曹彥華 劉超 張衛(wèi)亮 陶文駿

摘? 要：盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復(fù)雜工況中的應(yīng)用研究主要探討該技術(shù)在解決施工中的挑戰(zhàn)和保證施工安全方面的效果。研究發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)能夠有效應(yīng)對(duì)有水地層近距離下穿施工中的水壓、水流等問(wèn)題，保證施工安全。在鄰近既有線等復(fù)雜工況中，該技術(shù)需要充分考慮既有線的穩(wěn)定性和安全性，確保施工過(guò)程不對(duì)其造成損害。合理的施工布置和控制措施能夠確保施工的安全性和效率。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)；有水地層近距離下穿；鄰近既有線；鋼套筒；盾構(gòu)機(jī)

中圖分類號(hào)：U455.43? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）08-0174-04

Abstract： Research on the application of shield steel sleeve receiving technology in complex working conditions such as water stratum and adjacent existing lines mainly discusses the effect of this technology in solving the challenges in construction and ensuring construction safety. It is found that the receiving technology of shield steel sleeve can effectively deal with the problems of water pressure and water flow in the construction of water stratum in short distance， and ensure the safety of construction. In the complex working conditions such as adjacent to the existing line， this technology needs to fully consider the stability and safety of the existing line to ensure that the construction process will not cause damage to it. Reasonable construction layout and control measures can ensure the safety and efficiency of construction.

Keywords： shield steel sleeve receiving technology; water stratum penetrating at short distance; adjacent to existing line; steel sleeve; shield machine

隨著城市化進(jìn)程的加快，地下空間的利用需求不斷增加。盾構(gòu)作為一種高效、安全、環(huán)保的地下隧道掘進(jìn)方法，在城市地下工程中得到了廣泛應(yīng)用。然而，在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復(fù)雜工況中，盾構(gòu)施工面臨著一系列技術(shù)難題和風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在這些復(fù)雜工況中的應(yīng)用具有重要意義。

本研究的背景是針對(duì)北京地鐵16號(hào)線豐益橋南站-豐臺(tái)站區(qū)間盾構(gòu)在豐臺(tái)站東端頭近距離下穿既有地鐵10號(hào)線及水下鄰近既有線接收工程，解決盾構(gòu)施工中的技術(shù)難題和風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率和施工質(zhì)量，確保既有地鐵運(yùn)營(yíng)安全。研究的目的是探索盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復(fù)雜工況中的應(yīng)用，提出相應(yīng)的解決方案和技術(shù)路線，為實(shí)際工程提供參考和指導(dǎo)。

1? 盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)的理論基礎(chǔ)

作為一種剛性構(gòu)造，鋼套筒具備承受地層在垂直和水平方向上的壓力的能力，以降低其對(duì)盾構(gòu)機(jī)的影響。由于地質(zhì)條件的特殊性，盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞過(guò)程中常會(huì)遇到復(fù)雜情況，如大直徑鋼管樁與土相互作用以及圍巖擾動(dòng)、鄰近建構(gòu)筑物、含水地層始發(fā)及接收等問(wèn)題，這使得鋼套筒成為解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵手段之一。因?yàn)殇撎淄驳拇嬖?，地層得到了可靠的支撐，保證盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力穩(wěn)定，從而有效地避免了地層塌方和失穩(wěn)，進(jìn)而保障了施工的安全性。為了提高盾構(gòu)隧道掘進(jìn)速度和質(zhì)量，需要對(duì)鋼套筒進(jìn)行精確設(shè)計(jì)與加工，以便于更好地為工程施工服務(wù)。借助鋼套筒的引導(dǎo)，盾構(gòu)機(jī)得以在地層中向前推進(jìn)，從而確保施工過(guò)程的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性。鋼套筒接收整體示意圖如圖1所示。

2? 盾構(gòu)隧道穿越既有線結(jié)構(gòu)的施工方案

2.1? 洞內(nèi)注漿加固

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)在隧道周圍地層進(jìn)行注漿，加固地層，提高地層的穩(wěn)定性和承載能力。注漿材料通常為水泥漿或聚合物漿料，通過(guò)注漿加固，可以減小地層沉降的幅度。注漿加固的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、效果明顯，能夠有效地控制地層的沉降。

