浅谈盾构法施工下穿秀丽电力隧道施工方法

浅谈盾构法施工下穿秀丽电力隧道施工方法

孙凡1 ,周双全2,李天驰3,朱元4, 皮腾腾5, 

中建一局华南区域公司 深圳 518000；

摘要：通过对深圳市城市轨道交通13号线工程后海站~科苑站区间盾构下穿秀丽电力隧道的施工情况进行总结和分析，重点论述了盾构法施工下穿既有管线前的预处理措施以及盾构机通过时的监控措施，分析了盾构通过后对既有管线的影响以及隧道自身的变形参数，并探讨了盾构下穿过程中施工参数的控制措施，以期为同类工程项目的地铁施工提供经验。

关键词：盾构；下穿；既有管线；预处理；控制措施；

0 引言

目前，城市轨道交通建设过程中常见的施工方法是采用盾构法施工，盾构法施工虽然有掘进速度快、开挖安全等优点，但是盾构法隧道施工时面临着很多复杂的施工条件，在盾构法施工下穿既有管线时，难免由于推进过程中对地层造成扰动，引起既有管线变形超限、开裂、渗漏水、造成管线内设施破坏，同时由于管道施工时，周围土体非原状土，结构松散，易发生塌方、涌水，导致地面及盾构隧道安全事故。深圳市城市轨道交通13号线后海站~科苑站区间下穿秀丽电力隧道施工，通过对施工前预处理措施、施工过程中的信息化监控措施、下穿过程中施工参数的控制措施等一系列手段，顺利完成盾构下穿秀丽电力隧道的施工，经后期监测，未对秀丽电力隧道造成任何影响。

1 工程概况

后海站~科苑站区间线路出后海站后，向北敷设，侧穿大成基金总部大厦、阳光保险总部大厦（在建）、舜远金融大厦、中国南方电网后进入滨海大道，区间线路在滨海大道南侧下穿既有秀丽电力隧道，然后下穿滨海大道向北敷设，下穿简易房屋群、侧穿深圳市滨海调压站后沿东北方向拐入科苑南路，最终进入科苑站。

本区间左线起止里程为：ZDK2+910.454~ZDK3+641.980，长731.526m； 右线起止里程为：YDK2+910.454~YDK3+646.095，长735.641m。下线采用两条平行的单洞单线结构形式，线间距14.354m。隧道埋深16.756m。隧道曲线半径经过秀丽电力隧道时为850m,纵坡为28‰。区间在里程YDK3+325处设置1#联络通道兼废水泵房。

左线盾构在ZDK3+148.760（157环）处下穿秀丽电力隧道，地质情况从下向上依次为：<11-1>全风化花岗岩、<8-1-2>硬塑砾质黏性土、<8-1-1>可塑砾质黏性土、<4-1-1>淤泥、<1-1>素填土，水位标高埋深为3.5m。秀丽电力隧道，结构为壁厚0.32m、外径4.14m的顶管圆形隧道，区间隧道与其最小净距约1.526m。夹层为<8-1-2>硬塑状砂砾质粘性土,秀丽电力隧道道顶板埋深为：17.2m。

盾构隧道衬砌的管片采用厚350mm，宽1500mm,每环由6 片管片拼装而成,管片楔形量采用36mm。

图1-1 后海站~科苑站区间地质纵断面图

2 下穿前预处理措施

2.1 地面加固

盾构始发前，对秀丽电力隧道进行地面袖阀管注浆加固。加固平面范围为：南北方向由秀丽电力隧道外轮廓各外扩3m，东西方向由正线隧道外轮廓各外扩3m，竖向加固正线隧道顶部以上1m至隧道中心处。袖阀管间距1m×1m，梅花形布置，袖阀管注浆采用0.8：1单液水泥浆进行注浆加固，袖阀管注浆加固范围见图2-1。

图2-1  袖阀管注浆加固范围图

注浆压力、浆液浓度等参数根据现场试验调整，要求加固后的土体无侧限抗压强度应大于1.0MPa，渗透系数应小于1.0×10-5/cm/s；部分袖阀管尽量斜向均匀打设，并调整布置以兼顾秀丽电力隧道下方土体加固，以保证注浆效果，区间下穿秀丽电力隧道横剖面图见图2-2。

图2-2  区间下穿秀丽电力隧道横剖面图

进行两侧的注浆施工时，加固过程中应控制施工速度，以减小施工对电力隧道的影响，注浆加固施工期间必须对秀丽电力隧道进行监护和监测，根据监测结果调整施工参数，并通知电力部门对线路进行及时保护。

表2-1  预加固主要工程量

（1）施工场地布置

袖阀管打设及注浆场地，利用秀丽电力隧道边人行道，进行设备部署（行人分离），设置围挡（高2.5m），进行施工区域的封闭设置警示标志。

（2）袖阀管打设

首先钻孔前应先探明该位置是否有管线，确定无管线后开始钻孔，根据钻孔布置图定出孔位，孔位偏差≤50mm。钻机就位后，利用垂球结合水平尺检查钻杆垂直度及钻机水平，在钻孔过程中对钻孔偏差度进行检查，要求钻孔偏差度≤1%。

