已建地下通道結構下方小間距十字疊交穿越大直徑原水管施工技術

王傳富

1. 上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002；2. 上海城市非開挖建造工程技術研究中心 上海 200002

1 工程概況

上海軌交14號線浦東大道站—源深路站區間自源深路站西端頭井盾構始發后約100 m，涉及小間距施工，上、下行線結構間凈距僅為2.6～3.3 m。

在小間距施工的同時，上、下行線還需穿越DN3 000原水鋼管（圖1）。該原水鋼管為黃浦江上游引水管，主要供應楊樹浦水廠的長江上游原水，于1985年埋設。

圖1 原水管平面位置

該原水管位于東西通道下方，管道沿源深路南北走向，在位于浦東大道與源深路路口，與區間隧道相交。管頂標高－6.5 m，距東西通道底部約2.6 m，管底標高－9.5 m，距本區間隧道頂部凈距約3.1 m（圖2）。

圖2 原水管豎向位置

考慮到地鐵盾構施工的影響，在東西通道建設施工時，對該原水管四周土體進行MJS加固，原水管頂部MJS加固至－5.5 m，原水管兩側MJS加固加深到盾構區間下方3 m，至－22.251 m。

2 難點分析

1）在東西通道建設施工時，對穿越段原水管區域進行MJS加固，已造成擾動，區間隧道上、下行線掘進將對DN3 000原水鋼管進行二次擾動，增加了穿越的風險。

2）在東西通道建設施工時，對原水管四周土體進行MJS加固，至盾構推進，原水管MJS加固時間達到2 a之久?；炷翉姸容^大，刀盤長時間連續切削加固土，存在盾構機刀盤卡死、刀具損壞以及設備故障等情況，嚴重時可能造成盾構機中心回轉系統故障，給盾構推進帶來了極大挑戰。

3）區間隧道穿越涉及土層為④淤泥質黏土、⑤1黏土，在盾構掘進時土體結構極易破壞，同時會有一定的回彈變形，易造成隧道掘進開挖面失穩，引起地面沉降，施工時應控制推進速度，避免較大擾動。

4）本工程隧道施工時，原水管應正常供水，不能中斷，施工對原水管不能產生影響。雖然先期施工的隧道與后期施工的隧道有一定的間隔時間，土體有所穩定，但由于施工時先后擾動土體，特別是后期施工的隧道對先期完成的隧道會產生一定的影響，本隧道平行于東西通道施工，影響范圍較大，所以穿越難度相當大。

5）已建東西通道及原水管下方盾構小間距施工。本工程浦東大道站—源深路站區間源深路站西端頭井盾構始發后約100 m涉及盾構小間距施工，上、下行線的最小凈距僅為0.3倍的盾構直徑，后施工隧道會引起先行隧道附加沉降，或隆起量過大，造成東西通道結構發生變形。同時后施工盾構推進過程對先施工隧道的擠壓會影響先施工隧道的軸線，造成先施工隧道管片碎裂或滲漏，嚴重時將直接造成先施工隧道的變形。

3 東西通道下小間距施工技術研究

3.1 預隔離措施

浦東大道站—源深路站區間源深路站西端頭井盾構始發后約100 m涉及盾構小間距施工，在東西通道圍護結構施工時，于上、下行線隧道中間打設1排隔離樁，隔離樁采用φ600 mm@800 mm鉆孔灌注樁，樁長13 m，與區間隧道最小凈距1 m，并采用φ600 mm@400 mm的高壓旋噴樁于鉆孔灌注樁間進行補充。

3.2 施工技術措施

1）區間下行線先始發，下行線隧道推進時盾構軸線向上行線隧道方向適當偏移，以避免因上行線隧道施工對下行線隧道的軸線擠壓效應而產生的軸線偏差。

2）上行線隧道盾構推進時，對下行線隧道進行全天候監測，做好結構變形、沉降的監測、保護工作，并做好結構異常情況下的補注漿、預應力支撐等應急預案。

3）上行線隧道盾構推進時需降低推進速度，嚴格控制盾構方向，減少糾偏，特別是杜絕大幅度糾偏，保證盾構機的平穩穿越。

4）下行線隧道掘進完成后，在涉及小間距段，于靠近上行線隧道管片半環范圍內進行壁后注漿，形成阻隔。

5）在上行線隧道掘進前，對下行線隧道進行定期的管片復緊。

6）待上行隧道盾構開始掘進后，對下行線隧道進行定期的收斂及沉降監測。

4 東西通道下方十字疊交穿越原水管分階段控制

4.1 分階段控制劃分

將盾構穿越前后劃分為5個施工控制階段，即8～48 m范圍模擬段（Ⅰ區）、8 m影響范圍穿越段（Ⅱ區）、重疊段（Ⅲ區）、8 m影響范圍穿越段（Ⅳ區）和8～48 m范圍控制段（Ⅴ區），如圖3所示。

