浅埋小直径盾构上跨既有地铁线施工技术_张南.pdf

2023年第1期图1电力隧道与既有地铁线平面关系位置张南：浅埋小直径盾构上跨既有地铁线施工技术浅埋小直径盾构上跨既有地铁线施工技术张南（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京101100）摘要：近年来随着市政工程的大规模建设，新建地下工程不可避免将与其他既有地下工程交叉，如何确保在建和既有地下工程的安全是重难点。文章以昆明电力隧道为依托，通过对小直径盾构小间距上跨既有运营地铁线，同时浅埋下穿繁忙市政道路展开施工技术研究。关键词：电力隧道；小直径盾构；上跨既有地铁线；盾构机配置；辅助技术管控措施Abstract:With the large-scale construction of municipal projects in recent years,new underground projectsinevitably intersect with other existing underground projects.How to ensure the safety of the ongoing andexisting underground projects is a key and difficult point.Based on Kunming Power Tunnel,the paper studiesthe small diameter shield tunnelling with small spacing to cross the existing operating subway line,whileshallowly burying under the busy municipal road.Keywords:powertunnel；smalldiametershield；spanningtheexistingsubwayline；shieldmachineconfiguration；auxiliary technology control measures中图分类号 U455.43文献标识码 A 文章编号1004-5538（2023）01-0094-031工程概况及地质情况昆明220 kV永和（云纺）输变电工程电力隧道盾构始发井2#接收井区间里程K3+535.170K3+548.740段涉及穿越地铁5号线隧道双线（已运营），隧道施工采用盾构法，管片外径4.0 m，内径3.5 m，厚度0.25 m，环宽1.2 m。电力隧道最浅埋深约3.9 m，地面为福海立交桥匝道及滇池路市政主干道，滇池路为六车道，总宽度约21 m，下穿福海立交桥两个匝道，每个匝道宽度约6 m；在建电力隧道与既有地铁线最小垂直净距约4.1 m，既有地铁线为外径6.2 m、内径5.5 m的圆形隧道结构，厚度0.35 m。区间主要穿越的地层为粉质黏土、粉土，地下水位24 m。电力隧道与既有地铁线平面关系位置见图1。2工程重难点（1）盾构上跨既有地铁线最小竖向净距仅1倍洞径，确保既有地铁隧道的结构安全是此工程的重难点。（2）电力隧道埋深较浅且地面车流量较大，存在较强活动荷载，盾构施工过程中地表及建（构）筑物的沉降控制是此工程的难点。（3）盾构穿越完成后，易造成在建电力隧道和既有地铁线上浮，确保在建隧道和既有地铁隧道的后期安全是此工程的重点。3有限元模拟分析电力隧道盾构掘进上跨施工将可能对既有地铁隧道结构造成不利影响。为此，结合地铁隧道和电力隧道结构设计及施工特点，以及电力隧道与5工程技术94-2023年第1期表3厚浆配合比记录单位：kg砂粉煤灰膨润土石灰水96045660180300号线隧道的空间立体关系，并针对盾构施工特点，采用三维有限元软件模拟电力隧道盾构施工对既有地铁隧道结构产生的不利影响，通过有限元重点分析地铁5号线隧道结构的位移情况，进而判断电力隧道盾构施工对地铁结构可能产生的不利影响。依据三维数值模拟计算，盾构上跨既有地铁隧道最大水平位移为0.3 mm，最大竖向位移为3.9 mm，最大总位移为3.9 mm，地表最大沉降为8.5 mm。三维有限元模型轴视见图2。4上跨既有地铁隧道施工技术4.1盾构机配置及设计改造在施工前，根据本区间的地质、水文及二次补勘等情况，进行了盾构机的选型，采用4 230 mm土压平衡的盾构机用于隧道掘进施工。该类型盾构机的开挖直径为4 260 mm，刀盘开口率为50%，刀盘配置中心鱼尾刀、加强型焊接先行刀及刮刀等。