盾构下穿范文

盾构下穿范文（精选9篇）

盾构下穿 第1篇

1 下穿河流控制措施

1.1 做好盾构机自身密封

加强土体改良, 采用泡沫或膨润土改良土层;采用高品质盾尾油脂, 确保充足油脂注入到盾尾刷腔内;过河前对盾构机进行仔细检修, 确保其各项性能正常;确保盾构机有两道螺旋机闸门, 增设断电闸门自动关闭功能;螺旋机注入口连接一套高分子注入管路;掘进过程中, 控制好管片姿态, 防止盾构建筑空隙过大形成透水通道, 必要时在管片外侧粘贴海绵用于止水, 封堵管片与盾构间间隙。

1.2 加强施工质量, 提高隧道自防水能力

过河前调整好盾构机及管片姿态, 为过河打好基础;严格检查管片止水条自身质量及粘贴质量, 保证其防水性能;在河底段掘进时加强盾构掘进姿态控制及管片选型, 加强螺栓复紧和盾尾间隙控制, 减小管片错台、裂缝, 保证较好的隧道线形, 提高隧道防水质量;必要时在管片脱出盾尾5环~8环跟进二次注浆, 减少隧道渗漏;及时安装管片吊装孔闷盖, 保证齐全;场地常备转弯环, 便于及时调整管片姿态及盾尾间隙。

1.3 尽量减小对河道下方土层的扰动

1) 充分采用先进的盾构施工工艺。在施工过程中严格控制推进速度、出土量等盾构掘进参数, 匀速平稳推进, 严格匹配土箱进土量与千斤顶行程, 避免过大超挖, 盾构推进时地层损失率控制在0.5%~0.75%之间。针对可能出现的隧道上浮, 定时监测隧道上浮量, 及时调整盾构姿态, 并缩短同步浆液初凝时间, 尽早稳定隧道。对周边地表及建 (构) 筑物进行密切监测, 变形超过报警值紧急停机, 及时进行注浆加固。

2) 洞内注浆加固措施。过河段同步注浆量按150%控制, 优化配合比, 保证浆液质量, 适当提高浆液稠度和初凝时间。必要时采取二次注浆。

2 下穿河流应急措施

2.1 渣土含水量增加导致螺旋机喷涌

暂停掘进, 立即关闭两道螺旋机后闸门, 断电情况下利用蓄能器关闭闸门;洞外配备一台50 k W发电机, 断电情况下为照明和抢险设备提供电源;向螺旋机内注入高分子聚合物, 紧急止水;向螺旋机及土仓内注入稠膨润土以控制土仓内土压, 抑制喷涌。

2.2 盾尾漏砂漏浆

利用盾构工作面配置的注浆材料、木楔、海绵条、棉纱、钢板等应急物资对盾尾漏点进行紧急封堵;增加盾尾油脂注入量, 调整盾构姿态以控制盾尾间隙;管片脱出盾尾2环后, 在吊装孔安装球阀, 泵送聚氨酯紧急堵漏, 并及时用同步浆液填充空隙。

2.3 管片破损处漏水漏砂

暂停掘进, 用木楔子辅助棉纱打入缝隙, 再用砂袋反压;先在渗漏环前后两环安装泄压球阀, 然后在漏水漏砂部位对应的管片安装球阀, 泵送油性聚氨酯封堵;在漏水点后两环安装球阀, 立即注入双液浆, 补强封堵效果;掌子面备好污水泵, 发生险情将水砂直接排至洞外。

2.4 河床坍塌

险情出现后立即停止推进, 关闭螺旋机闸门, 加大盾尾油脂注入量, 严防盾尾漏水。尽快重新建立刀盘上部的覆盖层。可采用的方法有:一是向塌方部位灌注水下混凝土或砂浆, 二是抛填粘土。刀盘面稳定后继续掘进, 待盾构通过河道后, 对塌方段采取壁后二次注浆, 加固塌方扰动过的土体。

同时完善应急组织机构, 做好应急演练和应急物资的储备, 确保顺利安全穿越河段。下面介绍一例通过采取以上控制措施, 成功穿越河流的工程案例。

3 工程案例

3.1 工程概况

某盾构区间隧道长536 m, 管片宽1.5 m。区间左、右线均穿越北运河和子牙河三岔口处, 河面总宽度约171 m, 穿河段隧顶埋深6.2 m;双线侧穿新红桥拓宽桥桩基各一处, 桩基为直径1.5 m钻孔灌注桩, 桩长60 m, 其中左线距上行桥墩桩基水平净间距约1.8 m, 右线距下行桥墩桩基水平间距约7.0 m。盾构隧道在北运河、子牙河三岔河口处穿越区域内平面线形为直线、缓和曲线和部分r=800 m圆曲线, 左、右线纵向均为3.01‰的单坡, 线间距为15 m~17 m。穿河段实测河水深0.5 m~7.3 m, 淤泥厚0 m~4.67 m, 覆土厚度5.925 m~13.985 m。

3.2 穿河段地质情况

穿河段地层主要为 (8) 2-1砂质粉土和 (9) 2粉砂地层, 渗透系数较大, 该承压含水层水头标高约为-0.1 m。根据地勘报告, 隧道上部从下往上依次为 (8) 1粉质粘土层为微透水层, (7) 粉质粘土层为不透水层 (厚度0.6 m~1.6 m) , (6) 4粉质粘土层为微透水层, (3) 3粉质粘土层为微透水层。因 (7) 层较薄, (8) 1粉质粘土层与 (6) 4粉质粘土层可能存在水力联系。

3.3 穿河风险

不透水层 (7) 粉质粘土层厚度0.6 m~1.6 m, 穿河段地层沉降无法有效监测, 盾构施工过程中, 该土层易受扰动被击穿, 使上下土层产生水力联系;穿河段局部最小覆土厚度为7.325 m (其中淤泥层厚1.4 m) , 覆土较浅;穿河段较长 (171 m) , 增长了穿越时间, 加大了穿越风险;穿越土层可能为全断面粉砂层, 渗透系数较大, (7) 粉质粘土层厚度较薄, 地层易变形。如果风险控制不当, 可能造成盾尾漏砂漏浆、管片破损处漏水漏砂、螺旋机喷涌、河床坍塌等事故, 经专家论证, 过河段按一级风险源措施进行管理, 重点加强洞内措施。

3.4 穿河段施工参数

根据计算结果和以往经验, 并参考过河前设置试验段施工情况, 确定过河段施工参数如下:推进速度30 mm/min~40 mm/min, 总推力不大于28 000 k N, 过河段上部土压0.20 MPa→0.15 MPa→0.20 MPa逐步变化, 注浆量3.8 m3左右, 注浆压力不大于0.2 MPa, 每环出土量不大于48 m3。

3.5 过河监测方案

监测范围包括盾构推进左、右线轴线外各30 m范围内的地表、桥墩、河堤。施工关键期2次/d~3次/d;一般施工状态1次/d~2次/d;之后1次/2 d, 视变形稳定情况调整。盾构穿河掘进过程中, 河底插入钢筋增设临时沉降观测点 (隧顶上方每隔10 m设置一处) , 以便及时提供土体变化情况, 调整盾构掘进参数。

4 结语

该案例中的盾构区间已实现贯通, 说明通过做好充分准备, 抓好盾构下穿河流过程中的各个控制要点, 施工过程中精细管理, 严密监测, 可有效保证盾构下穿河流施工安全。

摘要：阐述了盾构下穿河流施工的控制措施与应急措施, 以某盾构区间隧道工程为例, 从穿河风险分析、穿河施工参数、过河监测方案等方面, 探讨了盾构下穿河流施工过程控制要点, 以有效保证盾构施工的质量。

关键词：盾构,河流,应急措施,施工参数

参考文献

[1]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[2]王延鹏.天津地铁首次下穿海河施工过程中的参数控制分析[J].天津建设科技, 2015, 25 (1) :45-48.

盾构下穿 第2篇

上海轨道交通11号线的盾构施工期间需在真南路站～上海西站站间穿越京沪、沪昆铁路,且铁路沿线两侧管线密布,为保证进出上海站铁路大动脉的.安全及正常行车要求,介绍了盾构穿越施工前后采取的相关技术措施,监测结果表明,本次盾构穿越施工方案和技术措施是成功的.

