金志斌,周 雄

中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

随着城市建设的快速发展,地下综合管廊的优势得到了充分的体现。由于城市总体规划的时间效应及复杂性,致使管廊施工的环境条件越来越复杂,管廊施工需要穿越多种不同的障碍物。深圳地铁14号线综合管廊实施时,需要上跨既有地铁双线。由于上跨既有地铁线路净距小、洞间地层地质条件复杂,跨越路径为复杂的曲线线路,因此,上跨实施过程中需要动态调整盾构掘进姿态,不可避免地会对跨越区间段的土层、建(构)筑物、各类管线造成一定的干扰和影响。因此,为了将这些负面影响控制在标准范围以内,管廊跨越地铁线路的实施,必须采取科学、合理的技术及管理措施,遵循“连续掘进、匀速通过”的基本原则,确保上跨掘进安全顺利实施及既有线路的正常运营。

1 工程概况

深圳地铁14号线综合管廊7号至6号综合井盾构区间需要跨越14号地铁线,盾构区间里程为PK5+557.095～PK6+093.864,长度为1 596.698 m;6号综合井至7号综合井盾构区间设置9处平曲线,曲线半径为300～1 000 m。综合管廊7号至6综合井盾构区间采用1台开挖直径为6 980 mm的双模盾构机施工,从7号综合井始发,沿坪山大道往东南方向掘进,到达6号综合井。管廊在PK7+592.244～PK7+558.385第1次上跨地铁14号线朱坑区间左线(对应地铁里程为ZDK44+410.681～ZDK44+376.924),跨越长度约33.859 m;在PK7+556.802～PK7+517.484第2次上跨地铁14号线朱坑区间右线(对应地铁里程为ZDK44+378.018～ZDK44+338.715),跨越长度约39.318 m。该管廊盾构区间跨越地铁14号线隧道平面位置见图1。

图1 管廊盾构区间跨越地铁14号线隧道位置平面图

14号线综合管廊在上跨地铁14线区间,采用土压平衡模式掘进,盾构机刀盘直径为6 980 mm,钢筋混凝土管片跟进衬砌,其外径和内径分别为6 700 mm和6 000 mm,结构埋深约27 m。14号线地下管廊与地铁14号线隧道最小净距仅为2 790 mm,地下管廊盾构跨越时实际净距只有2 650 mm。具体立面位置关系见图2。

图2 管廊上跨地铁14号线立面位置关系图

7号至6号综合井盾构区间及跨越区域周边情况非常复杂,区间沿线管线众多,主要包括雨水管、污水管、给水管、燃气管、通信管、电力管等,盾构区间沿线穿越众多建筑物,侧穿建筑物最小水平净距仅0.38 m。

2 管廊上跨盾构区间地质状况

14号线综合管廊与地铁14号线右线交叉区域,管廊隧道洞身位于全风化和中风化砂岩,地铁14号线隧道位于中风化砂岩中,管廊隧道与地铁14号线区间右线隧道的竖向净距为3.37～3.76 m,管廊隧道覆土厚度为0.5～10.9 m。

14号线综合管廊与地铁14号线左线交叉区域,管廊隧道洞身位于强风化和中风化砂岩,地铁14号线隧道位于中风化砂岩中,管廊隧道与地铁14号线区间左线隧道的竖向净距为2.79～3.36 m,管廊隧道覆土厚度10.4～10.5 m。

3 盾构跨越控制重点

3.1 上跨竖向距离近,要尽量减少扰动

上跨区段管廊底部与地铁14号线隧道顶最小净距仅2.65 m,中间土层为4-2中风化泥质粉砂岩,裂隙分布密集,上跨段管廊位于强风化、中风化层砂岩中,覆土最小深度约10.4 m,盾构掘进过程中土仓压力不易保持稳定,而导致地面沉降。因此,在管廊盾构上跨地铁14号线隧道时,要采取措施确保地层的稳定性,需要考虑盾构机自重及地铁既有线路机车试车过程中产生的动载等因素,盾构掘进时,尽量避免或减少扰动是盾构掘进过程中的重点和难点。

3.2 渣土改良

盾构掘进时隧道地层存在中风化泥质粉质砂岩,盾构掘进时有糊刀盘等异常情况,影响正常掘进施工。因此,在盾构掘进时,根据隧道地层情况适时动态调整掘进参数,并根据土仓压力及出渣情况及时跟踪改良渣土至关重要。