先行刀及刮刀分层布置，优化改进刀具的切削角度，延长刀盘刀具的使用寿命，增强刀具的耐磨性。主驱动采用4台90 kW的变频驱动，额定扭矩1 840 kNm23.8，脱困扭矩2 300 kNm29.75，在刀盘中心和辐条上，配置6个渣土改良注射口，在原设备上增加了二次台车及注浆系统。盾构机刀盘刀具配置见图3。4.2主要掘进参数在上跨施工前，本区间设置了50 m试验段。总结施工参数，吸取施工中的经验及不足，并根据实际情况调整掘进参数，确保盾构机穿越既有地铁隧道。试验和验证段的掘进参数见表1，盾构上跨段掘进参数见表2。4.3厚浆的使用（1）由于盾构上跨既有地铁隧道段埋深较浅，仅为3.9 m，且地表为福海立交桥匝道及滇池路主干道，车流量较大。为确保在盾构开挖阶段不出现地表沉降，利用中盾径向孔及盾构机同步注浆系统，在掘进过程中，同步进行厚浆填充。（2）根据现场实际情况，制定了厚浆的配合比。厚浆配合比记录见表3。5其他辅助技术管控措施5.1地面保护措施为确保地面行车安全，在盾构机穿越前对隧道施工范围及轮廓线外3 m的区域铺设钢板，钢板厚度约20 mm，以增加车辆的受力面积，增设减速标图3盾构机刀盘刀具配置图2三维有限元模型轴视表1试验和验证段的掘进参数掘进参数参数值单位仓压掘进速度总推力刀盘转速扭矩同步注浆同步注浆压力出土量0.50.630356007000.81.06008003.54.00.20.41921barmm/mintrpm/minknmm3/环MPam3表2盾构上跨段掘进参数掘进参数参数值单位仓压掘进速度总推力刀盘转速扭矩同步注浆同步注浆压力出土量0.50.638407008001.01.17008004.04.50.250.351921barmm/mintrpm/minknmm3/环MPam3张南：浅埋小直径盾构上跨既有地铁线施工技术工程技术95-2023年第1期志和减速带，从而确保施工安全。5.2隧道内二次补充注浆由于盾构掘进过程中，中盾及盾尾采用厚浆填充缝隙，为加快厚浆凝固，管片脱出盾尾3环后，通过衬砌管片增设注浆孔，进行二次补充注浆，浆液采用双液浆，注浆压力为0.25 MPa。二次注浆浆液配比见表4。5.3深孔注浆加固此区间盾构穿越完成后，通过地质雷达扫描和壁后空洞检测的方法，确定该段土体密实度，并进行洞内深孔注浆加固，能有效地抑制既有地铁成型隧道管片上浮，从而确保既有地铁隧道和电力隧道的后期稳定。加固范围为隧道整环（360）深孔注浆加固，形成注浆圈厚度均为2.0 m，注浆管长2.5 m，浆液采用水泥单液浆，水灰比0.6。洞内深孔注浆加固见图4。5.4自动化监测既有地铁隧道已初期运营，作业人员无法进入地铁区间内，因此监测采用徕卡机器人（TM50）与徕卡Geomos监测软件配合使用，对地铁线内进行24 h不间断的自动化监测。盾构上跨期间监测频率为3 h/次，分析既有地铁隧道沉降变化情况，并及时分析数据，指导掘进参数的调整，为盾构掘进保驾护航。盾构上跨既有地铁隧道及下穿滇池路段通过后，既有地铁隧道最大累计沉降仅2.7 mm，滇池路最大累计沉降仅2.3 mm。自动化监测点布置见图5。6结论（1）通过盾构上跨既有地铁线的监测数据与有限元建模分析数据对比，实际沉降参数满足设计要求，证明盾构机的配置、掘进参数的设定及浆液配比的选择等施工措施是可行的，为其他类似上跨既有地铁线的施工提供参考与借鉴。（2）软弱地层盾构掘进过程中，采用盾体厚浆注入的方法抑制沉降是十分必要的，为盾构通过阶段稳固地层提供有效保障，也可为后续巩固措施提供有效实施时间。（3）在盾构掘进过程中，盾尾同步注浆和洞内深孔注浆是有效抑制既有地铁线上浮的主要方法，注浆时要注意方量和压力双控，并做好监测数据的分析和总结，也可以用隧洞堆载的方法抑制上浮。作者：张南（1988-），男，本科，工程师，工程施工专业。（编辑：王冬林）（收稿日期：2022-12-1）表4二次注浆浆液配比11水泥浆液水泥浆比重水玻璃（40波美度左右）与水11稀释初凝控制时间/s11.5120s图4洞内深孔注浆加固图5自动化监测点布置张南：浅埋小直径盾构上跨既有地铁线施工技术全球最大单片面积玻璃幕墙亮相。近日，在江苏南通皓晶集团综合办公楼项目中，金螳螂幕墙公司成功安装了一块20 m3.3 m的巨型玻璃幕墙，是玻璃幕墙领域的重大突破。这项大型玻璃幕墙的试安装完成，向世界展示了中国的建筑实力和幕墙技术水平。据悉，这块单片面积为66 m2的玻璃幕墙，是由皓晶集团的幕墙设计和制造团队带来的技术创新，将创造全球最大单片面积玻璃幕墙的吉尼斯世界新纪录。（来源：中国建材信息总网）工程技术96-