譚晶

摘 要：通過在新建盾構(gòu)既有隧道上穿施工過程中采用主動加固技術(shù)，推動隧道抗壓能力的增加，又可以增加隧道的強度，針對新建隧道上穿既有隧道的施工工況，在此基礎(chǔ)上，有效地解決了工程中存在的不足，對既有隧道注漿加固后的隧道變形值進行分析，并提出加固建議。避免工程返工率，建造了更好的交通出行環(huán)境。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)上穿；既有隧道；主動加固技術(shù)

引言：新建隧道左線及右線的開挖對既有隧道產(chǎn)生的影響有較大差異，同時上部隧道的穿越角度影響既有隧道的沉降位移值，城市公共交通的不斷建設(shè)，使得地下空間的開發(fā)利用也迎來發(fā)展的高峰時期。新型盾構(gòu)隧道施工過程中存在著各種各樣的施工問題，其中新型盾構(gòu)隧道主動加固的技術(shù)問題就是其中之一。

一、新建盾構(gòu)隧道上穿既有隧道的主動加固技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實必要性

（一）沉降因素的影響

根據(jù)隧道力學(xué)理論可以推斷出，基于地鐵隧道淺埋暗挖的特點，將上覆土層的荷載能力全部轉(zhuǎn)移給隧道結(jié)構(gòu)承擔(dān)，而其本身已經(jīng)完全喪失了承載作用，在新建盾構(gòu)既有隧道施工過程中，既有隧道會由于受到沉降因素的影響而發(fā)生變形，對既有隧道的正常運行造成干擾。能否將地表的沉降程度控制在安全范圍內(nèi)，也取決于對地下水的處理。地鐵隧道的位置通常低于地下水位，隧道開挖過程中勢必會有地下水滲入到土層當(dāng)中，從而加重了地層的沉降，直接影響著隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)成的穩(wěn)定性。這個問題的主要歸因于既有隧道的加固技術(shù)不到位，導(dǎo)致既有隧道在高頻下的不規(guī)則地面上穿工作。在對既有隧道進行加固的過程中，施工單位應(yīng)及時對既有隧道進行監(jiān)測，避免施工軌道出現(xiàn)較大變形。

（二）縫隙因素的影響

在施工過程中，既有隧道出現(xiàn)裂隙的不平整現(xiàn)象，這些問題往往出現(xiàn)在施工道路上的鐵軌和地基連接處。涌水是隧洞施工常常碰見的問題，特別是在高降水量地方。研究指出，突泥涌流問題與特殊地質(zhì)環(huán)境、煤層蓄水、斷層出水等影響條件密切相關(guān)，由于施工地處于巖溶地帶，附近的巖層容易產(chǎn)生大量的積水。另外，由于隧洞周圍的軟質(zhì)填充料和地下水，無法阻擋流動勢能。如果施工后圍巖突然被開挖，造成充填料和地下水的突然傾斜，從而導(dǎo)致水泥砂漿突出，嚴(yán)重危害工程安全和人員人身安全。因此如果存在這一情況，要發(fā)現(xiàn)施工時的缺陷，并實施雙重檢測，以保證所有隧洞的安全。

（三）既有管道設(shè)施的影響

盾構(gòu)隧道施工對地下管線影響主要包括管線的位移變形和管線的受力性狀，即便是位移較小也可能會導(dǎo)致附加應(yīng)力超過其破壞強度，管線發(fā)生撓曲或者翹曲變形破壞。而且管線隨土體發(fā)生剛體位移，當(dāng)土體變形不大時，還可以正常使用，但是當(dāng)周圍土體位移較大，剛性管線位移達到極限就會發(fā)生斷裂破壞。在新建盾構(gòu)形勢下，現(xiàn)有的隧道施工將在施工過程中超過標(biāo)準(zhǔn)，既有隧道上穿施工計劃應(yīng)及時調(diào)整，但總體上穿建設(shè)原則應(yīng)盡量減少損失，也就是說，應(yīng)推動既有隧道上穿工作的損失規(guī)模降低，既有隧道上穿應(yīng)及時根據(jù)實際現(xiàn)狀而改變計劃;假使線路更換的損失過大，有利于保持原有的施工工藝，及時安排現(xiàn)有人員對現(xiàn)有的隧道管線進行更改。在既有隧道上穿的情況下，施工單位現(xiàn)有管道管理人員應(yīng)促進相互協(xié)商，選擇最佳施工解決方案，確?，F(xiàn)有隧道建設(shè)投資的合理利用，增強勘探精度的重要性。