作 者：王建华 李峰 张子敏 Wang Jianhua Li Feng Zhang Ziminglin  作者单位：上海市基础工程公司,200002 刊 名：建筑施工 英文刊名：BUILDING CONSTRUCTION 年，卷(期)：2009 31(1) 分类号：U455.43 关键词：软土地基   盾构   穿越铁路   土体加固   监测  

盾构下穿 第3篇

关键词：盾构隧道；地表沉降；垂直建造

一、盾构隧道的定义及其内涵

盾构法作为暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，是指盾构机在地下掘进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制钢筋混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

盾构法施工的复杂性非常强，其作业水平直接决定了其对周围环境的影响程度。因而，在准确把握盾构施工的主要因素的前提下进行理论分析，才能使得到的结果更符合实际情况。

二、盾构隧道的优点和缺点

（一）盾构隧道的优点

1、挖掘的速度快，安全性高。

2、建筑隧道全程基本上可以实现自动化作业，降低了工人的劳动强度，减轻了工作压力。

3、不会对交通设施和地下管线造成影响。

4、隧道在河流中建造时不会阻碍航运工作，没有施工噪音，不会受到气候条件影响。

5、使施工过程更加经济化，技术更加先进化。

（二）盾构隧道的缺点

1、每一条隧道都是结合了符合相关条件的信息制造的，因而具有很强的针对性，不能直接用于其他隧道的建设，需要进行改造。机器本身造价昂贵，施工成本高。

2、一旦出现隧道曲率半径过小或隧道顶覆土太浅的情况就无法按照原有的方案施工。

3、在含水量较大的地质条件下施工，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水技术要求较高。

4、在水底施工时，如果出现覆土太浅的情况，容易造成安全隐患。

5、采用全气压法疏干和稳定地层时，因施工条件较差，需要花费较大的成本来进行劳动保护。

三、建筑模型的模拟计算

国际社会对关于建造盾构隧道造成周围地质环境破坏的相关课题的研究已取得了很大发展。近年来，新建盾构隧道下穿既有隧道已经引起了各方关注，并成为对相关项目研究的主要内容。然而目前对该课题的研究主要集中在地面下沉的方面，但是，关于新建隧道下穿既有隧道的研究大多是从位移沉降角度进行分析，缺乏对隧道衬砌内力的探索。为了说明此观点，这里列举了某新建盾构隧道模拟垂直下穿某城市地铁隧道的事例，通过使用有限元数值模拟技术，进一步阐明了新建盾构隧道垂直下穿既有隧道时，对周围土层变化产生影响的规律。

（一）建立几何模型

保证计算结果的准确性离不开模型的模拟计算，其中，几何模型的建立是模拟计算的前提和基础。笔者在研究过程中，结合了土层变化、衬砌性质、盾构机器施工方式等因素，建立了比较符合实际情况的几何模型。

整体模型高100m，长120m.宽90 m，如图所示。越江隧道的轴线沿Y方向，地铁隧道沿X负方向掘进。模型共43920个单位，43484个节点。如下图1所示。

图1 几何模型构建示意图

（二）选择各项单元和参数

在实际作业中，盾构机壳体存在着很大的刚度，盾构壳由于其刚度较大，结合线性弹性本构关系，参考钢结构来决定其弹性模量和泊松比的取值范围。采用盾尾注浆的方法可以使被干扰破坏的土层更加稳固，其材料要大于土的特性值，小于水泥土的特性值。纵向螺栓与横向螺栓将管片接连起来就形成了隧道的衬砌，一般情况下，使用错缝拼装的方式可以实现衬砌的整体性的目的。以上这些情况容易造成混凝土的实际刚度大于衬砌的刚度，使得纵向和横向的刚度不一致。为了避免这些情况的出现，模型的衬砌使用线性弹性本构关系的原理制定。具体参数设定参考下表1：

（三）模拟施工过程

未受到任何干扰破坏的土层具有原始的应力状态；开始最初的挖掘隧道的工程后，土层受到改变，土层的应力就会重新分布，越江隧道开挖后，地层受到扰动，引起土体应力重新分布，土层的应力状态就变为了二次应力状态；而新建隧道的动工又再一次改变了土层，应力状态再次改变。所以，施工过程的模拟需要针对以上几种情况来逐步进行。详情如下图2及图3所示：

图2

图3

（四）研究分析计算结果

新建盾构隧道对既有隧道的影响突出表现在位于盾构隧道正上方的地铁隧道截面，也就是建筑计算模型中新建盾构隧道轴向的对称面。新建盾构隧道对既有隧道的影响程度是由在对称面上产生的内力变化、横向位移、最大沉降所反映出来的。施工所要关注的重点也要包括地铁隧道纵向、横向差异的沉降。因而要结合既有隧道在对称面上的节点和新建盾构隧道在纵向的外边缘点来进行计算结果的分析。

具体方法可研究下图4：

图4 隧道应力与位移随开挖过程的变化曲线

（五）分析影响范围

新建盾构隧道的工程项目对既有隧道的沉降、侧移等方面的影响是必然的。但这些影响并不是广泛的存在于所有地方，由于这项技术本身的特性，在一些部分只存在着极小的影响，也可以通过对技术的改良、操作水平的提升，让这些影响不复存在，实际上，随着建筑工程的不断推进，这些影响也会慢慢消失。

从模拟施工过程的环节可以看出，盾构机在刚开始工作时，几乎不会对既有隧道的侧移、沉降等方面造成影响；在进一步的挖掘后，对既有隧道的侧移、沉降完全没有造成任何影响。这个观察结果更进一步的证实了以上观点。

（六）研究的结论

1、新建盾构隧道对既有隧道造成侧移和沉降的影响都体现在对称面处。通过对计算结果的研究可以得出这样的结论：新建盾构隧道对既有隧道造成的下沉影響较大，侧移影响较小。

2、新建盾构隧道对既有隧道的影响程度是由盾构机施工进度决定的。

3、随着既有隧道所受到的压力和应力不断增加，可能会造成隧道表面的破裂和渗水情况，设计人员和施工人员需要特别关注这个问题。

4、新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响不存在普遍性，影响范围是有限的。

结束语

结合以上研究成果来看，尽管新建盾构隧道垂直下穿会对既有隧道和土层造成一定程度的影响，但并不存在于所有环节，其影响只针对部分环节，影响程度也是可以随着技术的不断改良而逐渐降低的，因而总体上并不会阻碍到整个建筑工程的完成。只要各环节的工作人员具备高超的专业水平和职业素养，按照合理的流程作业，同时高度重视前文中提到的一些问题，灵活地处理好各种突发状况，一定可以保障整个工程的顺利进行。随着更多高质量的、先进的隧道工程顺利完工，我国的交通行业一定会更迅速地发展。

参考文献：

[1]张海彦，何平，秦东平等.新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响[J].中国铁道科学，2013，34（2）

[2]李鹏，杜守继，刘艳滨.地铁盾构隧道穿越大直径越江隧道的影响分析[A].2011全国青年岩石力学与工程学术大会论文集[C].2011.

[3]张海彦，何平，胡友刚等.盾构隧道穿越既有混凝土桥梁结构的风险控制指标[J].中国铁道科学，2014，35（3）

下穿人工湖区间盾构选型方案研究 第4篇

本工程有3座区间下穿人工湖。人工湖已基本开挖完成, 形状呈“回”字形。外湖设计深度约8.75 m, 目前北侧已经部分蓄水, 水深3 m, 水位标高为81.5 m (设计蓄水深度7 m, 水位为85.5 m) 。其内湖及外湖南侧尚未蓄水。内湖深度约14 m, 设计蓄水深度为7 m。人工湖四周设置0.4 m厚塑性防渗墙, 防渗墙深度40 m, 湖底铺盖0.3 m厚红黏土。区间主要参数:区间一, 长642.2 m, 最大纵坡28‰, 覆土埋深6 m~15.7 m, 区间穿湖长度335 m;区间二, 长618.6 m, 最大纵坡26.1‰, 覆土埋深6 m~19 m, 区间穿湖长度450 m;区间三, 长612.8 m, 最大纵坡25.9‰, 覆土埋深5.8 m~19.3 m, 区间穿湖长度110 m。

2 工程地质

区间一穿越土层主要为: (3) -4细砂以及 (3) -5中砂。区间二穿越土层主要为: (3) -4细砂, (3) -5中砂。区间三穿越土层主要为: (2) -4细砂、 (3) -4细砂, 以及 (3) -5中砂。区间穿越主要土层参数如下:

第 (2) -4层:细砂 (Q4al) , 黄褐色, 湿~饱和, 中密, 主要矿物成分石英、长石及少量云母。含粉土及粉质粘土块, 可见白色蜗牛壳及碎片, 夹薄层粉土。本层分布广泛, 23个勘探孔有揭露, 层底标高68 m~82.18 m, 层底深度2.5 m~23.2 m, 层厚0.70 m~13.8 m, 平均层厚4.87 m。标贯击数N范围15击~44击。

第 (3) -4层:细砂 (Q4al+l) , 灰~灰褐色, 饱和, 密实, 主要矿物成分为石英, 长石及少量云母, 分选性较好, 级配良好, 含粉土及粉质粘土团块, 可见白色蜗牛壳及碎片, 夹薄层粉土。本层分布广泛, 25个勘探孔有揭露, 层底标高54.95 m~72.87 m, 层底深度11.5 m~40 m, 层厚2.4 m~13.4 m, 平均层厚6.94 m。标贯击数N范围30击~67击。

第 (3) -5层:中砂 (Q4al+l) , 灰褐色, 饱和, 密实, 主要矿物成分为石英, 长石及少量云母, 分选性较好, 级配良好, 含粉土及粉质粘土团块, 可见白色蜗牛壳及碎片, 夹薄层粉土。本层分布广泛, 26个勘探孔有揭露, 层底标高52.06 m~67.62 m, 层底深度19.8 m~32.5 m, 层厚3.3 m~12.7 m, 平均层厚7.93 m。标贯击数N范围29击~72击。

3 盾构工作原理及适用范围

密闭式盾构机可分为土压平衡式盾构和泥水加压平衡式盾构两种。

3.1 土压平衡盾构的基本原理及适用范围

土压平衡盾构机是通过泥土舱的密封性能建立与控制泥土舱的压力, 使其与开挖面的地层水、土压力相平衡, 使开挖面保持稳定不坍塌、地面沉降得以有效控制。由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上, 皮带输送机再将渣土向后运输至渣土车的土箱中, 并运送至地面。

盾构机掘进时, 可根据掌子面土层的粘土含量及含砂量, 加入水、泡沫及泥浆材料, 使土舱内的泥土转变为具有流动性能好和弱透水的泥土, 使之及时充满泥土舱和螺旋输送机体内全部空间, 并随着盾构机的不断推进而顺利地由螺旋输送机排土口排出。

土压平衡式盾构机适用于含水饱和土、软弱地层中, 在砂层中可以通过加泡沫剂、膨润土、高分子聚合物等添加剂进行渣土改良, 适用于不同地层。

3.2 泥水平衡盾构的基本原理和适用范围

泥水加压平衡式盾构是在机械式盾构刀盘的后侧, 设置一道隔板, 隔板与刀盘之间的空间为泥水仓。把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水, 经输送管道压入泥水仓, 待泥水充满整个泥水仓, 并具有一定压力, 形成泥水压力室。通过泥水的加压作用和压力保持机构, 能够维持开挖工作面的稳定。盾构推进时, 旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水, 用流体输送方式送到地面泥水分离系统, 将渣土、水分离后, 将泥浆重新送回泥水仓循环利用。

泥水平衡盾构靠循环悬浮浆液的体积来调节和控制泥浆压力, 采用膨润土制成的泥浆作为渣土的传递介质。开挖掌子面的稳定是靠泥浆室内的泥浆形成不透水的泥膜层, 由泥膜起到平衡泥水压力作用, 以确保开挖掌子面的稳定。工作面任何一点的泥水压力总是大于地下水压力, 从而形成一个向外的水力梯度, 以此保持工作面稳定。

泥水加压平衡式盾构适用于软弱的淤泥质黏土层、松散的砂土层、砂砾层、卵石层等地层。经常用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道。

4 盾构机选型依据

根据岩土勘察报告提供的水文地质参数, 结合施工场地、环境保护和工程造价, 对土压平衡式盾构和泥水加压平衡式盾构进行比选。

4.1 渗透系数

当渗透系数小于1.0×10-7m/s时, 宜选用土压平衡盾构。

当渗透系数大于1.0×10-4m/s时, 宜选用泥水加压平衡盾构。

当渗透系数大于1.0×10-7m/s, 小于1.0×10-4m/s时, 可选用土压平衡盾构或泥水盾构。

根据地质工程勘察报告, 本工程隧道洞身上部及通过的地层中主要为 (2) -4细砂层、 (3) -4细砂层以及 (3) -5中砂层, 细砂层的渗透系数为7×10-5m/s, 中砂层的渗透系数为1.7×10-4m/s。

区间穿越各类砂层长度见表1。

地层渗透性与盾构选型关系:

经分析比较, 区间有58%的区段在中砂地层中穿过, 渗透系数为1.7×10-4m/s, 略大于1×10-4m/s, 通常采用泥水加压平衡盾构。但土压平衡盾构机通过渣土改良、设备改造, 加泥型土压平衡盾构也能满足。

4.2 地下水压

当水压大于0.3 MPa时, 宜选用泥水加压平衡盾构。

当水压小于0.3 MPa时, 宜选用土压平衡盾构。

根据该段区间初步设计纵断面, 工程水压约为0.2 MPa~0.25 MPa, 可采用土压平衡式盾构机。

4.3 颗粒级配

一般来说, 当岩土中的粉粒、黏粒的总量小于40%时, 通常采用泥水加压平衡盾构, 相反则采用土压盾构。该区域地层多为细砂、中砂。粉粒、黏粒比重为12%~16%, 宜采用泥水加压平衡式盾构。

4.4 施工场地及环境影响

土压平衡盾构始发场地一般为3 000 m2~5 000 m2, 始发需求空间相对较小, 对周边环境影响较小。

泥水平衡盾构机施工场地一般为8 000 m2~10 000 m2。产生大量泥浆, 对周边环境影响大。

泥水平衡盾构需要较大的场地, 且其产生的泥浆对周边的环境污染较大, 优先选用土压平衡盾构。

4.5 工程造价

土压平衡盾构:单线每延米53 000元, 总造价18 730万元。

泥水加压平衡盾构:单线每延米60 000元, 总造价22 476万元。

优先选择土压平衡盾构。

5 结语

近年来, 随着国内外土压平衡盾构技术的发展, 土压平衡盾构的适应地层越来越广, 过江、河、湖泊的工程实例越来越多。土压平衡盾构与泥水加压平衡盾构相比, 占用施工场地小, 污染小, 对周边环境影响较小, 且工程造价低。根据盾构机特点, 结合本区域水文地质、施工、环境、造价等因素, 本工程可采用加泥型土压平衡盾构机。

摘要：以某地铁下穿人工湖区间盾构法施工为研究内容, 对于该穿湖区间采用泥水加压盾构与土压平衡盾构的问题进行了分析, 并结合该区域的水文地质情况进行了技术、经济、环境等综合研究, 最终确定下穿人工湖区间采用土压平衡盾构施工方法。

盾构下穿 第5篇

随着时代的进步和发展, 城市中地铁越来越普遍, 地铁的快速发展使得盾构法在地铁隧道中应用十分广泛。由于盾构隧道下穿施工对原来的铁路地基原土体发生了改变, 导致开挖面四周的土体发生扰动现象, 引起隧道四周的土体位移, 这会带来地表的变形, 最终必将导致铁路线的变形, 引起轨道的变形和不平顺, 进而对轨道基床和结构产生破坏, 严重威胁到铁路的安全运行。因此, 相关机构和人员应加强对盾构隧道下穿既有铁路线地基加固的研究。

2. 关于铁路战场地基加固的相关方法

一般而言, 为了防止盾构隧道下穿对既有铁路产生的不利影响, 通常做法是在隧道施工作业时及时进行调整, 除此之外还应该对原股道进行预加固, 主要有扣轨法、桩基加固法、注浆加固法等, 下面主要对这三种方法进行介绍。

