劉順濤

中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

深圳市地鐵14號線附屬綜合管廊6～7#盾構(gòu)區(qū)間上跨已運(yùn)營深圳14號地鐵線朱坑區(qū)間左右雙線,綜合管廊盾構(gòu)斜切地鐵左右雙線,垂直距離小,周邊環(huán)境復(fù)雜,因此確保地鐵14號線運(yùn)營安全是施工中的重點和難點。本文通過采用提前進(jìn)行地層加固、掘進(jìn)參數(shù)控制、渣土改良、穿越區(qū)間地面和既有線路監(jiān)控測量等控制措施,達(dá)到了管廊盾構(gòu)施工順利穿越既有線路的目的。

1 工程概況

深圳市地鐵14號線附屬綜合管廊工程位于深圳市坪山區(qū),綜合管廊沿坪山大道布設(shè),總長13.62 km,共設(shè)13座綜合井和5座簡易井,分為6個盾構(gòu)區(qū)間,管廊隧道橫斷面全線內(nèi)徑6.0 m、外徑6.7 m。綜合井采用明挖順作法施工,綜合管廊隧道采用盾構(gòu)法開挖。

6～7#綜合管廊盾構(gòu)區(qū)間長度為1 596.698 m,縱坡從3.942%降至1.806%,線路最大曲線半徑為1 000 m,最小曲線半徑為300 m。綜合管廊隧道采用1臺? 6 980 mm雙模盾構(gòu)機(jī)施工,從7號綜合井小里程端始發(fā),沿坪山大道往東南方向掘進(jìn),然后通過6號綜合井。隧道襯砌為鋼筋混凝土管片,采用“3+2+1”組合,錯縫拼裝。管片環(huán)寬1 500 mm、厚350 mm,襯砌環(huán)外徑6 700 mm、內(nèi)徑6 000 mm。鋼筋混泥土管片設(shè)計強(qiáng)度為C50,抗?jié)B等級大于等于P10。

區(qū)間隧道上跨地鐵14號線朱洋坑站—坑梓站左線、右線。地鐵隧道為鋼筋混凝土襯砌,外徑6 700 mm,內(nèi)徑6 000 mm,厚度350 mm,環(huán)寬1.5 m。

綜合管廊區(qū)間隧道上跨已運(yùn)營14號線朱洋坑站—坑梓站左右線區(qū)間長度為78 m,共計53環(huán)管廊混凝土管片長度。管廊盾構(gòu)覆土約10.4 m,與地鐵隧道豎向凈距2.79～3.76 m,最小凈距2.79 m。

管廊隧道上跨地鐵14號線左右線縱斷面如圖1所示。

圖1 管廊隧道上跨地鐵14號線左右線縱斷面

綜合管廊隧道主要穿過中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化糜棱巖、中風(fēng)化砂巖地層、全風(fēng)化砂巖地層,盾構(gòu)覆土10.248～10.648 m。地鐵14號線隧道位于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化糜棱巖、中風(fēng)化砂巖中,地鐵埋深26.59～27.26 m。

上跨段區(qū)間沿線范圍內(nèi)地表水體主要河流為田坑水。雨季時河流水流量較大,水量及延續(xù)時間由雨量及降雨頻率決定。田坑水河床與盾構(gòu)頂板的距離約21.76 m,河床范圍內(nèi)地層主要為粉質(zhì)黏土,地表水與地下水之間水力聯(lián)系較為密切,存在降雨入滲補(bǔ)給的水力循環(huán)。

2 施工重點和難點

2.1 上跨豎向距離太近,夾層土體穩(wěn)定性較差

上跨區(qū)段管廊底部與地鐵14號線隧道頂最小凈距離為2.65 m,地質(zhì)條件為夾層覆土層,中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,風(fēng)化裂隙發(fā)育,管廊隧道位于強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化層砂巖地層中,覆土深度為10.3 m。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工過程中,前倉土壓力易出現(xiàn)損失,從而引起地面塌陷。在上跨既有地鐵線路前,要考慮上跨段覆土地層的穩(wěn)定、盾構(gòu)機(jī)自身荷載和既有地鐵線機(jī)車產(chǎn)生的動力荷載等因素。