二、新建盾構(gòu)隧道上穿既有隧道的的主要影響因素

（一）正面影響因素

1.土倉壓力

土倉壓力也是在平衡地壓盾構(gòu)推進過程中，維持挖掘平面穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。土壓平衡盾構(gòu)在推進過程中，主要取決于土倉內(nèi)土壓力和盾構(gòu)前地面土壤壓力的均衡值。倉內(nèi)的地面土壤壓力，可使用地壓傳感器來檢測。如果面臨既有隧道壓力過低的風(fēng)險，則既有隧道前方土體會向新盾構(gòu)工具頭方向輕微移動。抵抗新土壤的下行趨勢時，土的剪切力在既有的新隧道內(nèi)將會上升。但一旦既有的混凝土體側(cè)應(yīng)力減少，而新隧道既有的土側(cè)應(yīng)力下降，新隧道內(nèi)既有土抗剪切強度超過一定值時，新隧洞內(nèi)土將達到主動極限的平衡狀態(tài)，隧道內(nèi)相應(yīng)的土壓力稱為主動土壓力?；钴S的極限平衡力量被摧毀時，土壤遭受損害的沉降。反之，既有隧道的土倉壓力存在過高風(fēng)險，則既有隧道的土將處于被動極限平衡狀態(tài)，既有隧道的土壓力稱為被動土壓力。當(dāng)既有隧道的被動極限平衡被破壞時，會引起既有土體的抬升。當(dāng)既有隧道的壓力存在較高或較低時，可通過調(diào)整屏蔽推力、推進速度、螺旋輸送機速度等參數(shù)來解決既有隧道上穿問題。土倉壓力是土壓平衡盾構(gòu)施工過程中的一個重要參數(shù)。通過比較不同土倉條件下基坑前方混凝土的結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀況，得到基坑倉荷載設(shè)定的理論計算公式。通過數(shù)值模擬軟件，可以研究各種土倉壓力對開挖層結(jié)構(gòu)位移和地表沉降現(xiàn)象的影響，即當(dāng)土倉壓力接近原始土表應(yīng)力值時，有利于研究土層結(jié)構(gòu)位移的影響。然而，土壤表面沉降室壓力的影響主要集中在盾構(gòu)開挖的早期階段，然而，筒倉壓力對地表沉降的影響主要集中在盾構(gòu)開挖的早期階段，并簡單地增加表面沉降筒倉壓力的影響是非常有限的。

2.掘進和出土速度

開挖效率低，工作面處于空中時間，支護無法跟進，存在圍巖坍塌的風(fēng)險。盾構(gòu)隧道在上軟地層和下硬地層中施工時，由于工作面巖性強度差異大，切削頭在破石過程中，巖面對的工具磨損破碎嚴(yán)重，刀具轉(zhuǎn)換困難，使盾構(gòu)隧道施工速度慢，而且施工方向也容易出現(xiàn)偏移。由于盾構(gòu)機刀盤受力不均，造成了主滾動軸承破裂以及主滾動軸承密封損傷。同時，由于在地質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力的波動情況下刀具組不平衡，由于相同的刀頭推力和刀輪速度，下部施工進尺相對緩慢，由于上部掘進速度相對較快引起的巖層構(gòu)造擾動，盾構(gòu)施工機部過大，同時由于同步注漿材料和注漿方法量的不夠，不適時易出現(xiàn)地基沉降或坍塌等嚴(yán)重影響對周圍建筑的影響，等，和保護環(huán)節(jié)后容易浮起來的盾尾。