扣轨法是对既有铁路股道加固时普遍采用的一种方法, 它是把横抬梁作为原线路上的轨枕, 并将其放置于纵梁上, 由于纵梁是主梁, 其主要承受由横穿轨传来的荷载并将其转到支墩[1]。扣轨法的轨束承受力比较强, 使列车在行车时不易发生开裂、坍塌的现象。扣轨法主要平面布置如下图一所示。桩基加固法是指地基在处理过程中增强部分土体, 并在地基中加入加筋材料, 由天然地基土体和增强体共同承担荷载的作用。注浆加固法是利用气压、液压或电化学原理, 使用注浆管将浆液注入填充到地层中, 通过挤密和渗透的途径, 把岩石裂隙中的空气、水分排除将其位置占据, 最后浆液和原来松散的土粒凝结成一个、防水性高、强度大的新结构[1]。使用注浆加固法优点在不影响行车秩序的同时, 利用物理力学性能满足增强线路的稳定性的效果。

3. 盾构隧道下穿施工中的控制措施

3.1 从盾构机的选择上进行控制

在盾构机的选择上应将以下几方面因素考虑进去。第一, 盾构机的选择应结合隧道个黏土层的土质情况。例如, 可塑粉质粘土层应选择泥式土压平衡盾构机。第二, 盾构机的选择应考虑盾构机的灵敏性, 确保盾构机便于纠偏和转弯, 以避免施工过程中产生地面沉降。第三, 盾构机的配置应能够控制地表同步和二次注浆的实施。

3.2 盾构隧道下穿施工中的安全控制措施

盾构隧道下穿施工中应注意采取正确的安全控制措施, 具体可从以下几方面做起。第一, 在施工过程中应及时对盾构的施工参数进行调整, 并减少盾构时土体的挤密和坍落。第二, 使用同步和二次注浆, 并减少盾构尾在经过之时隧道四周所产生的空隙, 并防止隧道四周土体发生横向位移的现象[1]。第三, 对桥涵和前路基注浆时必须加固到位。第四, 在盾构隧道下穿施工过程中应对线路进行全程监测, 根据监测结果对整掘进施工参数进行优化和调整, 做到施工过程中的动态管理。

2.3加强盾构下穿过程中对既有铁路的监测

在盾构下穿和注浆阶段, 应及时对施工过程中的路桥和线路变化情况进行监控和测量, 以防止铁路在运行过程中发生安全事故。加强盾构下穿过程中对既有铁路涵洞位移和沉降进行及时监测, 并及时将检测结果向项目不进行汇报以方便做出应急措施。主要检测目标有隧道内拱顶下沉量和水平收敛量、线路的几何变化和路基地表沉降数据等[2]。此外, 还应对各监测项目进行警报值的设定, 并且对相关项目进行的检测应该按照检测方案的要求进行。

3.在盾构隧道下穿施工时确保既有铁路的安全行车

在盾构隧道下穿施工时确保既有铁路的安全行车, 具体做法如下, 第一, 在盾构和注浆加固期间应对列车进行相关限速, 以确保铁路的安全行车。第二, 严格按照相关规定在盾构期间设置行车减速信号牌, 并完善现场防护体系确保行车的安全。第三, 定期定时对线路和路桥的变化情况进行监测, 当检测项目达到警报值时应及时采取防护措施并立即停止施工[1]。第四, 施工过程中的应防止施工设备、机械、人员进入铁路限界。

结论

地铁的快速发展使得盾构法在地铁隧道中应用十分广泛。但是由于盾构隧道下穿施工对原来的铁路地基原土体发生了改变, 会诱发开挖面四周的土体发生扰动的现象, 引起隧道四周的土体位移, 严重威胁到列车的安全运行。因此, 相关部门应在盾构隧道下穿施工时加强对既有铁路站场地基加固, 全面保证在列车运行荷载作用下隧道的结构完整而稳定, 对铁路线路在推进前进行预加固, 并在盾构隧道下穿施工中采取有效的控制措施, 盾构下穿过程中加强对既有铁路的监测, 实行信息化反馈以确保铁路部门及时及时对线路进行养护, 最终保证铁路行车过程中的安全。

摘要：随着时代的进步和发展, 地铁在城市建设中已经相当普遍。地铁带来的隧道穿越问题也越来越严重, 地铁下穿既有铁路已经变得越来越普遍, 越来越多人开始关注隧道穿越对周围环境所产生的影响。盾构在推进过程中会带来既有铁路土体的下沉现象, 这将危及行车安全。相关部门应采取措施避免此类现象的发生, 应全面保证在列车运行荷载作用下隧道的结构完整而稳定, 具体可采取以下措施。在盾构隧道下穿施工中采取有效的控制措施, 盾构下穿过程中加强对既有铁路的监测, 实行信息化反馈以确保铁路部门及时及时对线路进行养护, 最终保证铁路行车过程中的安全。

关键词：盾构,隧道下穿,地基,加固

参考文献

[1]刘建, 盾构隧道下穿的影响, 华东交通大学学报[J].2006.

盾构下穿民房建筑群的影响分析 第6篇

目前, 在国内大城市修建地铁的工法中主要以盾构法为主。盾构法具有安全性高、施工速度快、防水性能好等诸多优势, 成为了城市地铁修建的首选工法[1]。然而, 由于盾构机所穿越地层具有不可预见性和复杂多变等特点, 施工中往往存在着许多不可预见的风险, 可能会造成对建筑物的损坏和破坏, 造成重大财产损失或人员伤亡事故[2]。

由于城市是人口密集地区, 民房建筑物众多, 在采用盾构法修建地铁时, 与重要建筑物近接施工的情况常常会出现, 如本文中所探讨的盾构隧道近距离下穿民房建筑群就是很典型的案例。盾构机在掘进过程中对地层进行扰动, 将不可避免的引起表和民房基础产生不均匀沉降, 若沉降过大将引起民房的开裂和民房基础的破坏, 威胁到民生安全。如何使盾构机在顺利的掘进同时保护地表建筑物不受到过大的影响和破坏, 成为了地铁近接施工的首要问题[3,4]。

文以南京地铁10号线下穿民房建筑群为依托, 采用数值分析方法对盾构下穿建筑物所引起的地表、民房基础的沉降及其控制技术进行了研究,

2 工程概况

南京地铁10号线TA03标段起点位于长江北岸的中间风井, 终点江心洲站。工程沿线建筑物众多, 工程环境复杂。江心洲民房建筑群位于隧道右CK11+274~CK11+618, 盾构隧道长距离垂直下穿1~3层民房共计39处, 房屋基础与隧道结构顶面最小竖向净距约14.1~27.0m。房屋大多为1~3层砖混结构民房, 浅基础, 建成年代较近, 房屋结构状态较好。

地铁施工中对既有建筑物产生一定的影响, 施工期间需制定相应的沉降控制标准。由于建筑物结构形式千差万别沉降标准也随之改变[5]。结合大量实际工程资料和当地地质情况后, 最终确定周围建筑物地表沉降限值为:最大沉降为25mm, 最大隆起为10mm, 当沉降速率≧2mm/d时需进行报警, 对地铁的掘进和周边的保护对象采取应急措施。

本区间沿线地表均为第四系地层覆盖, 基岩未见出露。地表多为0~3m厚的人工填土;其下为第四系全新统 (Q4) 河流-河流湖沼沉积相粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉细砂;再下为第四系上更新统 (Q3) 河床相含砾粉细砂、中粗砂、砾砂及卵砾石为主。第四系地层成因、厚度变化较大, 在北部的岗地与漫滩交接部位厚度较薄, 一般小于20m, 在南部的漫滩区则厚度较大, 一般在50~75m间。下伏基岩为白垩系上统浦口组粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等。

隧道掘进时, 对地表不进行特殊加固, 但在掘进后与管片与地层之间进行二次补强注浆进行加固[6]。加固区域为管片上半圆环, 加固厚度为3m。加固示意图如图1和图2所示。

3 数值模型与参数选取

本次数值计算采用有限元计算软件ANSYS进行分析。

地层和楼盘基础采用8节点solid实体单元模拟, 盾构管片采用shell壳单元来模拟。盾构隧道下穿该区间时, 平均埋深约为17m。盾构隧道管片内径10.2m, 外径D=11.2m, 厚度0.5m, 管片幅宽2m, 管片上半环二次注浆圈厚度为3m。模型采用105m70m56m, 边界条件除上部为垂直荷载边界外, 其余各侧面和地面为法向约束边界。其中土体的本构模型采用弹塑性D-P模型。

利用ANSYS的单元“生死”功能模拟开挖土体和施作衬砌, 同时考虑施工中的应力释放。首先进行自重应力场的模拟, 然后进行地层的开挖和管片的激活, 最后模拟管片壁后的二次注浆。有限元模型采用的材料物理力学参数如