2.2? 注入克泥效

由于開(kāi)挖直徑大于盾構(gòu)機(jī)盾體外徑，且盾構(gòu)機(jī)前盾外徑比中盾和盾尾外徑都大，同步注漿是在盾尾最后邊隨掘進(jìn)充填盾尾外徑和管片外徑之間的空隙，刀盤開(kāi)挖至盾構(gòu)機(jī)尾部約9 m距離的施工間隙始終沒(méi)有及時(shí)填充，為了解決這種情況，在盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)入地鐵區(qū)間及影響范圍時(shí)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)前盾體預(yù)留的徑向孔注入高黏度塑性的膠化體，即克泥效，對(duì)盾體前行起到潤(rùn)滑減阻和及時(shí)填充支護(hù)的作用?？四嘈Чしㄊ菍⒏邼舛鹊念愃蒲栏酄畹母唣ざ人苄阅z化體裝入和盾尾油脂桶一樣的桶內(nèi)，采用和盾尾油脂泵一樣的設(shè)備通過(guò)加裝2根管路壓入到盾構(gòu)機(jī)中前盾頂部的11、1點(diǎn)鐘位置。注入克泥效可有效防止同步注漿漿液填充之前盾體上部土體的下沉，克泥效的注入與掘進(jìn)同步進(jìn)行。

2.3? 二次補(bǔ)漿

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)完成后，為了進(jìn)一步鞏固地層，防止沉降和既有線結(jié)構(gòu)上浮，可以進(jìn)行二次補(bǔ)漿。二次補(bǔ)漿是指在盾構(gòu)機(jī)出洞后，在隧道周圍地層進(jìn)行再次注漿，填充可能存在的空隙，增加地層的密實(shí)度和穩(wěn)定性。二次補(bǔ)漿的優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)一步加固地層，提高地層的穩(wěn)定性和承載能力。

二次補(bǔ)注漿漿液采用水泥、水玻璃雙液漿，水玻璃用水1∶1稀釋（具體比例根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所需初凝時(shí)間進(jìn)行配比），水泥漿水灰比為1∶1，水泥漿與水玻璃漿體積比1∶1。為了在管片脫出盾尾后及時(shí)進(jìn)行二次注漿補(bǔ)注，提前在盾尾內(nèi)的管片吊裝孔上安裝50 mm球閥，在管片脫離盾尾4～6環(huán)時(shí)進(jìn)行二次注漿；注漿的點(diǎn)位為隧道頂部10～2點(diǎn)鐘位置，注漿點(diǎn)位交替進(jìn)行；注漿量以注漿壓力控制在0.2～0.3 MPa以內(nèi)進(jìn)行注入，避免使10號(hào)線結(jié)構(gòu)上浮，影響地鐵10號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全。

通過(guò)采取洞內(nèi)注漿加固、克泥效和二次補(bǔ)漿等方式，可以有效控制盾構(gòu)隧道穿越既有線結(jié)構(gòu)過(guò)程中的沉降，同時(shí)避免既有線結(jié)構(gòu)的上浮，確保地鐵運(yùn)營(yíng)的安全性和穩(wěn)定性。這些措施可以提高施工過(guò)程中的地層穩(wěn)定性，減小對(duì)既有線結(jié)構(gòu)的影響，保證隧道施工和地鐵運(yùn)營(yíng)的順利進(jìn)行。

3? 有水地層下穿及鄰近既有線鋼套筒接收方案

3.1? 鋼套筒接收方案設(shè)計(jì)

為了確保鋼套筒長(zhǎng)度和直徑的準(zhǔn)確性，必須對(duì)水地層的特性、厚度及水位等地質(zhì)條件信息進(jìn)行深入研究。為確保鋼套筒在受到地下水壓力和其他外部力的情況下仍能保持穩(wěn)定，必須選用具備足夠強(qiáng)度和抗腐蝕性的鋼材。為確保鋼套筒施工的質(zhì)量和效率，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最適宜的施工方式，如預(yù)制拼裝、直接推進(jìn)等。為確保鋼套筒與既有線結(jié)構(gòu)的安全連接，必須精心構(gòu)思連接方式，包括但不限于螺栓連接、焊接等，以確保連接的穩(wěn)定性和可靠性。為確保鋼套筒的穩(wěn)定性，必須根據(jù)地質(zhì)條件和盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)情況，制定相應(yīng)的支撐措施，包括但不限于注漿、灌漿等，以確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為確保鋼套筒接收過(guò)程中既有線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)施了一系列沉降控制措施，包括安裝沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制推進(jìn)速度等，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。盾構(gòu)機(jī)鋼套筒安裝如圖2所示。在鋼套筒接收方案的設(shè)計(jì)中，必須全面考慮施工過(guò)程中的安全因素，包括但不限于防止水和泥漿滲入、避免泥漿噴射等，以確保施工過(guò)程的安全可靠性。

