盾构近接下穿既有地铁隧道微沉降控制技术研究

盾构近接下穿既有地铁隧道微沉降控制技术研究

龙泽彪

武汉市汉阳市政建设集团有限公司 湖北省武汉市 430000

摘要：目前，跨断层隧道力学响应研究方法主要为模型试验及数值模拟，且研究对象以山岭隧道为主.盾构隧道与传统山岭隧道相比，其接头众多，且多应用于土质地层中，两者在断层错动的力学响应方面存在一定差异，因此研究跨断层盾构隧道的力学响应具有重要的工程价值.本文对盾构近接下穿既有地铁隧道微沉降控制技术进行分析，以供参考。

关键词：盾构隧道;近接下穿；精细化管控；微沉降控制

引言

活动断层作用严重威胁着跨断层隧道结构的安全.断层错动轻则使既有隧道产生结构裂缝及大变形，重则导致隧道结构失效.通常设计规范中建议工程项目应远离断层错动区域，然而由于隧道建设的特殊条件，特别是我国近年来西部大开发的加快、城市地下空间的深入开发，跨断层隧道工程变得越来越普遍.鉴于断层错动对既有隧道产生的严重影响，开展跨断层盾构隧道结构力学响应研究显得尤为重要.

1概述

随着城市的发展，人们的生活空间逐渐拥挤，各大城市持续大力推进道路立体交通建设。发展地下轨道交通已成为社会可持续发展的重要方向之一，一大批隧道工程逐渐涌现，随之出现的问题是，新建隧道工程将不可避免地穿越现有的城市既有工程。为保证工程的安全运行，盾构施工以其独特的优势在城市隧道施工中得到广泛应用。高架桥是城市中常见的构筑物之一，迅速增多的城市高架桥使盾构施工预留的施工范围和允许扰动量日益减少，因盾构施工引发的地面高架坍塌事故屡见不鲜。工程建设迫切需要在确保新隧道盾构顺利实施的同时，减小隧道穿越对已有高架桥的影响。因此，研究盾构隧道下穿高架桥时构筑物间的相互影响，对保证工程安全施工和高架桥安全运营具有重要的意义。近年来，针对盾构隧道与高架桥的相互作用、影响这一工程问题，国内外许多学者采用不同的方法进行了大量研究。随着计算机科学技术的发展，数值模拟技术已成为隧道开挖计算的主要研究方法之一。以南水北调输水隧道穿越北京地铁１３号线清河高架桥为研究背景，利用ＡＮＳＹＳ有限元软件对穿越工程的盾构施工过程进行模拟，对盾构隧道穿越既有高架桥变形及控制进行研究，并结合现场监测数据，验证了数值模型的合理性。以厦门地铁１号线园杏区间盾构隧道穿越某高架桥工程为依托，采用理论分析和数值模拟方法，结合现场监测数据，研究盾构隧道穿越高架桥引起的地表沉降问题，并提出了加固技术措施，有效保证高架桥的安全运营。

2国内盾构隧道事故类型统计

针对我国近年来地铁大规模建设过程中工程事故和灾害事件、意外事件等多发的现状，一些研究机构对2002～2016年发生在地铁建设期间的246起工程事故和意外事件等进行了收集、统计和研究，其中，90起事故中使用的工法较明确，这90起事故按照工法统地铁施工中事故最多的工法为盾构法和明挖法，这两类工法发生的事故占比接近60%，事故导致死亡人数也最多。另外，根据李皓燃等对238起地铁事故案例分析，还发现盾构法施工的隧道占区间隧道事故总数的62%，其次是明挖法，事故占比21%。对于区间隧道工程，发生事故类型最多的是坍塌，坍塌事故不仅频率高，而且单次死亡人数也最高。

