臧馬立

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101149）

0 引言

某市已建成3條地鐵，線路總運營里程60km，1、2號線分別呈南北和東西走向，已建成長度為21km和16km。地鐵主要建設(shè)范圍在距離地表20m以下，該市淺層土為第四紀沉積層，屬淤泥質(zhì)黏性土層。此類土層顆粒微細、固結(jié)度低、溶水性高、壓縮性高、滲透性低、易塑流。采用土壓平衡盾構(gòu)掘進機對地鐵區(qū)間隧道進行施工，不僅能提升施工機械化程度和速度，也不易對地面建筑物產(chǎn)生影響。本文結(jié)合具體實例，分析了地鐵隧道盾構(gòu)施工掘進技術(shù)，同時對盾構(gòu)下穿建筑物質(zhì)量控制措施進行了相應(yīng)研究。

1 地鐵隧道結(jié)構(gòu)形式

地鐵隧道通常為圓形，由內(nèi)徑5.5m的拼裝式管片組成，分為獨立的上、下行線。隧道外徑為6.2m，主要由6塊高精度混凝土管片拼裝組成，其中管片厚度為0.35m，環(huán)寬1m，管片與管片間的環(huán)向連接通常依靠12個M30mm×400mm的螺栓完成，縱向則依靠16個M30mm×985mm的螺栓完成。管片間的接縫使用821BF遇水膨脹橡膠防水密封條，防止出現(xiàn)滲漏而影響工程質(zhì)量。

2 盾構(gòu)掘進施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 土壓力的管理

在軟土土體環(huán)境中盾構(gòu)掘進時，應(yīng)確定土壓平衡，一般情況下土壓力的P0根據(jù)靜止土壓力為中心范圍進行取值，取值的上限不得超過水壓力和被動土壓力之和，下限不得低于水壓力和主動水壓力之和，同時在施工過程中應(yīng)動態(tài)跟蹤P0數(shù)值，結(jié)合覆土深度和地基變化監(jiān)測的數(shù)據(jù)靈活調(diào)整。針對難以建立土壓的承壓水地層，施工人員通過壓注高壓空氣和壓注泡沫的方式管理土倉，建立適當?shù)耐翂浩胶狻?/p>

2.2 出渣量計算及排土管理

（1）土壓平衡狀態(tài)下，對比實際土壓測值P1與P0，若與設(shè)計要求不相符合，可通過調(diào)整螺旋輸送機轉(zhuǎn)速和盾構(gòu)機推進速度，以此管理土壓和排土量。

（2）非土壓平衡狀態(tài)下，根據(jù)控制壓力差對出土量進行管理，并增加螺旋輸送機轉(zhuǎn)速，提高出土效率，擴大土倉的有效進土空間。若盾構(gòu)機刀盤正面土體的穩(wěn)定性和自立性較好，施工人員可往土倉加氣，改善螺旋輸送機的排土能力，避免出現(xiàn)“泥餅”現(xiàn)象，或者可降低盾構(gòu)機大刀盤扭矩的方式，提高盾構(gòu)掘進速度。

（3）出渣量控制，每環(huán)理論出渣量（實方）計算見下式：

式中：

D——盾構(gòu)切削外徑，取6.44m；

L——管片每環(huán)長度，取1.2m；

λ——渣土松散系數(shù)，一般軟土的松散系數(shù)為1.2，泥巖為1.5。

代入計算得V=46.88m3∕環(huán)；考慮土體松散系數(shù)為1.3，在運輸組織設(shè)計中，均按1.3×48.86=63.518m3考慮。采用容量為18m3的運輸渣土車，數(shù)量為4 臺，總運輸能力為72m3，可滿足施工運輸?shù)男枰?/p>

施工中每一循環(huán)進尺，應(yīng)檢查掘進施工的出土量并如實做好記錄，根據(jù)出土量判斷是否出現(xiàn)了超欠挖情況。

2.3 同步注漿、二次注漿、深孔注漿

導(dǎo)致地表變形和沉降的因素較為復(fù)雜，主要有盾構(gòu)施工引起的地層損失、盾構(gòu)施工干擾周圍圍巖、地下水的滲透等。因此，為控制地表沉降量，應(yīng)在隧道盾構(gòu)掘進施工時，在脫出盾尾襯砌管片背后注入足量的漿液材料，以填充空隙。

（1）同步注漿。在隧道盾構(gòu)掘進施工中，應(yīng)遵循隨進隨注的原則，同步向盾尾建筑空隙中注入漿液[1]。具體通過盾構(gòu)機自設(shè)的同步雙泵四管路（四注入點）對稱注漿，改善支撐結(jié)構(gòu)，避免隧道洞身穿越地層變形，埋下巨大安全隱患[2-3]。同步注漿施工方案如圖1所示。

