中铁隧道集团三处有限公司 天津市 300350
一、工程概况
1.1 工程简介
天津地铁4号线12标位于天津市和平区，共有1站（和平路站）2区间（东南角站-北安桥站，北安桥站-和平站），区间起于东南角站，出站后沿和平路向南穿过荣吉大街、福安大街进入北安桥站，而后由北安桥站穿和平路进入兴安路，沿兴安路进入大沽北路后进和平路站。
1.2 地质情况
和平路站～北安桥站场地埋深75.00m深度范围内，地基土按成因年代可分为以下10层：人工填土层（Qml）、新近沉积层（Q43Nal）、第Ⅰ海相层（Q42m）、第Ⅱ陆相层Q41h+al）、第Ⅲ陆相层（Q3eal）、第Ⅱ海相层（Q3dmc）、第Ⅳ陆相层（Q3cal）、第Ⅲ海相层（Q3bm）及第Ⅴ陆相层（Q3aal），其岩性特征及分布。和平路站～北安桥站区间主要位于⑥4、⑦、粉质粘土；⑧2-2粉砂；⑨2砂质粉土；⑧2-1黏质粉土层。左右线下穿既有地铁3号线穿越土层主要以⑧22 粉砂、⑨1、⑨2-1粉质粘土为主。
二、盾构施工对地铁的安全评估
盾构施工对一定范围内的土体产生扰动，隧道会跟随地层扰动发生移动和变形。
1、对隧道结构现状评估
天津地铁3号线已经开通运营，结构稳定无开裂漏水。
2、工作井和顶进全过程对隧道结构的影响
.png)
图3 下穿3号线区间相对位置关系平面图
根据上图的位置关系可知，4号线北安桥站～和平路站区间在右DK25+873～右DK25+895范围垂直下穿3号线区间，与隧道结构水平净距最小约2.865m，需进行有限元分析。
3、计算模型概述
“4号线盾构隧道下穿3号线盾构隧道”数值模拟计算采用 MIDAS-GTS有限元软件。模型按照实际尺寸建模，分别建立双线盾构隧道结构模型。有限单元法地层结构材料的本构关系及单元选取：各岩土层均采用修正摩尔—库仑模型，三维实体单元；盾壳及盾构隧道管片采用弹性模型，板单元模拟。模型尺寸：100m（与 地铁3号线垂直方向）×80m（沿地铁3号线方向）×50m（高）。水平与竖向边界均采用位移约束边界。对模型划分为混合网格。模型施工过程的计算为78步。
加固桩、盾构管片周边土体同步注浆和二次注浆的模拟通过等效材料参数变化来实现；盾构机自重在施工阶段取1000kg/m3（31KPa），作用在隧道下方半圆的范围内，纵向作用长度9m；盾构掌子面根据土压平衡施加面压力考虑，施加压力高出盾构中心200kPa；盾构作用在隧道管片上的千斤顶推力取值 200kN/m；施工过程同步注浆压力取值100kPa。建模模型如下图所示。
.png)
图 4 下穿 3 号线整体三维模型图
4、施工完成后计算结果及分析
.png)
图 5 4号线施工产生的地层竖向位移、
对既有3号线隧道产生的竖向位移图
.png)
图6 4号线施工对既有 3 号线和平路站产生的竖向位移图
由施工完成后的计算结果可知：
①4号线施工产生的最大地层竖向位移点位于先开挖的左线隧道上方，4号线双线隧道开挖完成后，地面产生沉降槽；
②4 号线施工对既有 3 号线隧道产生最大值竖向位移位于 4 号线隧道下穿位置，沿 3 号线隧道方向最大变形位于隧道与端墙接口附近位置，沿 4 号线隧道方向变形最大点位于 4 号线隧道下穿位置。
5、模拟施工过程中的数值变化
在 3 号线区间隧道底部选择 6 个竖向变形测量节点（a-e），分析 4 号线施工对 3 号线造成的影响。4 号线施工对既有 3 号线隧道产生最大值约为 0.58mm 的 竖向向下位移（位于下穿位置的节点 b）；在 3 号线区间与和平路站端墙 接口的节点位置（节点 c、f），4 号线施工对其产生的最大竖向向下位移为约0.23mm。
3 号线区间隧道侧边选择 6 个水平变形测量节点（a-e），分析 4 号线施工对3号线造成的影响，4 号线施工对既有 3 号线隧道产生最大值约为 0.16mm 的水平位移（位于下穿位置的节点 e），在 3 号线区间与和平路站的节点位置（节点 c、f），4 号线施工产生的水平位移约约 0.04mm。
数值模拟由于 4 号线盾构隧道施工，产生的 3 号线区间与和平路站端墙的位移差较小，均在 0.3mm 以内，3 号线区间与和平路站端墙接口处并不控制计算，考虑到区间与车站刚度差异明显，建议在施工中加强接口处和变形缝环监控量测，若测量值与计算结果差异较大，则应采取加强管片的措施。
6、小结
