地铁出入口顶管施工对既有区间隧道影响控制

地铁出入口顶管施工对既有区间隧道影响控制

王仁杰

天津市地下铁道集团有限公司  天津市河东区 300000

摘要：随着社会发展的影响，我国交通运输行业得到进步，本文为分析地铁出入口顶管施工对既有区间隧道的影响，在阐述区间隧道保护措施的基础上，建立了三维有限元分析模型，研究了始发井、接收井及顶管施工阶段下区间隧道水平位移和竖向位移分布特征，详细分析了道床沉降和隧道水平位移变化规律。研究结果表明，车站附近道床主要为隆起，远离车站的道床为沉降；顶管掘进对区间隧道影响大于工作井，是关键阶段；靠近顶管的区间隧道和远离顶管的区间隧道水平收敛显著变化的范围约为隧道的5倍、3倍洞径；在针对性的保护措施下，区间隧道位移满足控制标准。所得结论可为类似工程提供借鉴与参考。

关键词：既有区间隧道；隧道水平位移；道床沉降

引言

随着城市建设的快速发展，顶管施工技术的成熟，越来越多的施工需要在既有结构的邻近范围内实施。在顶管施工过程中，掌子面开挖扰动、地层损失、固结沉降等因素会引起地层产生移动和变形，导致基本埋于地下的地铁结构随之发生移动和变形。因此，有必要采用有限元预测新建顶管全过程施工对既有地铁结构的影响程度及可能带来的危害，从而对工程的施工方案、设计、加固提出指导性的意见，对危险部位事先采取防范措施，回避风险，并提出科学、合理、可行的安全对策措施，确保施工对既有地铁结构和运营的影响在允许范围内。

1始发前准备工作

始发前检查已完成的洞门地基加固质量、洞门外降水井的布置及运行情况、场地上场地布置以及其他资源的保障。在做好施工测量及复核后进行始发基座的安装、钢后靠安装及间隙填充、顶管机拼装调试、后顶进系统安装、洞口止水装置安装以及止退装置等配套的系统性安装调试。

2地铁出入口顶管施工对既有区间隧道控制

2.1加强螺旋出土器闸门密封

管节安装时顶管机主机处于断电状态，无法进行操作，螺旋机一旦发生喷涌很难控制，进而会引起掌子面发生流砂现象，引起地面沉降。防止螺旋机喷涌主要采用以下措施:①土仓渣土必须充分改良及搅拌，确保螺旋机排除渣土稠度适中，且无明水排除;②螺旋机出土时必须严格控制土仓压力维持在设定压力值，确保地面稳定;③主机断电前观察螺旋机内渣土情况，若地层已砂为主，透水性较强，断电前利用螺旋机预留注浆孔向螺旋机内注入黏性土泥浆，利用不透水的浓泥密封螺旋机;④及时清理螺旋机闸门槽内异物，确保螺旋机闸门闭合密实。

2.2施工中保护措施

工作井及顶管施工对区间隧道存在明显影响，为保护隧道的安全，采取以下措施：（1）分区施工。始发井分为两个区域，爬坡段基坑分为3个区域施工，顺序为靠近车站侧向远离侧开挖，每区块在底板混凝土达到设计强度后开挖下一区块。钢支撑、垫层及基础底板施工完成时间严格控制在10、10h和6d。（2）围护加强。围护结构采用钻孔咬合桩（始发井、爬坡段基坑采用ϕ800mm@600mm钻孔咬合桩，接收井基坑围护结构采用ϕ1000mm@750mm钻孔咬合桩）+三道支撑的形式，其中第一道支撑采用混凝土支撑，采用静力切割拆除。围护施工前提前在隧道侧埋设测斜管，实时监测围护结构施工的影响。（3）端头加固。始发井、接收井端头及后靠均采用ϕ800mm@600mm三重管高压旋喷桩进行加固，水泥掺量不小于25%，28d无侧限抗压强度不小于1.0MPa。始发井、接收井端头加固参数：度3m，宽11.9m（管节外边2.5m范围），深10.9m（顶管上方3m至底部3m范围）；后靠加固：长3m，宽11.9m（管节外边2.5m范围），深13.2m（顶管上方3m至坑底以下2m范围）。（4）接缝处理。采用ϕ800mm的高压旋喷桩对接收井与车站主体接缝处的止水进行加强，并向附属结构两侧进行纵向延长，避免后期开挖时结构接缝处出现渗漏水情况。（5）其他措施。严格控制地铁侧基坑周边荷载，基坑外10m范围内施工静荷载不得超过20kN/m2，机械动荷载速度不超过30km/h。采用土压平衡顶管机和用水中进洞模式，减少水土流失导致的沉降风险。

2.3渗漏控制措施

接收井洞门和管节间存在周边间隙,顶管机接收时易引起水土流失。在顶管机到达距接收井6m后,开始停止第一节管节的压浆,并在以后顶进中将压浆位置逐渐后移,保证顶管机接收前形成完好的6m左右的土塞,避免在接收过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。此外,最后5节管节要钢板连接,以防顶管机在脱出管节后,管节之间的间隙被拉大,造成渗水或漏浆。顶管机机头完全进入接收井后,立即封洞门,用弧形钢板将管节、钢洞圈焊接为一个整体,然后通过第2~5节管节上注浆孔对周边土体注入水泥浆进行浆液固化,再通过首节管节四周注浆孔对洞门圈进行补充填充注浆。

2.4管节止退控制

由于矩形顶管机的断面大，顶管机掌子面受水土压力较大，在每次拼装管节或换顶铁块时，顶管机易产生倒退现象，因此在主顶油缸回缩前，采用止退装置进行阻止顶管机和管节往后退的趋势。基座两侧各设置1套止退装置，通过管节吊装孔来固定已施工管节，管节回缩力通过销子、销座、垫块传递到止退装置的后支柱上。止退装置采用I40焊接成三角形状，工字钢与插销接触的一侧焊接150mm×720mm(宽×高)支座。止退装置与基坑始发导轨采用满焊连接加固。

2.5下穿既有道路及市政管线管控重点

顶管施工过程下穿既有道路及市政管线,必须严格控制切口平衡压力,严格控制土压力的波动,保持均衡匀速施工,以减少顶管施工对管线、道路及周边建构筑物的影响。顶进过程泥浆压注量控制在建筑空隙的 200%~300% ,浆液的收缩变形是地面沉降的隐患,要根据地面监测情况及时反馈,进行二次注浆,从而使地层变形量减至最小。

结束语

为研究地铁出入口顶管施工对邻近的区间隧道的影响，针对隧道位移变化规律做了研究，得出以下结论：（1）由于工作井、顶管施工的叠加影响，地铁隧道安全风险较大，需采取分区施工、围护加强、端头加固、接缝处理以及外荷载控制等针对性的措施。在上述措施保护下，区间隧道位移满足控制要求，且存在较大的安全余量。（2）顶管施工完成后，靠近车站的道床沉降表现为向上隆起，而远离车站的道床沉降表现为向下沉降。顶管掘进对区间隧道位移的影响大于工作井开挖，是隧道位移控制的关键阶段。此外，区间隧道上方工作井施工引起了隧道较大的竖向位移，也是位移控制关注点。

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