表1所示。有限元模型单元划分及基础与隧道关系如图3和图4所示。

4 计算结果分析

4.1 民房基础沉降分析

民房基础沉降是掘进过程中需重点考虑的控制因素。隧道分为其次掘进, 掘进完毕后, 基础的沉降云图如下图所示。

从云图中可以看到, 随着隧道的掘进, 基础附加不均匀沉降逐渐加大。靠近隧道中心线区域的沉降较大, 远离隧道中心线区域沉降较小。最大沉降约为7.874mm, 最小沉降为0.9mm。最大沉降远小于25mm的报警限值。为计算倾斜度, 取最大沉降差为7.874-0.9=6.974mm考虑, 民房基础长度为9m, 故倾斜率为:tanq=6.974/9000=0.7‰, 基础基本不会倾斜。

基础的地表沉降图如下图所示。

该区段共分七次掘进完毕。当地铁贯通后, 地表沉降呈“U”型曲线, 最大沉降点位于隧道轴线位置, 沉降值依次向两侧减小, 符合实际工程中常用的Peck公式, 地面沉降的横向分布类似正态分布曲线。

4.2 民房基础的应力分析

为保证基础在掘进过程中受力合理, 基础结构不遭到破坏, 需对基础的受力进行分析。隧道贯通后基础所受的应力云图如图7和图8所示。

从云图中可以看到, 最大基础拉应力为0.25MPa, 最大基础压应力为0.44MPa, 均很小, 未达到基础破坏条件。

4.3 地铁衬砌结构的内力分析

掘进民房建筑群下方时管片轴力弯矩云图如下图所示:

掘进完毕后管片轴力弯矩云图如下图所示:

从图9中可以看出, 当掘进至民房建筑群下方时, 最大轴力位于拱腰, 为1170k N, 最小轴力位于拱顶和拱底, 约为237k N。最大正弯矩位于拱顶和拱底为108.4 k Nm, 最大负弯矩位于拱腰, 为108.8k Nm, 二者的绝对值相差不大。从图10中可以看到, 隧道贯通后, 轴力与弯矩的极值差别不大。最大轴力变为1180k N, 最大正弯矩为108.9k Nm, 最大负弯矩变为110.2k Nm取得极值处均为模型的中部, 即下穿民房建筑群中心的区域。整个管片的受力处于弹性工作范围阶段, 故隧道是安全的。

5 结论

(1) 盾构下穿民房建筑群所引起的最大沉降约为7.874mm, 远小于25mm的限值。地表沉降槽曲线符合实际工程中常用的Peck公式。

(2) 由于应力释放, 基础产生不均匀沉降, 但其倾斜率很低, 可以忽略不计。

(3) 由于管片壁后的二次注浆使得地表沉降得到控制。基础的受力较为合理, 同时管片的受力也处于弹性范围内, 保证了地铁衬砌的安全。

摘要：研究目的:盾构隧道近距离下穿民房建筑群时, 将引起地表和民房基础产生不均匀沉降, 若沉降过大将引起民房的开裂和民房基础的破坏, 威胁到民生安全。本文以南京地铁10号线下穿民房建筑群为依托, 采用数值分析方法对盾构下穿建筑物所引起的地表、民房基础的沉降及其控制技术进行了研究, 以达到保护地面建筑物的目标, 规避盾构施工引起地表建筑物沉降开裂等风险。研究结果:在下穿段采用上半环管片壁后二次补强注浆的加固方式, 可以有效地控制地表和基础的沉降。加固后, 最大地表沉降为7.874mm, 远小于25mm的报警值。沉降槽曲线符合Peck经验公式。地基的倾斜度很小, 可以忽略。同时亦保证了地基的合理受力及盾构的顺利掘进。

关键词：盾构,近接施工,民房建筑群,沉降

参考文献

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[2]张天明.浅谈盾构下穿建筑物掘进参数控制[J].现代隧道技术, 2012, (2) :92-97.

[3]杨世彦.杭州软弱土层盾构穿越民房技术控制措施[J].隧道建设, 2011, 31 (supp.2) :148-151.

[4]熊炎林.深圳地铁盾构下穿建筑物施工技术[J].盾构施工, 2012, (supp.2) :58-60

[5]李永敬.地铁施工下穿建筑物沉降控制标准研究[J].铁道设计标准, 2006, (2) :91-92.

浅谈盾构下穿建筑物掘进参数控制 第7篇

盾构法作为地下空间拓展的一种工法, 具有施工占地小、对周边环境影响小、施工环境好、机械化程度高、开挖速度快、安全性高、成型隧道质量高等特点。然而, 由于盾构机所穿越地层具有不可预见性和复杂多变等特点, 施工中往往存在着许多不可预见的风险, 特别是在不良地质条件下穿越建筑物时, 施工风险极大, 可能会造成对建筑物的损坏和破坏, 造成重大财产损失或人员伤亡事故。所以, 在盾构下穿建筑物施工中一定要严格把关, 控制好一切不利因素。本文将从盾构法施工对周边建筑物的影响机理出发, 依托重庆地铁5106 标歇石区间施工, 尤其是盾构下穿一号线工程实例, 详细介绍盾构下穿建筑物的掘进参数控制。

1 建筑物变形控制基准值

盾构施工隧道通过的地层是复杂多变的, 在一定范围内会引起土体的位移和变形, 在影响范围内的地表建筑物, 由于地基土体的变形会导致其外力条件和支承状态发生变化, 可能会造成既有建筑物发生沉降、倾斜和断面变形等情况, 如果不严加控制, 就可能出现严重的后果。

为了使下穿建筑物的隧道质量得到保证, 以及邻近建筑物的结构安全, 国家和一些地区根据表1 所示的岩土参数, 制定了合适的变形控制基准值。通常地表沉降控制基准值应综合考虑地表邻近建筑物、地下管道及地层结构和结构稳定性因素, 分别确定其地表沉降允许值, 并取其中最小值作为控制基准值。

盾构隧道邻近施工时, 应以不造成原有构筑物的不良影响为前提, 能定量表示出不对建筑物造成伤害的影响值。

2 工程概况

2.1 区间概况

歇台子站~石桥铺站区间 (以下简称歇~石区间) 采用复合式TBM法施工, 区间设计右线起讫里程为YCK28+264.960~YCK29+513.100, 右线全长1248.140m;左线起讫里程ZCK28 +264.960 ~ZCK29 +513.100 (其中ZCK28 +300.000~ZCK28+400.000 为长链, 实际长度14.057m) , 线路实际总长1262.215m。全区段为双洞单线隧道, 左右线并行, 边线间距约9m, 设计纵坡19‰~34.567‰, 轨面标高283.788~320.188m, 隧道拟采用单心圆截面, 岩石全断面掘进法 (复合式TBM隧道法) 施工。

2.2 周边建筑物情况

本标段区间下穿既有一号线及地面周边建 (构) 筑物, 做好地下及地面周边建 (构) 筑物的保护是本工程的重点, 沿线主要建筑物见表2~表3。

2.3 管线情况

沿线区域主要分布的管线有污水管、上水管、煤气管、工业管线及通信管线等, 埋深较浅均为1.5m~8.5m, 区间隧道轨面埋深为13m~39.2m, 对管线影响较小。

由于下穿建筑物施工比较多, 主要以下穿运行的一号线为例来进行分析说明。

2.4 与即有一号线位置关系

重庆轨道交通五号线土建5106 标项目部歇台子站~石桥铺站区间复合式TBM施工410~495 环为下穿地铁一号线掘进, 与一号线最小净距为2.062m (掘进环号为439环, 拼装环号为435 环, 切口环里程为YDK28+860) , 属于重庆地铁首个特级风险源。按照图1 所示的拼装435 环刀盘与一号线的相对位置示意图, 一号线矿山法隧道为马蹄形断面, 按新奥法原理设计, 采用复合式衬砌结构, 钻爆法施工。隧道断面为11.08×8.358m, 初支220mm, 二衬450mm, 目前已投入运营。该风险工程位于渝州路下方, 为一号线歇台子站~石桥铺站区间隧道, 下穿过程中一号线列车是载客行驶。

该段掘进过程中纵坡为34‰通过R=5000m竖曲线变为纵坡为19‰单面下坡;平面曲线为R=1500m半径曲线段 (410~452 环) , 缓直段 (452~488 环) , 直线段 (488~495环) 组成。

