細記錄壓入位置、壓入量、壓力值，并根據(jù)地層變形監(jiān)測信息及時調(diào)整，確保壓漿工序的施工質(zhì)量[3-4]。

2.5 信息化施工

在盾構穿越期間，采用自動化監(jiān)測技術，實時監(jiān)測地鐵隧道的變形情況。確保盾構洞內(nèi)洞外信息溝通順暢，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整洞內(nèi)的盾構掘進和注漿參數(shù)[5-6]。

3 現(xiàn)場監(jiān)測

為確保污水盾構下穿武漢地鐵4號線順利通過，對影響范圍內(nèi)的地鐵進行監(jiān)控量測，共布設監(jiān)測斷面42處，監(jiān)測項目、頻率及控制值如表2所示。

表2 監(jiān)測項目

此次監(jiān)測共持續(xù)測量4個月，結(jié)構主體沉降最大為2.1mm，隧道最大累計收斂為1.8mm，隧道水平位移最大為3.1mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)均較小，軌道差異沉降不明顯，各監(jiān)測對象變形量在警戒值范圍內(nèi)。在污水盾構下穿地鐵過程中，地鐵均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

文章以武漢大東湖污水深隧下穿武漢地鐵4號線為工程背景，對盾構隧道穿越運營地鐵的施工安全控制措施進行了研究，得到了以下結(jié)論：

（1）下穿地鐵前，應設置盾構掘進試驗段，通過試驗對影響區(qū)的變形特征進行研究，積累經(jīng)驗，優(yōu)化掘進參數(shù)。

（2）盾構掘進土壓力應綜合計算、現(xiàn)場情況及工程經(jīng)驗進行確定，該項目計算掘進土壓力為0.283～0.357MPa；考慮列車動載較大，結(jié)合以往施工經(jīng)驗需適當增加軌道位置下的土壓力，因此在施工過程中，掘進土壓力控制在0.293～ 0.372MPa。

（3）盾構掘進速度控制在2～4cm/min，勻速推進，一個循環(huán)的出碴量應控制在22.12～25.52m3。

（4）為減小地層沉降，除了要同步注漿，還要在穿越段進行二次注漿。注漿過程中，也要嚴密監(jiān)測，并根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對注漿參數(shù)進行調(diào)整。