3.2? 盾構(gòu)鄰近既有線接收的主要階段

3.2.1? 鋼套筒施工階段

為了確保盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中的安全和穩(wěn)定，采用了逐段安裝鋼套筒的策略，從而形成了一種暫時(shí)性的支撐結(jié)構(gòu)。這種臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)主要是對(duì)已完成施工部分進(jìn)行加固處理。這類暫時(shí)性地支撐結(jié)構(gòu)主要是為了加強(qiáng)已經(jīng)完成施工的部分，能夠有效地減少或消除由于土體變形引起的管片錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，并保證既有鐵路線路不發(fā)生位移及沉降，使其正常使用。為確保鋼套筒與既有線結(jié)構(gòu)的緊密聯(lián)結(jié)，必須采用恰當(dāng)?shù)穆?lián)結(jié)方式，如螺栓聯(lián)接、焊接等，以確保聯(lián)結(jié)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2.2? 盾構(gòu)機(jī)穿越既有線結(jié)構(gòu)階段

在進(jìn)行既有線結(jié)構(gòu)穿越時(shí)，必須確保與周遭環(huán)境保持恰當(dāng)?shù)木嚯x，以避免對(duì)其造成任何形式的破壞或傷害。通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)位置和姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整推進(jìn)速度和施工參數(shù)，以確保在已有線路結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)安全穿越。

3.2.3? 鋼套筒接收階段

在穿越既有線結(jié)構(gòu)后，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了接收鋼套筒的操作。同時(shí)，還應(yīng)該采取一些必要的技術(shù)控制措施來(lái)保障盾構(gòu)機(jī)和鋼套筒之間的正常工作關(guān)系，包括控制掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)既有隧道產(chǎn)生的影響以及及時(shí)更換損壞部件等。為確保鋼套筒與既有線結(jié)構(gòu)之間的緊密銜接，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，必須進(jìn)行連接操作。在進(jìn)行盾構(gòu)鄰近既有線接收的主要階段時(shí)，需特別留意保持與既有線結(jié)構(gòu)的安全距離，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)的位置和姿態(tài)，靈活調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度和施工參數(shù)，以確保鋼套筒與既有線結(jié)構(gòu)的緊密連接。

3.3? 盾構(gòu)出洞前后的封閉注漿措施

3.3.1? 出洞前的封閉注漿

在盾構(gòu)機(jī)洞口形成之前，需對(duì)鋼套筒進(jìn)行注漿封閉，以確保其完全隔離于地下水之中，避免水滲入。目前常用的注漿方法有水玻璃漿液、水泥－砂漿液、膨潤(rùn)土漿液和粉煤灰漿液。為確保施工過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性，必須精選適宜的注漿材料，如水泥漿、聚合物漿等，以達(dá)到最佳的注漿效果和封閉性能。

3.3.2? 出洞后的封閉注漿

經(jīng)過(guò)盾構(gòu)機(jī)出洞后，實(shí)施了一項(xiàng)封閉注漿的措施，以防止地下水和泥漿滲入，從而實(shí)現(xiàn)了洞口的完全封閉。目前常用的注漿材料有水泥、石灰等無(wú)機(jī)膠漿液或水泥砂漿，也有用化學(xué)漿液的情況。目前廣泛采用的注漿材料包括無(wú)機(jī)膠漿液、水泥砂漿以及化學(xué)漿液等。為確保洞口的穩(wěn)定性和密封性，我們應(yīng)當(dāng)選用具有卓越封閉性和耐久性的注漿材料，以保障施工過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。

3.3.3? 注漿施工方式

為確保注漿材料在需要封閉的區(qū)域充分滲透，必須根據(jù)具體情況精心規(guī)劃注漿孔的布局，以確保其充分發(fā)揮作用。通過(guò)分析影響鉆孔孔壁穩(wěn)定性因素，確定了不同地層中注漿材料在孔內(nèi)流動(dòng)時(shí)所需的最小注入量。通過(guò)對(duì)影響鉆孔孔壁穩(wěn)定性的因素進(jìn)行深入分析，確定了在不同地層中，注漿材料在孔內(nèi)流動(dòng)所需的最小注入量。同時(shí)提出，由于漿液擴(kuò)散半徑有限，因此，要盡可能提高注漿強(qiáng)度。為確保注漿材料充分填充空隙并形成穩(wěn)定的封閉層，必須實(shí)施精準(zhǔn)的注漿壓力和流量控制措施，以確保施工過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。

3.3.4? 注漿質(zhì)量監(jiān)測(cè)

為確保施工過(guò)程的安全性和可靠性，安裝了一套實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注漿質(zhì)量和效果的注漿質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以保障封閉層的品質(zhì)和穩(wěn)定性。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，由于受地質(zhì)條件及環(huán)境等因素影響，導(dǎo)致注漿不均勻，甚至出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。由于地質(zhì)條件和環(huán)境等多種因素的影響，現(xiàn)場(chǎng)施工中的注漿過(guò)程存在著不均勻甚至漏漿的問(wèn)題。