盾構(gòu)隧道的速度應(yīng)該配合表面隆起凹陷值控制，挖掘，前面土壓力平衡的調(diào)整值和同步注漿。盾構(gòu)掘進的開挖速度主要受盾構(gòu)掘進設(shè)備的開挖速度限制，且開挖速度協(xié)調(diào)不好，很容易造成正面土體不穩(wěn)定和地表隆起沉陷現(xiàn)象。盾構(gòu)隧道施工應(yīng)盡可能連續(xù)進行，以保證隧道質(zhì)量，減少對地層的擾動，減少地表隆起沉降現(xiàn)象。因此，要平衡地組織建設(shè)。必要停機時，應(yīng)采取措施防止泥土進入盾構(gòu)前尾部，防止地面沉降和盾構(gòu)位移損壞。

（二）側(cè)面影響因素

在新建盾構(gòu)隧道施工過程中，盾殼與周圍土體發(fā)生相對位移，產(chǎn)生側(cè)摩阻力。側(cè)摩阻力是盾構(gòu)隧道施工中引起周圍土體隆起的重要因素之一，特別是對于近距離穿越工程，需要考慮盾構(gòu)與周圍土體側(cè)摩阻力的影響。另一方面，由于盾構(gòu)機械的精度，人為控制帶來的誤差、土層的不均勻性以及盾構(gòu)設(shè)計本身軸線曲線的變化，都是導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)變化的重要因素。隨著盾構(gòu)姿態(tài)的不斷變化，這些變化往往會導(dǎo)致盾構(gòu)開孔過切，造成地層損失。因此，盾的軸應(yīng)嚴(yán)格控制在隧道的過程中為了避免大錯誤。

（三）盾尾影響因素

在盾構(gòu)機的施工過程，如果盾尾沒有填寫時間，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的變形，對結(jié)構(gòu)周圍也會產(chǎn)生不利影響，最終導(dǎo)致整個項目建設(shè)效果破壞，它也需要及時通過灌漿加固、必要的填補這一缺口，保證土壤的基礎(chǔ)上運動控制問題。盾構(gòu)機盾尾注漿施工過程中，往往能表現(xiàn)出比較明顯的防滲性能，有助于實現(xiàn)對以往地下滲漏問題的防治，成為必不可少的防水防線。當(dāng)然，在盾構(gòu)尾注漿作業(yè)后，也可以保證相應(yīng)地下結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，有利于加固圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)，避免盾構(gòu)機施工過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌或變形問題。

三、新建盾構(gòu)隧道上穿既有隧道的主動加固技術(shù)應(yīng)用

（一）鋼環(huán)加固關(guān)鍵技術(shù)分析

為了確保既有隧道上穿工作過程的干燥和清潔，在隧道上穿工作中填補彈性環(huán)氧膠粘劑，應(yīng)當(dāng)確保其平滑過程中水泥填充。接縫處有銹蝕，背面進行防銹處理。在隧道上的施工中填補彈性環(huán)氧膠粘劑，應(yīng)當(dāng)在其平滑狀態(tài)中用水泥填滿。如果接縫處有金屬腐蝕，并做好防腐蝕措施。在建設(shè)盾構(gòu)隧道的過程中，部分結(jié)構(gòu)在施工的過程中很容易開裂甚至斷裂，進而影響將來地鐵軌道的使用壽命，為防止裂紋的產(chǎn)生，就需要根據(jù)地鐵軌道的鋼筋尺寸，以及運用先進的后段變形設(shè)計和施工方法，做好結(jié)構(gòu)的維修工作。在對管片結(jié)構(gòu)進行維修的過程中，要針對管片結(jié)構(gòu)的變化狀況，選擇不同的維修方式，以提高管片結(jié)構(gòu)的強度，為軌道系統(tǒng)在今后的建設(shè)工作中提供了安全可靠的保證。