圖1 同步注漿施工方案

（2）二次注漿。經(jīng)過同步注漿后，隧道盾尾空隙得到有效改善，地層變形和地表沉降量也得到了控制。但檢查同步注漿施工質(zhì)量后發(fā)現(xiàn)，凝固漿液存在局部分布不均勻和收縮問題，為保證背部襯砌注漿層的性能，應(yīng)進行二次注漿，覆蓋不均勻和收縮空隙，使得漿液面層的防水性能和密實度達到設(shè)計要求[4]。綜合分析地表沉降監(jiān)測信息和隧洞內(nèi)超聲波探測監(jiān)測的結(jié)構(gòu)，確定隧道襯砌背后是否存在空洞，管片襯砌是否存在嚴重的滲漏問題，若出現(xiàn)了以上問題，即可采取二次注漿。

（3）深孔注漿。深孔注漿應(yīng)采用雙液漿，體積比例為1∶1，注漿施工結(jié)束28d后，隧道襯砌的土體抗壓強度應(yīng)保持在1MPa以上。

2.4 主要參數(shù)

（1）注漿壓力。在注漿時應(yīng)加強注漿壓力的控制，避免出現(xiàn)過大或過小的問題。若注漿壓力過小，管片襯砌周圍土體填充量將無法滿足施工要求，導(dǎo)致地表變形量加大；若注漿壓力過大，漿液會對管片襯砌周圍土體造成干擾，并且容易導(dǎo)致跑漿缺陷。綜合考慮相關(guān)影響因素，同步注漿壓力控制范圍為0.2～0.4MPa。

（2）注漿量。同步注漿的根本目的是填充盾尾建筑空隙，實際的注漿作業(yè)中應(yīng)根據(jù)漿液滲透、盾構(gòu)糾偏等因素調(diào)整注漿量，以保證襯砌加固效果。注漿量可用下式進行計算：

式中：

Q——注漿量，m3；

V——盾尾建筑空隙，m3；

λ——注漿率，取1.5～1.8。

式中：

D——盾構(gòu)切削土體直徑，取6.44m；

d——管片外徑，取6.2m；

L——管片寬度，取1.5m。

則：V=3.57m3。

經(jīng)計算，Q為5.36～6.68m3。根據(jù)杭州市地方標準要求，每環(huán)實際注漿量應(yīng)為理論注漿量的150%～250%，故線路注漿量控制值為8.04～14.01m3。

控制注漿壓力，檢查注漿量，并根據(jù)不同的地層環(huán)境調(diào)整注漿結(jié)束標準。如果是在正常地層土體環(huán)境中，每循環(huán)的注漿量應(yīng)保持在5.36m3以上，但如果是粉砂土、曲線段和黏土層應(yīng)適當調(diào)整，具體情況如下：（1）若盾構(gòu)掘進的土層為粉砂層，應(yīng)增加注漿量，維持注漿量與注漿壓力的平衡；（2）若在隧道曲線段實施盾構(gòu)掘進施工時，應(yīng)根據(jù)出土量增加注漿量，避免出現(xiàn)超欠挖情況；（3）若盾構(gòu)掘進的土層為自穩(wěn)能力差的黏土地層，同時注漿量小于注漿壓力時，應(yīng)增加注漿量直至注漿壓力的上限，接著實施二次注漿，增加襯砌結(jié)構(gòu)的抗壓強度。

3 盾構(gòu)穿越構(gòu)筑物沉降控制實例

3.1 盾構(gòu)穿越廠房的沉降特點

塑料廠廠區(qū)約30m×30m，隧道軸線從中部偏西穿越，有兩幢東西向橫臥于隧道上方的廠房。從施工規(guī)劃來看，塑料廠區(qū)分為南北兩個廠房結(jié)構(gòu)，其中北廠房為獨立的混凝土框架結(jié)構(gòu)，下部還有一條東西走向的防空洞，防空洞的長度為3～4m，上行線和下行線隧道掘進兩次從廠房底部穿越；而南廠房為條型基礎(chǔ)的磚混結(jié)構(gòu)。

為避免隧道盾構(gòu)掘進施工干擾塑料廠的生產(chǎn)作業(yè)和保證廠房的安全性，應(yīng)加強對廠房地表沉降的檢測，全過程動態(tài)跟蹤盾構(gòu)掘進施工，并輔助雙液注漿，控制廠房沉降[5]。

根據(jù)實測資料的反饋，發(fā)現(xiàn)塑料廠廠房的沉降變化較為復(fù)雜，會受到超載作業(yè)的影響，主要呈現(xiàn)以下特點：（1）在隧道盾構(gòu)施工前，地表無隆起；（2）盾尾建筑空隙同步注漿復(fù)雜，注漿量大；（3）施工后沉降量大；（4）沉降周期長，范圍廣，是普通地表沉降的1.5倍。