3跨断层盾构隧道纵向受力特点

浅埋土质地层及深埋岩质地层工况下，跨正断层盾构隧道纵向受力及变形示意图.其中，浅埋土质地层工况主要为隐伏断层，隧道未直接穿越断层破碎带，而与隐伏断层之间存在一定垂直距离，该工况主要涵盖了现阶段城市地铁盾构隧道以及各种浅层交通隧道；在深埋岩质地层中，隧道直接穿越断层破碎带，深埋工况主要包含大深度地下空间开发的交通隧道、输水隧洞.可以看出，断层错动使既有隧道受到周围土体的强制位移作用，从而导致隧道结构沿纵向产生显著的变形，隧道结构纵向大变形将导致环缝变形量增大，造成管片环缝接头漏水、接头混凝土拉压破坏现象，威胁既有盾构隧道的运营安全.基于跨断层盾构隧道纵向受力特点，可以将断层错动作用等效为作用于隧道结构上的强制位移，由此建立断层错动下盾构隧道力学响应解析计算模型.

4盾构近接下穿既有地铁隧道微沉降控制技术研究

4.1穿越段隧道概况

轨道交通7号线北延工程巨汤区间双线采用盾构法施工，2号线该段于2016年通车试运行，采用盾构法施工，管片外径6m，内径5.4m，环宽1.5m，埋深9.92m，隧道中心线间距15.4m；新建7号线隧道管片外径6.2m，内径5.5m，埋深18.62m，隧道中心线间距12.8m，盾构机下穿2号线隧道后，到达7号线车站负三层进行接收。2号线隧道结构外边距离7号线车站结构边35m。

4.2穿越施工中控制措施

（1）盾构施工参数控制措施。穿越施工过程中通过既有地铁实测变形数据对盾构施工参数进行实时调整，考虑黏土加碎石和中风化硅质白云岩的抗压强度和硬度差异大，应适当降低掘进速度和刀盘转速，避免软硬交接面处刀盘的滚刀受力大造成刀具损坏。由于上软下硬地层岩土交界面呈上坡趋势，为保证盾构机具备破除下部硬岩的能力，应加大下部油缸推力。（2）渣土改良控制措施。采用康达特分散型泡沫剂加水进行渣土改良，压缩空气与泡沫溶液配比由90%～95%压缩空气和5%～10%泡沫溶液形成；泡沫溶液的组成为泡沫添加剂3%、水97%的比例进行配制。每环开始掘进前和掘进结束刀盘停止转动后，分别对刀盘前方提前注入泡沫20~30s。（3）出土量控制措施。在施工过程中出渣量采用体积、重量双重控制，即通过龙门吊称重及渣斗显示的体积进行双控。7号线右线盾构下穿2号线期间每环出土方量控制在61.7～63.8m³，与设定值64±1m³相比已控制在较合理范围内。（4）第1、2阶段的沉降控制：主要为盾构机推进过程中对土舱压力的控制，不可欠压开挖，并严格控制出土量，土舱的压力要在地层的主动压力和被动压力之间找到平衡点。同步监测刀盘正上方及前方的既有2号线隧道及地面隆沉量，调整切口环处压力及出土量达到第二阶段的零沉降。第3阶段沉降控制：下穿既有2号线区间10环前，开始逐环通过中盾上的径向注浆孔注入克泥效，及时填充盾体与土体之间的空隙。注入点在11点到1点钟两个位置进行注入，注入率为120%即每环（1.5m/环）注入量为1.2×0.75=0.9m³。第4阶段沉降控制：同步注入水泥砂浆，根据监测沉降情况，及时调整注浆压力和注浆量，由于事前已经有克泥效在土体中形成了一层泥膜，一定程度上会减少同步的注浆量。

结束语

综上所述，随着我国经济快速发展和城市化进程加快，盾构法施工技术具有机械化程度高、对周围环境影响小、施工速度快、适用范围广等特点，成为城市轨道交通，尤其是地铁隧道建设的主要施工方法。盾构法隧道事故占比较大，而且死亡人数最多。

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