2.2 地表沉降不利

已在運(yùn)行的地鐵線路,對管廊盾構(gòu)掘進(jìn)施工時,會產(chǎn)生地表沉降、塌陷等不利因素,施工控制要求高,須細(xì)致、合理地控制好各項掘進(jìn)參數(shù)。

2.3 加大對土體的擾動

盾構(gòu)施工過程中,管片拼裝時會對盾構(gòu)機(jī)前倉土壓力造成波動,進(jìn)一步對地表產(chǎn)生影響,為此需要做好保壓工作。管廊上跨地鐵14號線時的施工部位,位于轉(zhuǎn)彎半徑R為400 m的曲線段上,加大了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時對土體的擾動,使施工難度加大,盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)的控制是整個施工的關(guān)鍵。

2.4 保障既有地鐵線路正常運(yùn)營

深圳地鐵集團(tuán)統(tǒng)計的客流數(shù)據(jù)顯示,深圳地鐵14號線工作日的日均客運(yùn)量為20.04萬人次。在綜合管廊上跨14號線地鐵施工中,如何保證既有地鐵運(yùn)營的安全以及周邊市民的出行是重中之重,需要通過精細(xì)的組織和嚴(yán)密的策劃進(jìn)行施工。

3 地面預(yù)加固措施

綜合管廊盾構(gòu)在上跨既有地鐵線施工前,要根據(jù)補(bǔ)充地勘報告進(jìn)行分析,然后制定對上跨段的地層從地表進(jìn)行提前注漿預(yù)加固的措施,并對周邊道路、管線、地表和建筑物,按照相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行實物摸排和沉降監(jiān)測點布點。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,要聯(lián)合第三方監(jiān)測單位分別收集初始值數(shù)據(jù)。

地表注漿加固區(qū)的范圍按照綜合管廊隧道左右邊線外放3 m,加固深度為既有地鐵隧道頂部以上3 m左右。既有地鐵隧道左右兩側(cè)至隧道中部位置,從地面鉆孔注漿加固;采用袖閥管鉆孔注漿工藝,布孔間距2 m×2 m,孔位按梅花型布置。注漿漿液水灰比按0.75：1～1：1控制,壓力控制在0.5～1.0 MPa。注漿采用“先周邊、后中間”,隔孔注漿的注漿順序,先用雙液漿封邊,再中間灌注單液漿。

綜合管廊上跨地鐵14號左右線平面見圖2,綜合管廊上跨地鐵14號線地層加固斷面見圖3。

圖2 綜合管廊上跨地鐵14號左右線平面圖

圖3 綜合管廊上跨地鐵14號線地層加固標(biāo)準(zhǔn)斷面

4 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)控制

在本工程施工中,在上跨地鐵14號線前設(shè)置了試驗段、預(yù)警區(qū)、警示區(qū)以及穿越段,其中試驗段長52.5 m,預(yù)警區(qū)長22.5 m,警示區(qū)長39 m,穿越段共計長78 m。

上跨既有地鐵14號線作為該項目的重大安全風(fēng)險源,對地層沉降以及既有地鐵14號線成型隧道的沉降的控制要求高。在盾構(gòu)上跨施工過程中,盾構(gòu)掘進(jìn)對地鐵周邊的土體擾動進(jìn)一步加大,通過對試驗段掘進(jìn)參數(shù)的分析,掘進(jìn)參數(shù)的控制可以簡單總結(jié)為“勻速、連續(xù)、均衡、飽滿”[1]。

勻速:在上跨期間,掘進(jìn)速度保持在預(yù)定范圍內(nèi),應(yīng)避免掘進(jìn)速度忽快忽慢的情況發(fā)生。

連續(xù):在上跨期間,加強(qiáng)施工工序和設(shè)備的管理,預(yù)備充足的備用資源,確保盾構(gòu)機(jī)的各項機(jī)能正常工作,能連續(xù)掘進(jìn),避免因故障發(fā)生盾構(gòu)機(jī)停機(jī)的事件。

