张志彬
上海隧道工程有限公司
摘要：上海轨道交通14号线昌邑路站~歇浦路站区间全程下穿东西通道，东西通道底板与盾构隧道最小竖向净距6.3m，围护结构与盾构隧道最小竖向净距1.3m，最小水平净距1.5m，盾构推进过程中的扰动易造成东西通道结构开裂，进而影响到地面以及周边建筑物的沉降。隧道底部涉及⑦1-1承压水层，若发生喷涌现象，则从地面无法进行应急注浆，从东西通道结构内进行抢险，则由于作业空间的限制难以进行，采取了一系列施工措施，产生了良好的穿越效果，文章结合实际工程，分析了此种措施的效果，以便类似工程参考。
关键词：东西通道；盾构法施工；减少沉降
1 引言
盾构穿越建筑物的沉降控制是一个难点，施工参数设置不合理、姿态控制不佳，注浆不均匀等情况都会导致周边建筑物与管线沉降，本次下穿在建东西通道，在前期通道建设期间沉降不够理想的情况下，如何控制沉降，减小对东西通道及建筑物的扰动，是本工程需要解决的问题。
2 工程概况
2.1工程概述
上海轨道交通14号线昌邑路站～歇浦路站区间隧道出昌邑路站后沿浦东大道行走，区间隧道位于东西通道下方。并下穿巨野路、北洋泾路等多条道路后接至歇浦路站，区间隧道两侧主要为学校、商住楼、居民小区等。
上行线里程范围为SK26+176.901～SK27+284.472（单线长1107.571m，923环）、下行线里程范围为XK26+176.376～XK27+284.453（单线长1102.920m，920环），最小转弯半径为R=999.913m，区间覆土厚度15.2～25.7m，最大坡度为24‰。
2.2地面环境及工程地质
本区间隧道由两台中铁建DZ173盾构机先后由从昌邑路站东端头井先后出发，推进至歇浦路站东端头井。周边建筑物主要有。
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昌邑路站～歇浦路站区间隧道盾构掘进穿越的地层主要为④灰色淤泥质黏土、⑤1-1灰色黏土层、⑤1-2灰色粉质黏土层、⑤2灰色砂质粉土夹粉质黏土层、⑤3灰色粉质黏土层、⑥暗绿～草黄色黏土层和⑦1-1草黄色砂质粉土层。
2.3东西通道概况
根据设计图纸资料：昌邑路站-歇浦路站区间隧道全程位于已建东西通道下方，东西通道里程桩号K4+224.500以西范围东西通道围护形式为围护形式为?1000SMW工法桩（内插型钢已拔除），桩底标高为-24.00m; K4+224.500以东范围内东西通道围护形式为600mm厚地下连续墙，墙底标高为-21.50m。
底板与盾构隧道最小竖向净距6.3m，围护结构与盾构隧道最小竖向净距1.3m，最小水平净距1.5m，SMW工法桩桩底位于隧道底部以下，地连墙段位于隧道腰部以下，但施工过程中也应注重对围护结构的保护。
3 风险分析
盾构穿越东西通道主要有如下几点风险：
1）底板与盾构隧道最小竖向净距6.3m，围护结构与盾构隧道最小竖向净距1.3m，最小水平净距1.5m，盾构推进过程中的扰动易造成东西通道结构开裂，进而影响到地面以及周边建筑物的沉降。
2）隧道底部涉及⑦1-1承压水层，若发生喷涌现象，则从地面无法进行应急注浆，从东西通道结构内进行抢险，则由于作业空间的限制难以进行。
3）既有东西通道渗漏严重，施工过程中若发生东西通道内渗漏水则责任难以界定。
4）上行线均有5道?1000SMW临时封堵墙及3道?850SMW临时封堵墙的型钢侵入隧道断面，在盾构施工前已拔出，施工前仍需确认是否拔除干净，以免卡住刀盘或螺旋机，造成设备故障。
4 施工措施
4.1穿越前技术梳理工作：
1）在施工前，业主单位组织双方监理单位、施工单位对东西通道内的结构渗漏点，积水情况进行了详细的摸排，并由监测单位测定了穿越前初始值，以明确责任。
2）穿越前同东西通道施工单位对封堵墙的型钢拔除情况、降水井、疏干井的遗留情况进行了现场确认，并留有书面记录。
4.2盾构机改制
本工程的工况条件，进行如下内容的改制。
1）配备新型同步注浆系统
为减小盾构掘进过后土体的后期沉降量，以达到保护上部既有隧道的目的。盾构采用压注大比重单液浆的同步注浆系统，浆液由混凝土搅拌站统一拌制。此种浆液具有比重大、稠度低、收缩性小等特点，可有效控制土体的后期沉降量。
采用德国施维英注浆泵代替原有同步注浆泵，型号KSP 12，安装计数器，采用计数的方式计算流量，油缸每动作一次的最大流量约为12L。每台盾构配备1台施维英注浆泵及配套操作控制系统。盾构掘进时可实施多点位注浆，使浆液均匀分布，可提高浆液填充效率，减小周围土体变形。
施维英注浆泵经久耐用、操作简单、维护方便，是世界著名盾构机械生产厂家海瑞克公司、小松盾构、IHI盾构等的专用注浆设备。
2）驱动系统先进
考虑到本标段盾构掘进线路主要处于深覆土区域，选用了驱动系统先进的中铁建DZ173盾构，主驱动系统主要包含1个变速箱、1个主轴承、8个变频电机、8个减速机、8个小齿轮、一个法兰、一套内外密封和一套位于后配套拖车上的主驱动变频系统组成，结构图如下图所示。具备顺时针和逆时针方向运转并在0～1.6rpm范围内变频调速，其运行方向、转速在操作室显示。