3.3 合理控制掘进参数

由于地铁14号线轨道已经铺设完成,对盾构掘进时产生的扰动及变形有严格的要求。盾构上跨掘进期间,地铁14号线采用自动化监测,因此,盾构掘进参数的选择要在总结试验段及前期掘进洞段参数的基础上合理选取,并在上跨掘进过程中加强监测,适时动态调整,将地表沉降及对既有线路的变形影响控制在正常范畴。

3.4 管片拼装时的土仓保压

在管片拼装期间,盾构机通常会有些微的后退,由于停机保压,土仓中的气压也会因损耗而导致前仓土压力变小。停机保压拼装管片期间,土仓土压力值会有约0.1 MPa的变化。故此在管廊上跨期间,在管片拼装停机保压前,将土仓压力适当提高0.1～0.2 MPa,从而避免因土仓压力损失引起地表塌陷。

3.5 盾构上跨掘进时的盾构姿态

管廊盾构上跨地铁14号线时,上跨曲线段转弯半径为400 m。管廊盾构跨越掘进时,姿态的改变对周围有较大的影响[1]。

4 管廊隧道上跨掘进

管廊盾构掘进至上跨交叉区段之前,对该区段地层提前进行地表加固,进入预警区后开始进行监测。上跨过程中,根据地层地质情况,通过加强监测等手段适时跟进调整掘进参数。跨越后,根据实时监测和巩固注浆等措施加以控制,通过跨越前、中、后3个阶段控制措施,确保盾构上跨地铁14号线顺利实施。

4.1 施工准备

对上跨区域地下管线及设施等进行联合调查,并进行安全和风险评估。对上跨区域进行测量放样,将14号线管廊中线、轮廓线和影响边界线进行地面标识,联合地铁14号线管理单位对该线路洞内受影响范围进行洞内标识,做好技术、设备、材料、人员及其他相关准备工作。

地面注浆采用垂直深孔注浆加固,注浆孔梅花形布置,间距1.0 m×1.0 m,注浆横向范围为隧道轮廓线外3.0 m,竖向为地铁拱顶上60 cm起至管廊隧道底部。根据现场施工条件选择袖阀管注浆。采用先周边、后中间,隔孔注浆的注浆顺序。先用水泥-水玻璃双液浆封边,再中间灌注单液水泥浆。

上跨区域范围内,所有详勘孔及补勘孔均进行了封堵。

4.2 盾构上跨掘进

盾构掘进主要遵循“连续掘进、匀速通过”的原则,根据区间地质情况、渣样分析及监测情况,实时动态调整主要掘进参数,优化外加剂配比,改良渣土、控制出土量,及时跟进同步注浆和做好二次注浆。

在跨越后,对结束里程连续10环的管片进行二次注浆,继续对上跨段实施监测,实时分析监测数据,动态调整掘进参数,确保上跨段的安全、稳定。

4.2.1 掘进参数

1)土仓压力。对前期掘进情况进行了分析总结,对盾构上跨掘进的适应性作出合理判断。根据盾构掘进位置的埋深、土层地质状况及监测结果对上部土压计算值进行动态调整。上跨期间采用土压平衡模式掘进,用气压辅助以降低土仓土位高度。根据该区段土层地质条件,为减少盾构施工对既有线的影响,土仓压力值按[(80～120)±10] kPa的下限控制。

2)出渣量。依据盾构隧道每环理论出渣量及改良渣土所用泡沫与加水量,严格按照不大于80 m3控制每环掘进出渣量,以确保开挖面的稳定,并保持土仓气压恒定。实际每环出渣量根据监控量测、渣斗余量和实测数据及时调整。

3)掘进推力及速度。选取合适的盾构掘进推力及推进速度,以保持土仓正常压力。并根据土层地质及监测情况实时动态调整。根据试验洞段掘进效果,结合上跨段实际情况,选取盾构总推力为1 500～3 000 t,掘进速度为20～40 mm/min。

4.2.2 盾构姿态

在盾构姿态满足管廊设计轴线要求的基础上,姿态控制做到勤纠、少纠、不超限,单次纠偏量控制在5 mm/m,以减少土体的超挖和扰动,使盾构掘进洞轴与隧道设计轴线尽量贴合,确保地铁管廊掘进质量。