根据图2 所示下穿段平面详勘图, 区间隧道下穿一号线区段以中风化砂质泥岩为主, 局部范围有中风化砂岩侵入, 复合式TBM掘进风险大。为防止开挖拱顶下沉而引起既有线变形、开裂等安全问题, 在复合式TBM通过前, 对既有一号线内结构进行调查分析, 以进一步了解该段隧道范围内部情况, 同时在受影响的区段隔环预埋注浆管, 当沉降变形超限时, 及时组织补强注浆;在复合式TBM通过时, 洞内加强掘进参数控制, 主要是掘进速度、土仓压力和复合式TBM姿态控制, 加强同步注浆和二次注浆, 地层变形, 确保复合式TBM快速、平稳通过该地段。加强监测和对既有线的观察, 通过监测信息及时反馈, 对各项施工参数进行调整, 以减小既有结构的变形。

3 盾构掘进参数的确定及盾构施工过程

实际盾构隧道施工过程中, 要求盾构在通过该特殊段时主要根据“匀速通过、严注浆、勤测量等”来控制建筑物的变形。

3.1 准备工作

(1) 工前对沿线盾构施工影响范围内的建筑物进行全面调查, 列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单, 提前作出预案, 准备相应材料设备。 (2) 根据地质勘察情况或盾构推进过程中的地质变化情况, 对建筑物周边地质进行补充详细勘察, 明确地形情况、基础土层结构、各土层土体性质、地下水情况等。 (3) 加强施工过程中建筑物和土体监测。按其沉降要求做全面的统计, 计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求, 为以后施工提供指导。 (4) 将始发后的20 环列为试验段, 在试验段阶段, 对盾构的各个工艺流程和施工参数, 尤其是注浆工艺进行24h监控, 做好过程记录, 为盾构安全、顺利的下穿建筑物提供切实可行的技术参数和措施。 (5) 针对需要重点保护建 (构) 筑物, 提前作出预案, 并准备相应材料设备。

3.2 匀速通过

掘进施工中, 地层的变形主要是隧道开挖所造成的, 不同的地层和不同的掘进参数对地层的变形影响很大。工作人员需密切关注土舱出土情况, 根据刀盘前的地层正确选择盾构机掘进参数, 以“平稳、匀速推进、低扭矩、顶住正面、调整压力、封住盾尾”的技术内涵为基础, 以“保头护尾”的技术为方针, 控制好刀盘扭矩、推进速度、泡沫参数、渗入尺度、碴土情况等施工参数, 尽量减少故障, 避免发生意外造成停机。快速匀速通过邻近建筑物, 可缩短围岩的暴露时间和变形。在掘进时, 控制好土舱内的压力平衡, 控制好出土量, 防止超挖。圆形土压平衡盾构理论排土体积V为:

式中:d为开挖直径, L为推进长度, a为土的天然密实体积与虚方体积系数。

3.2.1 严注浆

由于刀盘直径比盾构直径大, 开挖出来的隧道与盾体或隧道衬砌之间形成一定量的空隙;而且由于盾壳与地层之间的摩擦阻力作用, 必然会产生一个滑动面。临近滑动面的土层中会产生剪切应力, 当盾构刚通过受剪切破坏的地层时, 因受剪切而产生的拉应力导致土壤立刻向盾构后面的空隙移动;当管片脱出盾尾后, 如不及时充填该空隙, 就会被周围土体占领, 最终形成较大的地面沉降。壁后注浆是对盾尾形成的施工空隙进行填充注浆, 是控制地层沉降的一个重要环节之一。

严格控制同步注浆量和浆液质量, 务必做到以下三点:

(1) 保证每环要达到注浆总量。 (2) 保证盾构推进每箱土的过程中均匀合理地压注。 (3) 浆液的配合比必须符合标准, 可以根据实际情况合理修改浆液配合比。

在硬土层中, 如硬土泥板岩层中, 没有大的裂缝, 浆液不会流失到周围土体中去, 所以在硬土层中浆液渗透量较软土层小;同时, 硬土层的强度大, 稳定性比软土层好。当管片脱离盾尾后, 产生较大的建筑空隙, 会造成管片上浮等多种问题。所以注浆时, 应适当加大注浆量、降低注浆压力, 因浆体中的胶凝材料可充分进行水化作用, 提高浆体强度, 有利于减小对地层的扰动、减小地层应力释放。如果压力过高, 盾尾空隙填充完后, 浆液会流向盾体、刀盘, 严重时会裹往盾体、包裹刀盘刀具。

注浆量

其中, D1为开挖直径, D2为管片外径, m为管片长度, a为注入率。

3.2.2 勤测量

在隧道过建筑物时, 地表沉降必须全线进行, 并沿纵轴线每5 m布置地表桩测点, 进行连续测量。对位于沉降槽影响范围的建筑物, 作重点保护监测, 加强监测力度。隧道内的盾构机要控制好姿态, 盾构姿态变化不可过大、过频。根据盾构姿态合理使用仿形刀和千斤顶编组顶进, 纠偏幅度不宜过大, 尽量保持机体平稳推进, 避免由于机体扰动周围土体和超挖引起地层损失, 对地面沉降控制造成不利影响。

3.3 下穿段掘进参数

从表4 中可以看出, 将中部土压控制在0.1bar, 推力控制在13000k N, 刀盘扭矩在3200k N/m附近时, 速度在30mm/min, 也就是推进一环在60 分钟以内, 考虑到二次补浆的速度和准备工作, 刚好能满足现场施工。

4 监控测量管理

4.1 测点埋设情况及监测项目

测点埋设情况:目前歇台子站~石桥铺站区间已埋设完成测点情况:既有一号线歇石区间隧道结构净空收敛测点215 个, 隧道结构拱顶下沉测点124 个, 轨道结构 (道床) 竖向位移215 个, 裂缝测点273 个;5 号线地表沉降监测点178 个, 拱顶测点59 个, 净空收敛测点11 个, 建筑物沉降5 个, 建筑物倾斜1 个, 管线沉降3 个。

监测项目:地表沉降、隧道结构净空收敛、拱顶下沉、轨道结构 (道床) 竖向位移、建筑物沉降、建筑物倾斜、管线沉降。

监测频率及监测控制指标:详见表5。

4.2 施工监测结果

表6 所示监测结果显示, 截止2015 年11 月11 日, 巡视无异常、监测无异常。从2015 年10 月23 日到11 月5日, 共14 天的时间, 经过精心策划和准备, 下穿过程中全体员工的尽职工作, 在沉降允许的范围内安全快速通过了一号线。

5 总结

歇台子站~石桥铺站区间盾构下穿施工的顺利实施, 充分验证了本文盾构下穿施工参数监测控制方案的可行性。目前, 地铁下穿既有建筑物的工程越来越多。在防止盾构推进过程中造成既有盾构施工区段内土体下沉危及地面建筑、行车和行人安全的同时, 还要确保隧道在列车运行荷载作用下的结构稳定。盾构施工穿越建筑物等障碍物时, 施工前首先要对既有建筑物调查, 充分了解具体边界条件后再分析可能产生风险的原因, 有针对性地制订相应的施工措施, 并做好施工过程中的监测工作, 依所测监测数据及时调整盾构参数。同时, 针对穿越障碍的风险, 制订相应的应急预案, 以保证在出现意外情况时仍然可以按预案进行处理而不致于手足无措。

参考文献

[1]顾艳阳.降低盾构法施工成本的措施探讨[J].价值工程, 2013 (01) .

[2]王小红.小议地铁施工盾构法施工技术[J].科技创新与应用, 2013 (34) .