均衡:在各項掘進(jìn)參數(shù)保持穩(wěn)定的情況下,掘進(jìn)過程中掘進(jìn)速度、刀盤扭矩、土壓力三者保持相對的動態(tài)平衡狀態(tài)關(guān)系,各參數(shù)之間不發(fā)生突變。

飽滿:在管片壁后注漿、二次注漿的注漿量須保證注漿飽滿。另外需要注意的是,在將管片脫出盾尾后的空腔和縫隙,應(yīng)能及時的進(jìn)行注漿填充飽滿。

4.1 土壓力控制

在上跨過程中,根據(jù)不同的地層選擇不同的土壓平衡模式,掘進(jìn)過程中,始終保證土倉壓力與掌子面的水土壓力的動態(tài)平衡。依據(jù)試驗段盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和地面監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋的信息,結(jié)合地層埋深、地質(zhì)的變化,本工程在上跨掘進(jìn)過程中將土壓力控制在80～100 kPa。

4.2 推進(jìn)速度及推力設(shè)定

盾構(gòu)掘進(jìn)的速度和推力的選定是以保持土倉壓力為目的,掘進(jìn)速度過慢對土體擾動較大,且不利于掘進(jìn)過程中出渣量的控制;速度過快不利于掌子面的穩(wěn)定,容易造成土倉壓力不穩(wěn)的變化,為此應(yīng)該選擇合適的掘進(jìn)速度,來保證土倉壓力和出渣量的平衡,根據(jù)試驗段掘進(jìn)的情況,確定本項目上跨段盾構(gòu)掘進(jìn)速度控制在24～45 mm/min[2]。

在保證掘進(jìn)速度的同時,盾構(gòu)機(jī)的推力也應(yīng)相適應(yīng),過大的推力會導(dǎo)致已成形的管片發(fā)生變形造成破壞,隧道軸線也會產(chǎn)生偏差,同時對盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)和電氣設(shè)備造成一定的損傷;過小的推力會使盾構(gòu)機(jī)的回轉(zhuǎn)角變化較快,不利于控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。通過綜合分析發(fā)現(xiàn),上跨段盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的推力以不超過2 300 t為宜。

4.3 掘進(jìn)方向的控制

通過調(diào)整盾構(gòu)機(jī)各分區(qū)千斤頂?shù)膲毫?、鉸接油缸壓力及刀盤轉(zhuǎn)向,進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整,其控制原則如下。

1)盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)角通過改變刀盤旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)應(yīng)及時、迅速。

2)盾構(gòu)機(jī)的豎向軸線偏差,控制在+20 mm以內(nèi);垂直趨向偏差,控制在±3 mm/m以內(nèi);傾角偏差不超過±5 mm/m以內(nèi)。

3)盾構(gòu)機(jī)水平方向偏差,控制在+20 mm以內(nèi);水平趨向偏差,控制在±3 mm/m以內(nèi)。

4)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中操作人員應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)章操作,避免大幅度的軸線糾偏動作的發(fā)生,在進(jìn)入圓曲線前,提前調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。

4.4 出土量的控制

工程出土量控制采取出土體積控制,單環(huán)管片理論出土量為57.4 m3,根據(jù)地質(zhì)情況確定松散系數(shù)為1.3,每環(huán)出渣量為74.6 m3,即理論出土量V1控制在(73±4) m3。

4.5 同步注漿控制

4.5.1 注漿材料及配比設(shè)計

根據(jù)施工中不斷優(yōu)化漿液配比,本工程盾構(gòu)采用的同步注漿配比見表1。

表1 同步注漿配合比

4.5.2 注漿壓力

同步注漿時,要求壓入口的壓力大于該點的靜止水壓及土壓力之和。若注漿壓力過大,管片外的土層將會被漿液擾動造成較大的后期地層沉降及隧道本身的沉降問題,并易造成跑漿;注漿壓力過小,漿液填充速度過慢,填充不充足,也會使地表變形增大。一般注漿壓力為200～300 kPa,通常取注入壓力為地層阻力加上0.1～0.2 MPa。

