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1、顶管近距离穿越运营中地铁隧道的施工技术摘 要:电力电缆顶管隧道施工须穿越运营中的地铁上方,需采取严格的施工控制措施,控制地铁隧道的变形,限制施工对地铁隧道上方的土体产生扰动,工程采用了周密的泥浆套稳定控制技术、轴线控制技术等多项技措,很好地控制了地铁的隧道变形;施工中应用MARC软件建立了电力电缆顶管隧道穿越地铁隧道的三维数值计算模型。施工结束后,实测数据与模型计算值较吻合,为今后此类施工提供了借鉴。关键词:电力电缆顶管隧道;穿越;地铁隧道;施工技术1工程概况及施工特点1.1工程概况西藏路电力顶管隧道工程采用三维曲线顶管法施工,管道内径2.7m,外径3.2m。电力
2、隧道全长约3.03km,北起新疆路,南至复兴中路。其中4号顶管工作井位于西藏中路、九江路路口,3号工作井位于西藏中路、新闸路路口,4~3区间设计长度576m,在距4号工作井(顶管始发井)约108m处,电力顶管隧道从运行中的地铁2号线隧道上方穿越,整个穿越2号线上行、下行线隧道的总投影长度约25.0m,电力顶管隧道与地铁隧道之间的净距离约1.5m,影响投影宽度为3.3m,电力隧道设计中心线与地铁2号线间所夹锐角约为75°。电力隧道与地铁2号线间相对位置见图1所示。1.2施工特点(1)运行中的地铁2号线隧道保护要求非常高,其长期变形控制值为:累计竖向沉降(隆起)小于±
3、2mm;隧道横向变形小于±2mm;变形速率小于0.2mm/h。(2)顶管从地铁隧道上方穿越,净距仅1.5m,且穿越距离较长,影响范围较大。(3)类似的穿越施工中,多数采用的是盾构法施工,即机头穿越并完成管片拼装后,后续施工对被穿越隧道扰动少,但本工程采用顶管法施工,机头穿越后,由于整个管道仍然在移动,扰动要持续到整个区间贯通为止。(4)顶管穿越土层土质为淤泥质粉质粘土,土质较差,并且在电力隧道顶进穿越前,南京东路—西藏中路下沉式广场已施工,该工程的围护结构施工和开挖施工已经对地铁2号线上方的土体产生了扰动,本工程施工属于二次扰动,土体各项指标变化较大,更容易对地铁
4、隧道的稳定产生破坏。2关键施工技术措施2.1选用大刀盘泥水平衡顶管掘进机国内外大量的工程实践证明大刀盘泥水平衡顶管掘进机对地表的沉降控制精度最高、效果最好[1,2]。本次施工选用的是面板式42.7m大刀盘泥水平衡顶管掘进机,被切削的土体从主切削刀刃的缝隙中进入泥水舱,泥水舱内土体在刀盘后的搅拌棒和泥水的共同作用下破碎成为泥浆,通过控制泥水舱的泥水压力和泥浆比重来平衡开挖面的水土压力,使开挖面始终处于稳定状态。面板式大刀盘切削刀的设计和布置还参考了日本有关掘进机的形式,满足最佳的切削效果,同时使得进泥流畅,对开挖面的扰动又最小,使开挖面处于最佳的平衡状态,机头正面
5、土体产生的挤压应力大为减小,切削面以外土体的扰动相应减小。2.2触变泥浆压浆控制技术在顶管管节外壁与土层之间形成良好性能的触变泥浆套,不仅可使顶进阻力成倍的下降,而且对控制地表沉降、减少土体的扰动有很好效果。因此,在实施穿越时,为了确保完整泥浆套的形成,严格控制泥浆质量并选用优质膨润土,并根据穿越前100m的顶进情况,不断优化泥浆配比,以确定泥浆配比为:膨润土∶CMC∶纯碱=1000∶60∶8(重量比,下同);膨润土∶水=1∶6。在控制好泥浆配比的同时,控制泥浆拌制质量;拌制好的泥浆静置24h后,要求漏斗粘度时间大于26s,并使用前再次搅拌。其次,在压浆时还着重控
6、制以下4个方面:(1)出洞口的止水装置要确保不渗漏,管节接口和中继间的密封性能良好,是形成泥浆套的先决条件;(2)从出洞口开始压浆,出洞口的压浆可以避免管子进入土体后被握裹,进而引起“背土”的恶果;管道在“背土”条件下的运动将对土体产生很大的扰动;(3)机尾的同步压浆,使泥浆套随机头不断延伸,若不及时压浆,机壳外面也很容易产生背土现象,尤其是在穿越地铁隧道阶段,确保机尾处泥浆套形成对减少土体扰动非常重要;(4)对管道沿线定时补浆,不断弥补浆液向土层的渗透量,在穿越过地铁隧道后的后续顶进中,不断地补浆有助于减少管道前移时对地铁隧道上方土体的摩擦扰动。2.3测量和轴线
7、控制技术确保穿越段顶管姿态的关键在于控制好顶进轴线。在进入穿越段前30m,顶进测量的频率提高到1次/m,并每顶进15m就进行一次顶进轴线复核,确保顶管机头在进入穿越段之前处于准确的姿态,轴线偏差控制在10mm以内。进入穿越段后,每顶进50cm测量一次顶管姿态,做到勤推、勤测、勤纠。避免因为轴线出现过大偏差而进行强制纠偏,从而将对管体外土体的扰动减少到最小。2.4合理制定主要施工参数据同类工程的施工经验及研究成果可知,顶管施工中对周围环境和邻近已建隧道隆沉变形有明显影响的是:正面水土压力、顶管推进速度、顶管姿态等。其中顶管姿态取决于顶进测量的精度和纠偏的效果。而正面
8、水土压力和