3.4? 盾構(gòu)鋼套筒接收的主要沉降控制措施

3.4.1? 沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了監(jiān)測(cè)地表沉降情況，建議在既有線結(jié)構(gòu)周圍和盾構(gòu)施工區(qū)域內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。通過(guò)分析得到了各測(cè)點(diǎn)處沉降量與時(shí)間之間的關(guān)系曲線。為了確保實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄沉降數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，我們需要精心挑選監(jiān)測(cè)設(shè)備，如沉降儀、測(cè)量?jī)x等，以確保數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和可靠性。

3.4.2? 沉降預(yù)測(cè)和模擬

通過(guò)運(yùn)用地質(zhì)勘探和資料分析技術(shù)，對(duì)盾構(gòu)施工對(duì)地下和地表沉降的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬，以期深入探究其本質(zhì)。建立一套預(yù)測(cè)沉降的模型，以預(yù)測(cè)在不同的施工階段和條件下沉降量和分布情況的變化趨勢(shì)。

3.4.3? 推進(jìn)速度控制

通過(guò)綜合分析沉降預(yù)測(cè)模型和實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度的高精度控制，從而有效控制沉降量和分布。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于受到土體特性、地質(zhì)條件以及掘進(jìn)工藝等因素的影響，導(dǎo)致不同地層之間存在較大差異，從而產(chǎn)生了一系列復(fù)雜變化。為了控制盾構(gòu)機(jī)的沉降效應(yīng)，必須根據(jù)實(shí)際情況對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，其中包括但不限于推力和刀盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以確保施工過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。

4? 盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在有水地層近距離下穿施工中的應(yīng)用效果分析案例

在北京地鐵16號(hào)線豐益橋南站-豐臺(tái)站區(qū)間盾構(gòu)近距離下穿既有地鐵10號(hào)線及水下鄰近既有線接收工程的施工中，區(qū)間結(jié)構(gòu)位于地鐵10號(hào)線下方，豎向最小凈距僅2.35 m，接收端距離地鐵10號(hào)線區(qū)間結(jié)構(gòu)最近僅10 m，不滿足盾構(gòu)出洞注漿加固長(zhǎng)度，且本施工區(qū)段盾構(gòu)區(qū)間全部位于地下水位以下，為保證盾構(gòu)接收及地鐵10號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全，采用鋼套筒接收。

施工布置方面，首先進(jìn)行了地質(zhì)勘探工作，以了解地下水情況和地質(zhì)條件。在設(shè)計(jì)和安裝階段，施工方針對(duì)地下水問(wèn)題采用了水封分隔的裝置。該裝置包括在盾構(gòu)機(jī)前部和尾部設(shè)置了水封門，以防止地下水進(jìn)入施工區(qū)域。此外，還在施工區(qū)域周圍設(shè)置了排水井和泵站，作為應(yīng)急抽排水。

施工實(shí)施效果分析方面，盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)有效地控制了地下水的流動(dòng)，減少了水壓對(duì)盾構(gòu)機(jī)的影響，提高了施工的穩(wěn)定性和安全性。通過(guò)水封裝置的設(shè)置，成功地阻止了地下水進(jìn)入施工區(qū)域，減少了地面沉降和地面塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。采用盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)，施工效率得到提高，減少了施工時(shí)間和成本。此外，施工過(guò)程中的排水措施有效保護(hù)了地下水資源，減少了對(duì)環(huán)境的污染和破壞。盾構(gòu)接收完成后呈現(xiàn)圖如圖3所示。

通過(guò)采用盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)，北京地鐵16號(hào)線在有水地層下穿既有地鐵的施工中成功解決了盾構(gòu)接收問(wèn)題。這些措施不僅提高了施工的穩(wěn)定性和安全性，減少了地面沉降和地面塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，確保了既有地鐵的安全運(yùn)營(yíng)。同時(shí)，施工效率得到了提高，施工時(shí)間和成本也大大降低。此外，通過(guò)排水措施的實(shí)施，還有效保護(hù)了地下水資源，減少了對(duì)環(huán)境的影響。這些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)在今后的地鐵施工中將具有重要的參考價(jià)值。

5? 結(jié)論與展望

盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在有水地層近距離下穿施工中能夠有效應(yīng)對(duì)水壓、水流等問(wèn)題，保證施工安全。在鄰近既有地鐵線路等復(fù)雜工況中，盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)需要充分考慮既有線的穩(wěn)定性和安全性，確保施工過(guò)程不對(duì)既有線造成損害。合理地施工布置和控制措施能夠確保施工的安全性和效率。鋼套筒的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量對(duì)于接收效果起著關(guān)鍵作用，需要加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和檢驗(yàn)。盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復(fù)雜工況中具有較好的應(yīng)用效果，為施工提供了可靠的解決方案。

盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在有水地層近距離下穿及鄰近既有線等復(fù)雜工況中的應(yīng)用研究具有重要意義。未來(lái)的研究應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)和完善該技術(shù)，以滿足更高要求的工程需求，并加強(qiáng)技術(shù)交流與合作，推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

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