盾构下穿 第8篇

关键词：明挖隧道,盾构隧道,结构设计,工程措施,交叠隧道,数值分析

随着城市化进程不断加快, 城市中心城区的地面交通正日趋饱和。为有效缓解交通压力, 规划者越来越多地把目光聚焦于城市隧道。

然而, 伴随地下隧道数量的增加, 城区内隧道建设限制因素越来越多, 2条隧道空间叠交的现象难以避免[1,2]。

上海市沿江通道越江隧道工程为高速公路越江隧道, 下行规划沪通铁路为直径达10.3 m的铁路盾构隧道, 两者竖向净距仅为2 m。双线大直径铁路盾构隧道小角度近距离下穿公路越江隧道, 这在国内尚属首次。本文利用有限元数值分析软件对铁路盾构下穿沿江通道敞开段、暗埋段的影响进行计算分析。

1 工程概况

上海市沿江通道越江隧道工程位于上海市东北部, 工程迂回于长江口, 并横穿黄浦江, 呈东西走向。起点位于浦西牡丹江路, 终点与浦东外环线相接。

工程全长8.7 km, 主线建设规模为双向6车道, 设计车速为80 km/h的高速公路标准。沿江通道平面示意图见图1。

本工程岸边段含设备段、暗埋段和敞开段, 采用明挖顺作法施工, 基坑最大开挖深度约22.7 m。

规划沪通铁路与本工程走向基本一致, 采用盾构法施工, 隧道外径10.3 m。

铁路盾构隧道下穿本工程浦东岸边段, 两者小角度斜交, 相交角度约20°, 竖向垂直净距最小为2.0 m。下穿节段为PD11~PD19, 其中PD11~PD13节段为暗埋段, PD14~PD19为敞开段。

通过对不同施工方案进行比选, 确定沿江通道与沪通铁路隧道采用分离式施工方案, 即先施工沿江通道隧道, 后施工下方沪通铁路盾构隧道。隧道叠交平面示意图见图2。

考虑预留铁路盾构隧道穿越条件以及盾构穿越对本工程的影响, 岸边段设计时对围护结构及主体结构采取一系列优化措施, 以确保后期穿越的沪通铁路盾构隧道顺利实施。

2 工程地质与水文地质

2.1 工程地质

场地标高约4.70 m。根据勘察资料, 工程范围内土层自上而下依次为 (1) 1人工填土、 (2) 1褐黄色粉质黏土、 (2) 3灰色黏质粉土、 (3) 1灰色淤泥质粉质黏土、 (3) 2灰色砂质粉土、 (4) 灰色淤泥质黏土、 (5) 1灰色黏土、 (5) 2灰色砂质粉土夹粉质黏土、 (5) 3-1灰色粉质黏土夹黏质粉土、 (7) 2灰色粉砂、 (8) 灰色黏土、 (9) 灰色粉砂。

2.2 水文地质

拟建场地浅部土层中的地下水类型为潜水。上海地区潜水位埋深为0.30~1.50 m, 潜水水位主要受大气降水、地表径流等影响呈幅度不等的变化, 常年平均地下水位埋深为0.50~0.70 m。

据勘察资料, 沿线场地揭示的 (5) 2砂质粉土层为微承压含水层, (7) 2层和 (9) (含 (9) 1、 (9) 2) 层为承压含水层。微承压含水层、第一承压含水层和第二承压含水层之间局部直接相通。 (微) 承压水位埋深一般为3.0~11.0 m。

3 围护结构设计

围护结构设计时考虑为沪通铁路下穿预留条件, 主要采取了以下措施。

3.1 围护选型

沪通铁路下穿沿江通道岸边段PD11~PD19节段, 其中暗埋段PD11节开挖深度最大, 为12.2 m。按上海地区基坑围护结构常规设计, 采用地下连续墙、钻孔灌注桩及型钢水泥土搅拌墙等围护结构型式。但考虑后期盾构下穿因素, 围护结构型式采用直径1 000 mm型钢水泥土搅拌墙。内插H800×300×14×26 mm型钢, 为满足受力及基坑稳定性要求, 型钢密插。

本工程隧道结构施工结束后, 拔除型钢水泥土搅拌墙内的型钢。后期沪通铁路隧道施工时盾构机可直接切削穿越水泥土搅拌桩, 为隧道下穿预留了实施条件。

3.2 地基加固

沪通铁路下穿区域本工程结构底板主要位于 (2) 3灰色黏质粉土层, 厚约5 m, 该层土饱和, 稍密, 中压缩性。其下为厚度达14 m的 (4) 灰色淤泥质黏土层, 该层土为流塑状, 高压缩性, 为铁路盾构穿越的主要土层。盾构穿越势必对周围土体造成扰动, 引起上方已建隧道的沉降。

穿越区域采用地基加固能有效提高土体强度和土体侧向抗力, 从而减小盾构穿越对周围土体的扰动。为此, 在本工程基坑底至铁路盾构隧道下3 m及盾构隧道两侧各3 m范围内进行高压喷射注浆全断面加固;加固范围沿盾构轴线外扩至本工程隧道结构边线以外15 m。同时, 为使盾构穿越顺利, 对穿越孔内土体进行弱加固。高压喷射注浆采用强度等级≥P.O42.5的新鲜普通硅酸盐水泥, 水泥掺量≥25%, 水灰比0.7~1.0, 28 d无侧限抗压强度qu28≥1.0 MPa。桩体直径为800 mm, 采用二重管法施工, 相邻桩间搭接长度为300 mm。地基加固平面图见图3。

4 主体结构设计

主体结构设计时除为沪通铁路盾构隧道下穿预留条件外, 考虑盾构下穿时对主体结构的影响, 采取相应加强措施。以确保后期铁路盾构隧道下穿时已建隧道的安全。

4.1 桩基布设

1) 敞开段桩基布设。盾构下穿区域PD14~PD19节段为敞开段, 敞开段为钢筋混凝土U形坞式结构, 由于抗浮不满足要求需设置抗拔桩, 桩径0.8 m。结构抗浮计算时, 考虑主体结构与盾构隧道结构所受浮力。由于需预留铁路盾构隧道穿越条件, 盾构隧道及其两侧各3 m范围内不设抗拔桩。同时, 沿铁路盾构隧道方向在盾构隧道两侧各3 m外设直径1 m的加强钻孔灌注桩, 桩中心距3 m。加强桩基能部分隔离盾构穿越时对土体的扰动。同时, 新设加强桩兼作抗拔桩。

2) 暗埋段桩基布设。盾构下穿区域PD11~PD13节段为暗埋段, 暗埋段为单箱三孔钢筋混凝土箱型结构型式, 自重抗浮。考虑后期盾构穿越对暗埋段结构的影响, 沿铁路盾构隧道方向在盾构隧道两侧各3 m外设1~2排直径1 m加强钻孔灌注桩, 桩中心距3 m。其余范围全断面设φ0.8 m钻孔灌注桩。

加强桩基一方面能提高土体密实度, 另一方面部分隔离盾构穿越时对周围土体的扰动影响。由于本工程隧道暗埋段底板至盾构隧道顶之间覆土较小 (2.0~3.4 m) , 加强桩基能减小盾构隧道上浮力引起的主体结构底板位移及内力。桩基结构横断面图见图4。

4.2 结构底板加厚

由于两隧道竖向净距最小仅为2.0 m, 下方盾构隧道上浮力势必通过中间土体对上方隧道结构底板产生附加作用力, 引起板内受力增大。原穿越区域底板厚1.1~1.2 m, 考虑盾构下穿影响, 均增大200 mm, 侧壁和顶板不变。

以暗埋段PD13节段为最不利断面进行受力计算分析。考虑两隧道之间覆土自重后, 盾构下穿引起上方土体扰动, 该部分土体竖向基床系数变小, 计算弯矩包络图见图5和图6。

经计算, 考虑铁路盾构隧道下穿底板弯矩最大值为1 257 k N·m, 不考虑盾构下穿底板弯矩最大值为1 013 k N·m, 内力增幅约20%。其他节段受力计算类似, 板内弯矩均有不同程度的增大, 故底板厚度需适当增大, 侧壁和顶板不变。

5 叠交影响分析

沿江通道主体结构通过变形缝进行分节, 每节20 m左右, 各节受力相对独立。由于沪通铁路盾构隧道与沿江通道长距离小角度斜交, 选取典型节段, 采用二维有限元数值分析法分析沪通铁路盾构掘进对本工程主体结构的影响。

5.1 暗埋段影响分析

沿江通道暗埋段为三孔箱形结构, 左右两孔净宽13.25~14.70 m, 中间孔净宽2.1~2.4 m, 结构净高6.2 m, 底板厚1.3 m, 顶板厚1.0 m, 侧墙厚1.0 m, 中墙厚0.6 m。结构覆土约2.5 m。

沪通铁路盾构隧道外径10.3 m, 管片厚480 mm。盾构隧道左右线中心距约22 m。沪通铁路盾构隧道下穿沿江通道暗埋段, 竖向最小间距约2.0 m。盾构下穿区域考虑高压喷射注浆地基加固。