圖3 區間盾構穿越原水管施工控制階段劃分

4.2 土壓力分階段控制技術

盾構掘進正面土壓力的設定，一般根據土壓平衡盾構的原理，土倉中的壓力須與開挖面的正面水土壓力平衡，以維持開挖面土體的穩定，減少對土層的擾動。本區間穿越段主要位于黏土中，故理論土壓力按水土合算計算。各層土質參數選取如表1所示。

表1 土壓力設定

4.3 推進速度控制

結合盾構機推力、區域壓力及刀盤扭矩等盾構各項參數控制合理的推進速度，使盾構勻速、慢速施工，減少盾構對土體的擾動，達到控制地面變形的目的。

根據分階段控制區的劃分，嚴格控制合理的推進速度，具體如下：

1）模擬段盾構掘進速度控制在20 mm/min以內。

2）8 m影響范圍穿越段的盾構掘進施工速度控制在15 mm/min以內。

3）重疊段的盾構掘進速度控制在10 mm/min以內。

4）穿越后控制段的盾構掘進施工速度控制在20 mm/min以內。

在穿越區施工過程中，盡量保持盾構掘進速度穩定，確保盾構均衡、勻速地穿越，減少對周邊土體的擾動，以免對原水管結構產生不利影響。

4.4 刀盤扭矩控制

因原水管MJS加固時間較長，混凝土強度較大，盾構機刀盤長時間連續切削加固土存在卡死風險，嚴重時可能造成盾構機中心回轉系統故障，給盾構機造成不可逆轉的損壞。因此，在推進過程中，刀盤扭矩控制在最大扭矩的40%以內，超過設定值時停止推進，僅保持刀盤轉動繼續切削，待扭矩降低后再恢復推進。

4.5 同步注漿控制

盾構注漿采用盾尾同步注漿，隨著盾構推進，脫出盾尾的管片與土體間出現“建筑空隙”（理論建筑空隙為2.014 m3/環），用漿液通過設在盾尾的壓漿管予以充填。壓入襯砌背面的漿液會發生收縮，因此實際注漿量要超過理論建筑空隙體積。但過量壓注也會引起地表局部隆起和跑漿。因此除控制壓漿量外，還需控制注漿壓力。在壓注時要根據施工情況、地質情況兼顧壓漿數量和壓漿壓力。壓漿速度和掘進保持同步，即在盾構掘進的同時進行注漿，掘進停止后，注漿也相應停止。

1）同步注漿量。同步注漿每環壓入量一般控制在“建筑空隙”的130%，即2.62 m3/環。注漿量應根據地面沉降及房屋監測情況即時調整，并將漿液坍落度控制在

12～16 cm。

2）注漿壓力。為保證漿體較好地滲入周圍土體，注漿壓力須大于隧道底處的土壓力值，而且必須控制在較好的范圍之內，保證只是填充而不是劈裂。根據經驗可取為1.1～1.2倍的靜止土壓力，注漿壓力為0.3 MPa左右。注漿壓力應略大于各注漿點位置的靜止水土壓力。由于注漿是從盾尾圓周上的幾個點同時進行的，故上部每孔的壓力應比下部每孔的壓力略小0.05～0.10 MPa。

4.6 分階段穿越各區控制要點

由4.1節可知，根據盾構在東西通道下十字疊交穿越原水管的工況特點，將盾構穿越前后劃分為5個區，分階段制定控制措施，盡可能減少對原水管的擾動，確保原水管的安全。

4.6.1 Ⅰ區（8～48 m范圍模擬段）

此處斷面位于第⑤1灰色黏土層，推進過程中，要精確控制同步注漿以及盾尾油脂，同時盾構開始推進后，采用進口盾尾油脂壓住，確保盾尾不漏漿。推進過程中理論土壓力設定為0.24 MPa，根據監測數據情況，控制盾構機切口土體微量隆起。推進時加強注漿工序的管理，根據監測反饋的情況實時調整注漿量和注漿壓力，注漿應充填充足，使盾尾后部地表微微隆起1 mm。此段掘進時，平曲線為緩和曲線、豎曲線為半徑3 m的圓曲線，提前進行盾構糾偏，控制管片及盾構機姿態，使盾構機以最佳的姿態進入原水管8 m影響范圍穿越段。此階段重點控制土壓力設定值及其波動，根據監測反饋的情況實時調整土壓力，為之后進入原水管8 m影響范圍穿越段提供參數指導。