在整個隧道鋼圈加固過程中，應(yīng)加強以下準(zhǔn)備工作：一是施工過程中需要各方的協(xié)調(diào)。整個隧道加固周期較長，且施工時間在夜間天窗期間進行，需要各方配合才能順利完成施工任務(wù)。第二，物流組織。利用天窗時間安排軌道車通過現(xiàn)有地鐵線路將材料從停車場運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。確保速度極限，不會在運輸過程中入侵，并確保所有材料都完成后施工;其三，成品保護。施工時應(yīng)保護各種設(shè)施和管道，保證地鐵白天正常運行;第四，隧道施工過程中的監(jiān)控。在施工過程中，應(yīng)加強對既有工作點及100m隧道施工前后的變形、應(yīng)力監(jiān)測，做好地面沉降觀測。

（二）隧道底部注漿加固

為避免在地鐵隧道中產(chǎn)生打井等問題，應(yīng)加強注漿孔的布置，并進行處理，同時，現(xiàn)場管理人員還應(yīng)注意對襯砌結(jié)構(gòu)和施工縫的維護，并根據(jù)實際情況制定漿液滲漏的處理措施。只有在灌漿可以二次檢驗合格。當(dāng)采用注漿法對隧道進行加固時，雖然缺陷的處理效果顯著，但如果想使施工質(zhì)量進一步提高，還需在鉆孔施工中加大注意程度，注意以下技術(shù)問題：（1）如果出現(xiàn)突然的洪水情況，必須暫停施工，采取的壓力注漿材料法在纖維支氣管鏡清洗后可以繼續(xù)進行;（2）異常如果注漿成型后水壓突然增大，從而改變了注漿成型砼或混凝土水泥的方式，應(yīng)再次采用注漿方法，以恢復(fù)后續(xù)注漿壓力。但是一旦灌漿壓力還沒有恢復(fù)到正常水平，施工人員就必須停止灌漿查看它有沒有被水堵塞;（3）一旦灌漿壓力已經(jīng)過高了很長一段時間在灌漿過程中，相應(yīng)的水泥含量可能需要及時調(diào)整。另外，斷斷續(xù)續(xù)的灌漿工藝也不可能是嚴(yán)格控制，注漿成型后的停留時間基于對灌漿凝膠時間的要求。

在隧道底注漿材料加固的技術(shù)中，也同樣應(yīng)重視材料的合理性與設(shè)計應(yīng)用，主要涉及如下方面：①在盾構(gòu)與隧洞底加固的工藝中，應(yīng)考慮噴涌效應(yīng)，并合理設(shè)計注漿材料孔。如隧洞底面為淤泥土層，則應(yīng)使用純水泥漿進行注漿材料;若為完全的液化混凝土層，則必須使用雙液注漿料（水玻璃+水泥漿）作為注漿材料。②強化階段，單液注漿與雙液注漿成型要按照現(xiàn)場狀況交替使用，以增強補強作用。在強化階段，針對隧道出現(xiàn)的沉降與變化，有必要采取適當(dāng)保護措施，避免隧道跨線橋的正常工作。（3）如果處于強化階段，需應(yīng)用溶解度為4%的水玻璃溶液和42.5R的普通硅酸鹽水泥，避免使用材料簡單;此外，它是必要的，以確保在工作的過程中使用的材料參數(shù)是合理和科學(xué)。④在對隧道外側(cè)進行加固的過程中，應(yīng)在隧道兩側(cè)完成相應(yīng)的壓貫注漿處理步驟，從而有效保護既有隧道結(jié)構(gòu)。

四、結(jié)語

隧道是十分關(guān)鍵的交通運輸載體。建設(shè)盾構(gòu)隧洞跨越既有隧洞，對我國的新建盾構(gòu)上穿既有隧道發(fā)展有著重大意義。在隧洞工程建設(shè)中運用加固技術(shù)，不但能夠增強隧洞的耐壓能力，同時能夠帶動隧洞剛度的整體增強。

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