为确保注浆加固体在秀丽电力隧道以下范围，同一组别的每根管开泄浆孔的位置是不同，且每根的打设角度也不同，同时为保证注浆加固体的质量，开设泄浆孔段的开孔间距也是不同的。钢管连接采用套管连接，管壁四周钻8mm压浆孔，尾部50cm处设置止浆环，尾部50cm范围内不设泄浆孔。

（3）注浆控制

埋设注浆管路，采用循环注浆方式通过注浆泵将水泥浆液通过注浆管路均匀地注入土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走砂层和粘土颗粒间的水分和气体，并填充其位置[1]，通过水泥中所含矿物与土体中的水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成悬浮胶体和团粒，硬化后形成强度大、压缩性小和抗渗性高、稳定性良好的水泥土。

注浆可以改善土体，快速填充地层；注浆还可以形成强度较高的水泥土，提高土体的变形能力，从而达到加固填充目的。

注浆采用跳孔，分段，多次，中低压方式注入。袖阀管注浆扩散半径为1m，压力控制在0.2～0.4Mpa，可根据现场地质情况进行调整。

注浆压力根据不同钢管布孔密度，埋深及间等设定不同压力控制值。其原则：

与距秀丽电力隧道距离成正比，距离越远压力越大；

②与钢管打设深度成正比，深度越大，钢管布设泄浆孔越密集，压力控制值越大；

③与加固体范围内，钢管之间的间距成正比，间距越大（但不大于浆液扩散半径），压力控制值越大。

（4）现场注浆试验和加固后效果检测

为确保注浆加固质量，在正式打设开始前，选取穿越段附近同等地质条件的场地按照设计要求打设1根钢管，并按照工艺要求进行注浆。待到浆液终凝后，进行开挖，检验浆液的扩散半径及加固质量。根据现场实际情况进行注浆压力及注浆量的调整。

在全部注浆加固施工完成后，在正式下穿前，采用地质雷达进行注浆加固范围质量进行检测和取芯试验检测，确保注浆加固效果。

2.2 袖阀管注浆施工工艺

袖阀管注浆施工工艺流程如下图2-3。

图2-3 袖阀管注浆施工工艺流程图

3 监控量测

考虑到本工程的特点和重要性，必须采取多家单位同时监测的方式，互相印证，相互校核，以保证获取地表、线路变形真实状态，才能真正发挥监控量测为盾构穿越施工保驾护航作用。

表3-1  施工期间主要监测项目

3.1 监测目的

下穿隧道施工期间，秀丽电力隧道的沉降变形是不可避免的，变形在一定的限度之内属正常现象，但是一旦超过某一限度，就会危及秀丽电力隧道安全。通过本方案监控量测并反馈信息，可达到如下目的：

（1）监测秀丽电力隧道受后科区间盾构隧道施工影响产生的沉降，评价路基的安全状态并反馈信息以便采取对策措施；

（2）分析并评价区间盾构隧道施工手段和施工方法的合理性和科学性，以便及时调整施工方法，保证施工安全。

3.2 监测内容

为了保证盾构能够平安顺利通过既有管线区，将秀丽电力隧道上方地面作为监测重点。同时洞内将加强管片位移监测。其中沉降监测采用精密水准测量方法，洞内管片位移监测采用全站仪配合铟钢尺的测量方法。

3.3 监测频率、控制值及预警值

加固工程沉降观测安排三个测量班连续观测至地铁隧道施工通过秀丽电力隧道影响段后1个月。加固期间每天监测2次，即12h/次；下穿施工期间每天观测6次，即4h/次，每次监测完成后进行数据对比分析。当变形达到警戒值时，立即停止施工，及时与电力隧道产权单位联系，同时配合产权单位，尽快减缓变形。同时增加监测频率，当后期沉降变形较小，变形趋于稳定时可适当减少测量次数。

表3-2下穿隧道监测控制值和预警值表

3.4 监测周期

监测时间根据施工时间决定，初始值测定于施工前1周内进行，且不少于2次，过程监测随施工的进行按GB/T50299-2018 《地下铁道工程施工及验收规范》、GB50446-2017 《盾构法隧道施工及验收规范》规定频率进行观测。随施工结束延长1月观测时间或根据所监测的项目在观测值已经稳定的情况下可提前结束该项目的监测。在监测过程中根据以上各类监测结果及时反馈到设计、监理、业主和有关部门，以确保电力隧道的安全和施工顺利安全进行。

4 自动化监测

4.1 监测频率

在线实时监测，监测间隔可10min~24h范围进行选择。本项目在下穿施工期间每15min采集一次数据，每1h上传一次监测结果图表；其余时间每30min采集一次数据，每2h上传一次监测结果图表。