由于從盾尾圓周上的4個點同時注漿,考慮到水土壓力的差別,并防止管片大幅度下沉和浮起的需要,各點的注漿壓力將不同,并保持合適的壓差,以達(dá)到最佳效果。在最初的壓力設(shè)定時,下部每孔的壓力比上部每孔的壓力略大50～100 kPa。

4.5.3 注漿量

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)開挖直徑和混凝土管片外徑,按下式計算出每一環(huán)混凝土管片的理論注漿量。

V=π/4×(D1-D2)×K×L

(1)

式中:V為環(huán)注漿量,m3;L為環(huán)寬,m;D1為開挖直徑,m;D2為管片外徑,m;K為擴(kuò)大系數(shù),取1.5～2.5。

代入相關(guān)數(shù)據(jù),可得:

V=π/4×(6.982-6.72)×1.5×(1.5～2.5)=6.77～11.28 m3/環(huán)

(2)

根據(jù)上面公式計算,本項目上跨段注漿量取環(huán)形間隙理論體積的1.5～2.5倍,則每環(huán)(1.5 m)注漿量Q為6.77～11.28 m3。針對本區(qū)間地質(zhì)以中分化地層為主,取每環(huán)7 m3。

5 監(jiān)控測量技術(shù)措施

5.1 監(jiān)測點布置及頻率要求

管廊盾構(gòu)穿越地鐵14號左右線時,分別對地面和既有地鐵隧洞進(jìn)行加密監(jiān)測。其中地面按照上跨段每10 m布設(shè)1個大斷面,每個斷面7個點,監(jiān)測頻率為2 h/次;在保證地鐵14號線正常運(yùn)營的情況下,對既有地鐵隧道進(jìn)行洞內(nèi)自動化監(jiān)測,監(jiān)測頻率為2 h/次,監(jiān)測范圍為上跨范圍向外側(cè)延伸5倍洞徑范圍布置,每隔6 m布置1個監(jiān)測斷面,1個斷面上布置6個監(jiān)測點[3]。

管廊盾構(gòu)上跨地鐵14號左右線隧道前,對地鐵14號線洞內(nèi)、地面進(jìn)行監(jiān)測點布設(shè),邀請第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確,施工時監(jiān)測全天在崗,及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),及時調(diào)整盾構(gòu)上跨地鐵時掘進(jìn)參數(shù)。

5.2 監(jiān)測項目及預(yù)警值

上跨段施工時,對上跨越既有線區(qū)域的地表和14號線左右線隧道及管廊隧道分別進(jìn)行地表沉降、洞內(nèi)凈空、管片下沉、管片位移等進(jìn)行監(jiān)測。參考相似工程的經(jīng)驗,結(jié)合本工程實際情況,按照不同的變化速率,對綜合管廊上跨段的地面、地下成型隧道和既有14號地鐵左右雙線,分別制定了三級預(yù)警管控措施。綜合管廊監(jiān)測項目及預(yù)警值見表2,既有14號線運(yùn)營區(qū)間監(jiān)測項目及預(yù)警值見表3。

表2 綜合管廊監(jiān)測項目及預(yù)警值

表3 既有14號線運(yùn)營區(qū)間監(jiān)測項目及預(yù)警值 單位:mm

6 結(jié)束語

在深圳14號線附屬管廊盾構(gòu)機(jī)上跨既有地鐵線路施工前期準(zhǔn)備中,對既有地鐵線路周邊地質(zhì)情況進(jìn)行摸排、對周邊建筑物和管線進(jìn)行調(diào)查以及后續(xù)采取地質(zhì)加固措施,在整個施工過程中顯得十分重要。在上跨段的施工過程中,各崗位之間需要嚴(yán)密配合,按照既定的技術(shù)參數(shù)和預(yù)案進(jìn)行操作;各項監(jiān)測數(shù)據(jù)、信息及時反饋,為決策層合理確定盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工參數(shù)提供了有力的保障。此次順利上跨已在運(yùn)營的既有地鐵隧道,不僅對周邊市民的正常出行影響降到了最低,同時也有效保證了綜合管廊隧道的成形質(zhì)量和周邊道路、建筑物的安全使用。