主轴承由世界知名厂家德国Hoesch Rothe Erde制造。主轴承采用大直径、整体内齿圈、三排圆柱滚子结构，拥有良好的承受轴向推力、轴向反推力、径向力及倾覆力矩性能，主轴承正常使用寿命大于10000小时。
减速机由世界知名厂家德国ZOLLERN制造，减速机体积小，正常使用寿命大于10000小时，小齿轮圆周分布于主轴承内齿圈，主轴承承载分布更趋合理。小齿轮两端采用调心滚子轴承支撑，受力状况良好。
3）具备切削能力：
考虑到切削封堵墙未拔除型钢的需要，刀盘盘体开口率达到40%；
根据实际地质情况，合理配置刀具；本刀盘配置了适量的贝壳刀，增强盾构切削硬质障碍物的能力。同时配置一把刀具磨损检测装置。
4.3土压力控制：
由于地质条件、地面附加载荷等诸多因素不同的制约，将导致刀盘前方土压力有所差异，为此需及时调整土压力值。同时对沉降报表进行分析，反馈给推进班组。若盾构切口前地面沉降，则需调高平衡压力设定值，反之调低。若盾尾后部地面沉降，则需增加同步注浆量，反之减少。计算如下：
正面平衡压力：P=k0h
P：平衡压力（包括地下水）
：土体的平均重度，取17.5KN/m3
h：隧道埋深m
k0：土的侧向静止平衡压力系数，取0.75，需根据试推进段的反馈数据修正。
盾构在掘进施工中均可参照以上方法来取得平衡压力的设定值。具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及监测数据进行实时优化调整，每次调整的幅度为0.005Mpa。
由于隧道处于东西通道下方，须考虑到东西通道结构对于土压力的影响：
盾构穿越东西通道理论土压力计算
1）东西通道结构自重产生的土压力增值P1
东西通道结构自重产生压强为：
P1＝(顶板自重+底板自重) /26+车站设备、人员等均载
＝（1.2×26+1.0×26）×2.5×104/26+20KN/m2+20KN/m2。
＝0.095MPa
注：顶板厚1.2m、底板厚1.0m、东西通道宽26m，取钢筋混凝土结构比重2.5×103吨/方。
2）盾构上覆土产生土压力P2
东西通道结构高度7.650m，盾构顶覆土深度h，即可求出覆土带来的土压力值。
P2＝k0h＝0.75×17.5×（h+6.76/2-7.65）（Mpa）
P＝P1+P2。
4.4管片二次注浆
根据以往施工经验，盾构穿越过后，隧道及地面都会产生一定的后期沉降量。此现象将会对东西通道产生不利影响，甚至造成周边建筑物基础的不均匀沉降，影响其结构安全。为了有效控制盾构穿越前后的地面及东西通道沉降和位移，在穿越段管片上适当增加注浆孔数量，每环增开10个（除封顶块外每块增开2个），进行二次注浆。
4.5 东西通道设置应急注浆孔：
东西通道结构施工期间，底板上预留了深层注浆孔，沿北侧侧墙，南侧侧墙及中隔墙共设3排间距2.5m的注浆孔；盾构推进过程中，一旦出现底板与土体剥离的情况，则打通注浆孔，进行应急注浆。
4.6防喷措施：
考虑到本次施工隧道底部涉及承压水层，为防止盾尾在拼装期间渗水，在推进完成后，在拼装时，在标准块与落底块处安装插板和海绵条，插板放在千斤顶后，海绵条塞于管片与盾壳间，拼装完成后取出，用于下一环使用。
4.7监测措施
东西通道结构沉降测点布设在结构侧墙上，在变形缝两侧各布设1点，两个变形缝中间加密布设1点，盾构上下行地表轴线测点考虑布设在东西通道底板结构上，布点间距6米。当东西通道沉降速率过大或累计沉降过大时，加大监测频率，直至沉降数值稳定。
5 穿越效果
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盾构穿越东西通道过程中，东西通道结构沉降控制在±5mm以内，地表沉降均控制在10mm以内，周边建筑物均顺利穿越，达到了良好的穿越效果。
最大为TC05点，隆起3.63mm，沉降最大为TC46点，达到-3.30mm，均在设计允许范围之内。
6.结语
通过此次全程穿越施工的成功进行，并摸索出在此类工况下的盾构推进措施，为今后相关工程施工提供了指导。主要经验有如下几点：
1）穿越前需组织施工单位与被穿建筑物权属单位进行充分交流，并对建筑物的情况进行摸排，技术资料进行梳理，做到穿越前心中有数，尤其是封堵墙，疏干井，降水井等容易被忽略的物体，要反复确认其已被彻底清理，防止其出现在隧道断面内，影响施工，从而导致停机时间过长，造成地面及建筑物沉降。
2）要对建筑物的现状留好影像资料，一是掌握其薄弱部位，穿越时进行重点保护，二是明确责任，防止将来产生不必要的纠纷。
3）要监督施工单位合理控制施工参数，对操作工，盾构司机加强监督，所给出的技术交底要量化，通俗易懂且可行，防止其进行大而空的交底，流于形式；从而精确控制施工参数。
4）承压水层掘进中要求施工单位加强对盾尾的清理，注重防喷涌措施，同时加强盾尾油脂压注的控制，防止出现喷涌，造成严重后果。
参考文献
［1］赵纪平. 盾构法隧道施工的监测[J]. 建筑与工程，2008（11）
［2］盾构隧道穿既有建筑施工过程控制研究[J]. 杨凯钧.工程技术研究. 2020(06)
［3］周文波. 盾构法隧道施工技术及应用[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004