3.2 盾構(gòu)穿越密集建筑群的沉降控制

根據(jù)施工規(guī)劃的設(shè)計，地鐵1號線將穿越人民廣場和附近商圈，人民廣場站至黃陂路站區(qū)間地鐵隧道全長1200m，并且該區(qū)間是整個地鐵隧道施工中構(gòu)筑物最多的區(qū)間，多住宅、商業(yè)店鋪、學(xué)校和一些結(jié)構(gòu)性較差的房屋結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)掘進環(huán)境復(fù)雜，對施工技術(shù)的要求較高。

盾構(gòu)施工將繼續(xù)從人民廣場站南端推進，盾構(gòu)施工穿越的土體多為淤泥質(zhì)黏土，覆蓋土層的厚度基本在10～16m。通過分析其他區(qū)間隧道盾構(gòu)掘進施工的經(jīng)驗，總結(jié)了土壓、注漿量、注漿壓力及盾構(gòu)機轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置的規(guī)律和特點，并配合智能化控制和精細化管理，經(jīng)檢測施工沉降控制均符合工程規(guī)定表面，構(gòu)筑物最大地表沉降量不超出30mm，裂縫缺陷出現(xiàn)概率較小，只在施工后期出現(xiàn)2處短且無害的裂縫。

4 動載條件下盾構(gòu)穿越地鐵施工技術(shù)

4.1 工程簡況

人民公園站至河南路站區(qū)間隧道的施工過程中，在出洞位置處，盾構(gòu)需下穿運營中的1號線。完成出洞后，盾構(gòu)要在與1號線隧道間隔12m處與其呈85°斜交，同時保證1號線隧道底部和2號線隧道頂部間距控制在1m，且保證隧道埋深為17.5m。

（1）在整個2號線車站建設(shè)中，2號線隧道存在不同程度下沉，最大數(shù)值為12mm，累計沉降量未超過15mm。因此，沉降3mm是下穿1號線隧道時允許出現(xiàn)的最大沉降量。

（2）在整體施工完成且投入運營后，已通過雙液漿、聚氨酯、旋噴注漿以及分層注漿等多種方法對1號線隧道底部進行加固，但因漿液無法均勻分布，盾構(gòu)機在掘進時也就無法有效保證隧道控制軸線的穩(wěn)定性。

（3）盾構(gòu)在出洞后會立即進入到加固區(qū)，且會同時受到現(xiàn)有隧道與附近商業(yè)建筑的影響，從而增大施工難度。

4.2 主要施工技術(shù)

（1）基于技術(shù)條款規(guī)定的質(zhì)量要求，優(yōu)化洞門混凝土吊除方案，提高施工效率，降低正面土體的流失量。

（2）多次試驗調(diào)優(yōu)施工參數(shù)，盾構(gòu)出洞時的土壓宜設(shè)置為0.23MPa，每一循環(huán)的出土量應(yīng)控制為理論值的95%，具體出土量為30m3∕環(huán)，勻速盾構(gòu)掘進，掘進速度保持在1cm∕min。若在盾構(gòu)掘進過程中遭遇加固區(qū)，應(yīng)調(diào)整刀盤扭矩，充分切削破碎加固土體，降低工后沉降量。

（3）如有需要，可在刀盤中添加潤滑劑（如發(fā)泡劑、水），降低刀盤所受扭矩，改善掘進環(huán)境。

（4）全過程信息化監(jiān)測盾構(gòu)掘進施工，地鐵1號線選擇應(yīng)用高精度邊通管邊監(jiān)測的方法，監(jiān)測間隔10min，自動收集隧道變形情況，并通過系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_，為技術(shù)人員判斷地表變形量和調(diào)整施工參數(shù)提供數(shù)據(jù)參考。同時，在上、下行線隧道內(nèi)各裝置了一個巴塞特收斂系統(tǒng)量測環(huán)，共設(shè)計20組測點，用于收集1號線路的徑向變形信息。

（5）巴塞特收斂系統(tǒng)量測環(huán)具有高分辨率、高精度及高靈敏性等優(yōu)點，根據(jù)其反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整優(yōu)化同步注漿量，能夠有效保證盾尾建筑空隙的填充效果。另外，考慮到同步注漿所采用的單液惰性漿液易產(chǎn)生泌水和離隙現(xiàn)象，因而在同步注漿結(jié)束后應(yīng)檢查1號線隧道下沉和2號線隧道上浮的情況，輔助雙液漿補強加固，控制隧道工后沉降量，確保沉降量不超過3mm。

5 結(jié)束語

總而言之，在對地鐵隧道工程進行施工時，盾構(gòu)施工具有安全性和效率高等優(yōu)于其他施工方式的特點，因而被廣泛應(yīng)用在地鐵施工中。本文結(jié)合具體實例，討論分析了地鐵隧道盾構(gòu)施工掘進技術(shù)，同時對盾構(gòu)下穿建筑物沉降控制進行了相應(yīng)研究。希望本文的研究成果和觀點能為盾構(gòu)施工的順利開展和后續(xù)的發(fā)展提供一定借鑒與參考。