通过以上数值计算，得出以下结论：3 号线区间盾构井采用冷冻法进行加固，外圈冷冻管未拔除。由于盾构过程中的推进和注浆等因素影响，既有 3 号线隧道水平方向的变形不可忽视，建议提前在地面选取合适位置施工MJS隔离桩，限制 4 号线施工对既有 3 号线隧道水平方向产生的影响，在施工前及施工中结合现场条件，采取相应的工程措施及监控量测措施，控制掘进参数，确保工程安全。
三、施工方案
3.1 MJS设计方案
在盾构下穿3号线施工前，在下穿3号线范围采用MJS桩对4号线与3号线进行隔离。
.png)
图9 MJS加固示意图
3.2施工总体部署
（1）本工程施工内容包含20处加固区域，直径2400mm的MJS圆桩，施工分次进场，总工期约为61日历天；
（2）配备1套MJS工法主机、高压泵、高压泵、空压机、泥浆搅拌系统、泥浆泵、交流电焊机、引孔机、挖机、25t吊车、移动式废弃泥浆脱水处理设备。各期现场均需6m*12m的场地范围布置后台系统。
（3）工程正式施工之前先进行1根工艺性非原位试桩，以确定桩径、各工艺参数和水泥用量，有效桩长12.2m，试桩技术参数按下表进行。试桩完成后，养护5天进行开挖，确定桩径大小。养护28天后进行取芯，测定无侧限抗压强度。
3.3 MJS工法工艺流程
MJS施工由以下流程组成：引孔至设计标高→ 下放钻杆至设计标高→ MJS喷浆并提升→ MJS喷浆完成。
.png)
图10 施工流程图
3.4 主要技术参数确定
表4 主要技术参数表
四、自动化监测、观测结果
4.1全站仪机器人自动化监测系统介绍
全站仪机器人自动监测系统需采用多功能性的设备进行24小时不间断监测。
4.2自动化工作流程
4.2.1基准网的建立和测点的布设
既有线自动化监测系统采用的是独立高程及独立平面系统；每条隧道为一个独立监测个体；每个测点采集的均为其相对三维坐标值，根据建站时三维系统的矢量定向，划分为竖向垂直于隧道方向（Z）、水平垂直于隧道方向（Y）、平行于隧道方向三个矢量（X），并将Z轴矢量值作为竖向位移值、Y轴矢量值作为水平位移值、X轴方位作为监测的定向轴。
.png)
图11 本工程监测断面平面布置图
每个监测断面监测项目应包含结构竖向位移、结构水平位移、轨道竖向位移监测，根据全站仪监测方法每个断面布置4个反射棱镜，布置位置如下所示：
.png)
图12 监测断面布点样式图
4.2.2监测站的选位和点位录入
本工程每条隧道各设置1台全站仪机器人，精度为1″+2ppm，全站仪机器人（测站）位置应选在能监测到所有测点的位置，左右监测视距控制在100m以内。按断面、按监测项目类型手动将现场点位进行依次录入系统，在虚拟测站三维坐标后将基准点坐标测算出来，然后设定系统基点及定向，系统会根据原设定测点顺序将坐标值进行采集至采集器内。
4.2.3通讯系统与上位机应用
现场采集器通过3G网络将数据包无线传输至云端数据库系统，系统进行解码转换还原原始数据后进行分类存储。上位机系统根据数据库系统调用实时数据、历史数据来完成在线监控、趋势曲线、报警管理、自动化报表等功能的操作。
4.3观测结果
为保证施工过程中对既有运营线路的变形状态进行实时掌控，本工程采用了全自动化全站仪机器人电子监测系统，系统能够24h不间断的进行隧道结构、轨道结构等的水平、位移变形监测，测量周期最高频可达到1次/30min，同时数据实时远程上传至管理web界面，项目可实时利用电脑、手机进行数据的查看，同时系统提供了web电子报表，历史变形趋势曲线查询等诸多功能，很好的完成了既有线保护监测过程中的动态管控工作，为施工提供了强有力的联动数据及基础数据，指导施工工况管理，确保了既有运营线路的安全稳定的运行。
.png)
图13 MJS施工期间沉降曲线图
五、施工效果评价
1、MJS（20根）实际施工时间共16天，日均进度1.25根/天。
2、MJS施工完成既有3号线和地面沉降均控制在1mm以内。
3、MJS施工完成后4号线右线下穿3号线累计沉降控制在-1.5mm以内，左线下穿3号线累计沉降控制在-1.8mm以内。双线累计沉降控制在-4mm以内。
参考文献：
1、仇兆明. RJP工法与MJS工法比较分析.上海申通地铁集团有限公司，2016
2、高书豹 彭显晓.MJS工法在地铁中的应用.上海基础有限公司.2018
3、王芳.地铁隧道盾构施工风险分析及对策研究[D].西安建筑科技大学，2009.