4.2.3 渣土改良

泡沫剂用量根据土层地质以及排渣情况进行实时调整,保证刀盘扭矩、土仓压力、推进速度等参数的稳定、出渣的连续性。

4.2.4 管片拼装

管片安装前对管片及止水条进行检查,存在质量缺陷及损坏的部件必须及时更换。管片拼装完成后,严格按照“三环复紧”制度进行管片复紧,即拼装完成1环后,对包括本环在内的后2环进行复紧。

4.2.5 同步注浆及二次注浆

管廊上跨段为加强同步注浆与二次注浆区域,长度总计约115 m。

1)同步注浆。在管廊盾构上跨段,盾构掘进时,为了防止和减少地面沉降,在脱出盾尾第4环管片开始,及时跟进同步注浆,将盾尾管片与地层之间的环形空隙填充密实。同步注浆量按管片外侧与土层开挖面之间的环形空间体积的1.3～2.5倍考虑,并通过灌浆期间的监测情况来调整。根据设计勘察地层情况、环境条件及施工地表沉降状态,每环管片衬砌实际同步注浆量以不少于7 m3加以控制。同步注浆压力取静止土压力的1.1～1.2倍,注浆压力值为0.25～0.4 MPa。

2)二次补强注浆。由于同步注浆存在缺陷,根据实际情况及监测结果,在脱出盾尾5环后,及时对管片进行二次注浆,并在8～10环处再次补浆来控制沉降,同时做好止水环,控制失水沉降。二次注浆采用双液浆,并根据地面监测情况及时优化调整,二次注浆压力为0.3～0.5 MPa。

5 现场管理措施

管廊盾构上跨地铁14号线期间,建立了领导24 h带班并覆盖了安全、技术、监测、设备、施工等定人、定岗、定责的值班及应急响应体系,全方位控制风险,同时邀请相关专家现场指导工作。建立了包含业主、设计、施工、监理、监测及相关专家在内的信息交流反馈微信群,每环报送环报表、渣样分析情况,相关的重要信息及时更新至交流反馈群,以便带班领导指导现场施工,异常情况也能得到及时处理。

做好应急组织等前期准备工作,并进行应急响应演练;应急人员、设备、物资充足并准备就绪;地面应准备好应急注浆加固专用车辆及材料;地铁14号线上跨交叉部位加固型钢支撑准备就绪。

6 监控测量信息化管理

上跨过程中,现场监测人员进行24 h不间断跟踪监测,并与控制室值班人员通过对讲机进行及时联系。值班人员对地面监测数据进行综合分析,并将结果及时通过电话传递给盾构工作面,指导盾构施工参数的设定。通过反复循环、验证、完善,保证上跨掘进均匀连续、安全可靠,若发现有监测值达到预警或报警值,立即按照既定程序启动应急预案。

监控测量主要包括:隧道监控量测(含地表沉降、建构筑物沉降及倾斜、管片收敛及竖向位移等)、地下管线监控量测、巡视检查及地铁14号线自动化监测。通过监控量测,及时掌握盾构法隧道施工过程中的安全受控状态,指导盾构施工的顺利推进。

盾构上跨14号线时,对地面进行加密监测,按照交叉部位每隔10 m布设1个大断面,每个断面布设7个点的原则进行布点,监测频率为1天2次;对14号线洞内采用自动化监测,监测频率为2个小时1次,监测范围为交叉部位向外侧延伸5倍洞径范围(约35 m)起布置,每隔6 m布置1个监测断面,每个监测断面布置6个监测点。

14号线管廊上跨地铁14号线期间,通过上跨前、上跨过程中及跨越后所采取的一系列预防及保护措施,地面人工监测及14号线自动监测结果均小于预警值及控制值[2]。

7 结束语

经过十几天的掘进,14号线综合管廊顺利通过预警区、跨越既有地铁双线、盾尾脱离影响区。上跨掘进期间,人工监控及巡查情况正常,人工及自动监测均满足控制指标及技术规范。盾构上跨掘进期间,做好地面预加固及既有线路隧洞上跨区间预防措施,控制好主要掘进参数并适时动态调整,做好同步及二次注浆,及时做好地面应急跟踪注浆,并全程做好监控测量工作,可确保上跨掘进安全顺利实施及既有线路的正常运营。