选取PD13节段建立有限元模型 (见图7) , 进行数值分析计算, 计算结果见图8~图10。

计算结果表明, 盾构隧道下穿完成后, 土体竖向最大变形量约6.3 mm。土体水平向最大变形量约4.1 mm。隧道暗埋段结构最大变形量为4.9 mm。

5.2 敞开段影响分析

沿江通道敞开段为钢筋混凝土U形坞式结构, 结构净宽约31~36 m, 底板厚1.3 m, 侧墙根部厚1.3 m, 顶部厚0.9 m。沪通铁路盾构隧道下穿沿江通道敞开段, 竖向最小间距约3.4 m。盾构下穿区域考虑高压喷射注浆地基加固。

选取最不利段PD14节建立有限元模型 (见图11) , 并进行数值分析计算, 计算结果见图12~图14。

计算结果表明, 盾构隧道下穿完成后, 土体竖向最大变形量约8.1 mm;土体水平向最大变形量约4.3 mm。隧道敞开段结构最大变形量5.5 mm。

参照类似工程经验, 沪通铁路盾构隧道下穿对沿江通道结构影响在可接受范围内。盾构推进施工期间应优化施工参数, 控制推进速度, 加强注浆措施, 减小施工引起的土体沉降及对沿江通道主体结构的影响。

6 结语

以上海市沿江通道越江隧道工程为载体, 介绍在规划线位已知的情况下, 先期实施工程所采取的一系列工程措施, 以确保后期下穿盾构隧道的顺利实施, 并减小对既有上方隧道的影响。

1) 隧道基坑围护结构选型时考虑对远期实施盾构隧道的影响, 穿越区域应避免采用地下连续墙或钻孔灌注桩等钢筋混凝土围护结构, 而采用便于盾构切削的型钢水泥土搅拌墙等围护结构型式, 为后期隧道的下穿预留条件。

2) 若先实施隧道结构位于软土层, 宜考虑在盾构穿越区域进行地基加固, 加固范围可外扩至盾构机两侧各3 m范围, 沿盾构隧道纵向可适当外扩至上方隧道主体结构以外。

3) 先期实施隧道结构需考虑盾构隧道下穿时的不利影响, 对主体结构采取加强措施。盾构下穿引起上方隧道的隆沉, 造成结构底板内力增大, 故盾构下穿段结构底板厚度宜适当增大20%左右。

4) 为控制后期下穿盾构隧道施工时造成的既有隧道隆沉, 可考虑在主体结构底板沿盾构推进方向设加强桩基。加强桩基可减弱盾构掘进时对周围土体的扰动, 控制隧道结构工后沉降。

市政规划中, 应尽量避免隧道线位近距离叠交;当近距离叠交不可避免时, 建议同步规划, 分期实施。先期实施隧道为后实施隧道预留穿越条件, 以降低施工风险, 并达到工程经济效益及社会效益的最大化。

参考文献

[1]任奕伟.城市隧道相交段施工工法选择研究[D].重庆:重庆大学, 2012.

盾构下穿 第9篇

1 工程概况

某地铁盾构区间长895 m, 外径6 200 mm, 内径5 500 mm, 垂直正穿既有铁路, 采用土压平衡盾构施工。线路线间距16 m～15 m (下穿铁路段线间距为16 m) , 线路采用5.0‰单面坡, 轨面标高埋深约21 m, 隧道结构顶与铁路站场地面垂直距离约16 m。

既有铁路为Ⅰ级国铁线路, 双线正线, 有碴轨道, 速度目标值为160 km/h～200 km/h (线路开行动车, 最高时速200 km) , 铁路站场为4台10线, 其中到发线7条 (含正线兼到发线2条) , 基本站台宽12 m。

隧道穿越区域土层自上而下分别为:①1杂填土, ③1黏土, ③2粉质黏土, ③3粉土夹粉质黏土, ⑥1-1粉质黏土, ⑥1黏土, ⑥2-1粉质黏土夹粉土, ⑥2粉质黏土。盾构穿越段主要位于⑥1黏土, ⑥2-1粉质黏土夹粉土。

2 轨道交通区间盾构施工对既有铁路影响分析

对于盾构隧道施工引起地面沉降预测, 派克 (Peck, 1969年) 提出了地层损失的概念和估算方法。此后经过大量工程实践及修正完善, 该方法成为最常用的估算盾构正常施工引起地面沉降的方法。该方法认为在不考虑土体排水固结与蠕变的条件下, 盾构推进后地面横向沉降基本为似正态曲线, 具体地面沉降关系如下:

$S{}_x=\frac{V{}_l}{\sqrt{2\text{π}i}}e{}^{(-\frac{x{}^2}{2i{}^2})}$。

其中, Sx为地面到盾构中心处埋深为Z的断面上, 距离隧道中心线x处的沉降量;Vl为地层损失量;i为沉降槽宽度系数, 是土壤条件、隧道半径、隧道中心埋深的函数。

$i=\frac{{\rm Z}}{\sqrt{2\text{π}}\tan (45°-\frac{\text{ϕ}}{2})}$。

对Peck公式求导可得沉降曲线的最大斜率 (发生在x=i处) :

$\eta =\frac{0.61}{i}S{}_{\max }$。

如设定地层的极限剪应变Yp与η相等, 则:

$Y{}_p=\frac{[\tau ]}{G}=\eta =\frac{0.61}{i}S{}_{\max }$。

$[S{}_{\max }]=\frac{i[\tau ]}{0.61G}$。

其中, [τ]为地层抗剪强度;G为地层剪切模量。

上式即为从隧道施工本身的安全稳定性推求的地面沉降最大容许值。

盾构隧道穿越火车站站场段结构顶覆土厚度约16 m, 区间结构外径3.1 m。盾构施工过程中地层损失率取0.5% (按盾构隧道正常施工) , 由Peck公式计算得:单孔隧道掘进施工时引起的地面最大沉降为6.7 mm;双孔隧道先后掘进地面最大沉降为9.3 mm, 如图1, 图2所示。

3 既有铁路工程对轨道交通区间盾构施工的影响分析

盾构隧道内径采用5 500 mm, 管片厚度为350 mm, 管片宽度1 200 mm, 采用修正惯用计算法进行结构计算。

结构按匀质圆环考虑。由于纵缝接头、螺栓孔的存在, 导致整体抗弯刚度降低, 计算时取圆环抗弯刚度为η (EI) (η为抗弯刚性的有效率, η≤1, 一般取0.6～0.8) , 考虑错缝拼装管片接头部弯矩的传递, 结构整体补强效果, 进行错缝拼装弯矩重分配。计算采用的参数为:刚度有效率η=0.8;弯矩增大系数ξ=0.3。

将列车荷载、路面土体荷载施加于原状土上, 350 mm厚, 1.2 m宽管片最大弯矩为293.2 kN·m, 最大轴力为947.7 kN, 最大剪力为153 kN, 最大变形为10.57 mm, 可看出, 既有铁路对后期盾构施工的安全性及盾构施工质量影响较小。计算结果见图3, 图4。

4 研究结论

1) 结合盾构施工经验, 在穿越既有铁路时, 列车限速:地面列车减速行驶;2) 根据前期盾构掘进参数控制与地层位移关系, 确定合理的土压力值、排土率及掘进速度等;3) 穿越前应对盾构机械进行检修, 避免中间停机、漏浆或注浆系统堵管等情况发生, 保证盾构能够连续匀速推进;4) 严格控制掘进速度和同步注浆量, 避免因盾尾空隙未能及时充填而产生下沉;5) 及时进行二次注浆, 控制后期沉降;6) 在轨道交通施工前对穿越段铁路采取扣轨措施, 施工过程中采用调整轨道扣件的办法及时调整轨道高程, 以满足铁路线路的标准;7) 加强沉降监测, 应对轨道进行穿越施工全过程监测, 其中对轨道沉降、轨道横向差异沉降、轨距变化和道床纵向沉降等内容应进行24 h的远程实时监测;根据监测结果, 及时优化调整掘进施工参数, 做到信息化动态施工管理。采用高精度的连通管自动监测的方法, 对轨道作加密监测, 盾构通过期间, 定期提供监测数据, 并及时反馈。

参考文献

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[2]张凤祥.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004.

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[5]王海平, 范新健, 张庆贺, 等.盾构穿越铁路股道的施工风险分析[J].低温建筑技术, 2008 (6) :77-79.

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