监测时间根据区间盾构隧道施工进度调整，起始时间在区间隧道作业前开始，到下穿段施工完成后再监测1个月。

4.2 监测项目

表4-1 监测项目

4.3 监测点布置

为确保电力隧道安全，对区间隧道施工影响范围内的既有管线进行监测，共布置1个监测断面，总计12个监测点和3个基点。

5 盾构下穿施工

5.1 盾构掘进参数设定

结合后科区间隧道埋深及地质水文情况，盾构掘进施工时，掘进速度控制在35-40mm/min，推力控制在14500～15500，扭矩控制在1400～1600 KN•m，刀盘转速控制在1.4～1.6 rpm，土仓压力控制在1.5～1.6 bar，同步注浆量控制在7.5方/环，出土量控制在80方/环。

同时在施工中，及时根据反馈的施工监测数据，对于掘进参数不断优化调整。主要的参数调整优化措施如下：

（1）采用主要以滚刀、齿刀、周边刮刀的刀盘切削土层，以低转速、大扭矩推进。

（2）应当提高掘进土压力以防止涌砂，并在掘进过程中不断调整优化。[2]

（3）土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法确定，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。

（4）盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化。

（5）掘进时采取碴土改良措施增加碴土的流动性和止水性，密切观察螺旋输送器的栓塞和出土情况以调整添加剂的掺量。

（6）为减小掘进期间盾壳部位地面沉降，我部在穿越前统计沉降数据，若穿越前沉降过大，采取中盾注浆措施。注浆材料：使用钠基膨润土，配比根据现场实际情况进行调节。

（7）在盾构掘进速度一定的情况下，主要通过调整螺旋输送机的转速，调整出土量的大小，以达到维持土仓压力的平衡。做好土量管理工作，对每环出土量进行测定（派专人对出土量进行监测，同时利用龙门吊的称重系统进行对碴土进行称重），出土量控制在一定范围内。保持盾构机良好的姿态。

5.2 同步注浆及二次注浆

通过时，同步注浆采用单浆液，即水泥砂浆作为同步注浆材料，具有强度高、耐久性好和抗腐蚀性好等特点，水泥浆液能有效填充管片外侧间隙，有利于防止和减少地层变形，减少建构筑物段地层的扰动。

表5-1 同步注浆浆液配合比

同步注浆参数如下：

（1）注浆压力

由于是从盾尾圆周上的4个点同时注浆，上部两个注浆孔的压力控制在0.15Mpa，下部两个注浆孔的压力在0.2～0.25Mpa。

（2）注浆量

盾构过特殊地段实际注浆量按实际出碴量进行控制，基本上控制在7.5方以上，或最大程度将管片背后填充密实。[3]

（3）注浆速度

同步注浆速度和推进速度保持同步，即在盾构机推进的同时进行足量注浆。

（4）注浆结束标准

采用注浆压力和注浆量双控。

在同步注浆后若发现以下情况之一：

a.隧道成形后地面沉降仍有较大的变化趋势；

b 局部地层较软；

c 同步注浆，注浆量不足时，可通过管片中部的注浆孔进行二次注浆，二次注浆可补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力。同时对盾构推力导致的，在管片、注浆材料、围岩之间产生的剥离状态进行填充并使其一体化，提高止水效果。

a）浆液

同步注浆后管片外壁包裹颗粒间间隙较少，故选用水泥浆—水玻璃，双液浆，配合比根据实际需要现场经试验配。

b）注浆量及压力

因壁后间隙较少，需较大压力才能将浆液注入，注浆压力控制在0.2~0.4Mpa，注浆量通过现场试验来确定；同时也应加强对地面沉降及管片的监测，以便指导注浆。

c）注浆

注浆孔设置逆止阀，双液浆经注浆泵在离管片注浆孔前的混合器混合后被注入，注完浆后及时清洗注浆设备。[4]

5.3  洞内加固注浆

盾构通过后，根据地面监测及洞内监测情况，结合实际是否对该段范围进行洞内加固，如存在填充不密实，地面沉降速率过大时，进行洞内加固注浆，注浆范围为隧道上全圆管片外边缘向外延伸3.0m。

注浆浆液采用水泥浆，初拟参数：水泥浆水灰比0.4:1，注浆压力：采用0.3~0.4MPa，施工中应据实际地质情况，并通过试验确定有关施工参数。

7 结语

盾构机在下穿既有管线时，施工前选择合理的预加固措施，在施工时选择合理的掘进参数，保证施工时的平稳连续掘进，对既有管线的影响是可以得到控制的，综合监测数据，印证了我部盾构下穿既有管线时施工手段的正确性，为以后的类似的施工提供经验。

8 参考文献

[1]段志宏. 水平深孔注浆在地铁盾构端头加固中的应用[J]. 铁道标准设计，2010，（10）：119-121.

[2] 辛松鹤. 富水砂卵石地层中盾构机脱困及恢复掘进施工方案[J]. 建筑工程技术与设计，2016，（11）：3009-3011.

[3] 许宏伟. 关于风险预控在盾构法下穿铁路施工中的探讨[J]. 中国科技纵横，2014，（6）：98-100.

[4] 时振彬. 盾构法隧道施工在水利工程建设中的应用[J]. 商品与质量·建筑与发展,2013（9）：812-814.