4.6.2 Ⅱ區（8 m影響范圍穿越段）

此處斷面仍位于第⑤1灰色黏土層，理論土壓力仍設定為0.24 MPa，根據監測情況適時調整土壓力，使原水管保持隆起2 mm。推進40～60 cm，停頓10～20 min，進行應力釋放，然后再繼續推進。

4.6.3 Ⅲ區（重疊段）

此處斷面仍位于第⑤1灰色黏土層，因原東西通道結構施工時，曾對原水管四周土體進行MJS加固，故應結合盾構進出洞施工工況進行盾構掘進。進入MJS加固區時，逐步降低土壓力，至原水管正下方時設定理論土壓力為0.20 MPa，并及時根據監測情況適時調整土壓力。使原水管保持隆起2～3 mm。推進40～60 cm，停頓10～20 min，進行應力釋放，然后再繼續推進。

4.6.4 Ⅳ區（8 m影響范圍穿越段）

此處斷面仍位于第⑤1灰色黏土層，施工設定理論土壓力為0.25 MPa，根據監測情況適時調整土壓力?？刂圃鼙３致∑? mm。推進40～60 cm，停頓10～20 min，進行應力釋放，然后再繼續推進。推進過程中嚴格保持開挖面的土壓平衡，減少對土體的擾動。不得超挖或欠挖，防止過大的糾偏。根據監測數據及時調整盾構推進參數，調整同步注漿壓力、土壓力及出土量，確保盾構機能平穩穿越相應區段。

4.6.5 Ⅴ區（8～48 m范圍控制段）

此處斷面仍位于第⑤1灰色黏土層，施工設定理論土壓力為0.25 MPa，根據監測情況適時調整土壓力。此段施工時重點控制注漿工序，根據監測情況調整同步注漿壓力及注漿量。

5 施工監測

進行實時監測和信息化施工，保證土體沉降能在第一時間內得到控制。為此，在盾構出洞、穿越及進洞期間，應立即將實時監測的數據報告給盾構總控制臺，以便于施工技術人員及時了解施工現狀和相應區域土體變形情況，確定新的施工參數和注漿量等信息和指令，并將其傳遞給盾構推進面，使推進施工面及時做好相應調整，最后通過監測確定效果，從而反復循環、驗證、完善，確保隧道施工質量。

5.1 監測項目

原水管垂直位移、原水管外側土體分層沉降、原水管外側深層土體側向位移、潛水水位、東西通道結構沉降。

5.2 監測布點

1）原水管垂直位移監測。東西通道結構外部沿原水管走向布設，測點間距10 m，共計設置8個點（圖4）。

圖4 原水管垂直位移監測點布設

2）土體分層沉降監測。在源深路站始發井與原水管之間，靠近原水管2 m位置布設1排監測孔，布點間距約為10 m，東西通道結構內區域布設4個孔，在通道結構外布設2個孔，共計設置6個分層沉降孔，每個分層沉降孔安裝3個沉降標（圖5）。

圖5 土體分層沉降監測點布設

3）土體深層側向位移（測斜）布設。在源深路站始發井與原水管之間，東西通道結構區域設置2個孔，通道結構外側設置2個孔，共計4個孔（圖6）。

圖6 土體測斜監測點布設

4）潛水水位監測。在東西通道基坑外南北側各設置1個潛水水位監測孔，測點與原水管的水平距離為2～3 m（圖7）。

圖7 坑外水位監測點布設

5）監測報警值。根據設計要求，盾構穿越東西通道結構沉降需要滿足變化速率小于3 mm/d，累計值小于5 mm的要求，原水管土體測斜、分層沉降、原水管豎向位移累計值應小于10 mm。

6 施工效果分析

本工程通過浦東大道站—源深路站區間盾構在東西通道結構下方小間距十字疊交穿越大口徑市政管線的特殊工況，結合東西通道結構與原水管對盾構機的影響、盾構小間距推進對原水管及東西通道二次擾動的影響，通過預隔離加固及同步盾構推進施工技術措施將小間距施工對上方穿越構建筑物的影響降到最低。同時通過分階段控制技術，對土壓力、推進速度、刀盤扭矩、同步注漿等施工流程細化，形成完整的施工工藝。

經實施，本工程最終的小間距段軸線偏差控制在設計要求范圍內，東西通道累計沉降控制在5 mm內，原水管土體測斜、分層沉降、豎向位移等監測數據控制在5.5 mm內，各監測數據均符合設計及規范要求，穿越取得了圓滿成功，為后續類似工程提供了經驗和理論依據。