管廊隧道上跨地铁施工技术要点及应急预案研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言地下综合管廊作为地下管线公共隧道，一般建设在市区，其管线类型多、线位分布错综复杂，可能与其他地下设施在空间布局有冲突。目前，国内外很多学者和工程技术人员重点研究了管廊隧道及其周边建筑物的相互影响机理，但并未形成统一的学术观点来指导管廊施工1。因此，进一步研究管廊隧道上跨地铁施工技术要点及应急预案具有十分重要的工程意义。1 管廊盾构施工对既有地铁的影响原理1.1 盾构机掘进影响范围计算盾构法是利用千斤顶推动盾构机前进，盾构机的刀片会切割开挖面前方土体，并利用相应的装置运出洞外。在盾构施工过程中，会对其周围土层和构筑物产生一定程度的影响。对周围土层的扰动：盾构施工对土层的影响范围可划分成纵向影响区和横向影响区，其中纵向为盾构机掘进方向，横向与盾构机掘进方向相垂直。纵向影响区和横向影响区的土体扰动程度分别用S、W表示，见公式（1）（2）2：S=Htg(45+2)（1）W=R+Htg(45+2)（2）式（1）（2）中：H为隧道轴线埋深，m；R为隧道外半径，m；为土体内摩擦角，。对既有地铁的扰动：新建管廊盾构隧道与既有地铁隧道间的相互影响程度可用两条隧道间的净距L（衬砌外层间的距离）来表示，见表1：1.2 管廊对既有地铁的影响原理在地铁隧道开挖之前，地层应力处于相对平衡状态。地铁隧道建设后，地层应力平衡会被破坏，但随着时间推移，会再次达到新的平衡。此时，如果上穿地铁修建综合管廊（地铁位于盾构机掘进影响范围内），盾构机开挖土体会产生“卸荷效应”，使得下方既有地铁隧道上覆荷载减小，从而出现隆起现象，影响地铁通行安全3。2 管廊隧道施工要点及对上跨地铁的具体影响2.1 工程概况2.1.1 建设标准深圳市城市轨道交通四期共建管廊工程-14号线综合管廊坪山段途经沙湖路、振环路、东纵路、体育中心路口、丹梓大道、吉康路、光祖北路、翠景路、聚龙路、沙田站。项目全长约为13.6 km，全线横断面内径6.0 m，外径6.7 m，厚度为0.35 m，管片安装采用错缝拼装方式，管廊施工采用盾构法。本文研究对象为综合井 1综合井 2综合井 3区间工程，区间总长为1 775.5 m。其中1#2#区间管廊设置 2 处圆曲线，管廊纵断面坡度为-6.84，埋深11.49714.753 m；2#3#区间管廊平面设置 5处圆曲线。管廊纵断面为V字坡，埋深14.51229.3 m。2.1.2 工程地质及水文地质1#2#区间管廊穿越地层为中砂、砾砂、变质粉砂岩、粉质黏土，2#3#区间管廊穿越地质为粉质黏土、变质粉砂岩、砾岩土状、粉质黏土、粗砂、砾砂。同时，沿线地下水包括第四系松散岩类孔隙水、基岩收稿日期：2023-02-22作者简介：鞠海峰（1975），男，山东济宁人，工程师，从事施工技术及项目管理工作。管廊隧道上跨地铁施工技术要点及应急预案研究鞠海峰（中国能源建设集团南方建设投资有限公司，广东 深圳 518126）摘要：为提高地下管廊施工技术水平，首先分析了管廊盾构施工对既有地铁的影响原理，随后以深圳市城市轨道交通四期共建管廊工程为研究对象，重点探讨了管廊隧道上跨地铁的施工技术要点及其对上跨地铁应力和变形的影响规律，以及主要施工风险源和应急预案，研究成果可为管廊隧道上跨地铁施工提供科学的理论指导。关键词：管廊隧道；上跨地铁；施工技术；有限元分析；应急预案中图分类号：U231文献标识码：A表1 管廊对既有地铁的扰动两隧道关系管廊在既有地铁上方净距L1.5D1.5D3.0D3.0D是否需考虑影响必须考虑施工需注意可不考虑19总657期2023年第27期（9月 下）裂隙水、岩溶水等。2.2 施工要点分析2.2.1 施工准备工作1#综合井东端头是1#3#综合井区间施工的始发井，需在井口处布置一台门吊用于推进时的垂直运输，并在紧靠综合井南侧附近布置一个集土坑，集土坑容积1 000m3，平面外形尺寸为37 m6 m4.5 m（长宽高）。同时，场内布置还根据施工需求布置拌浆间、料库、乙炔间等。2.2.2 上跨地铁施工措施在充分理解设计图纸，全面熟悉现场情况的前提下，1#3#综合井上跨14号地铁制定了以下施工措施：收集盾构机掘进控制参数，指导正式穿越，可参考表2，掘进控制参数一旦确定严禁擅自改变；采用土压平衡盾构机在上跨区域匀速、连续、均衡施工，掘进期间始终保证土仓压力与作业面水土压力的动态平衡，保证开挖土量与排土量的平衡；管廊盾构掘进的各关键岗位应挑选经验丰富的技术人员，做好掘进、拼装等工序的衔接及盾构队作业班的交接工作。同时，加强对机械设备的维修保养，以保证盾构机连续掘进，减少窝工现象。表2 1#3#综合井上跨地铁盾构控制参数控制项目推进速度/（mm/min）盾构总推力/t刀盘转速/rpm同步注浆压力/MPa同步注浆量/m3盾尾油脂注入量/环盾构姿态/mm出渣量/m3控制参数30708002 3001.30.150.368每桶45允许偏差值501.5m管片控制在78以内备注参考试验段情况，适当调整参考试验段情况，适当调整参考试验段情况，适当调整参考试验段情况，适当调整参考试验段情况，适当调整参考试验段情况，适当调整严格控制，及时纠偏严格控制，防止超挖2.2.3 洞内注浆上跨地铁左右线时采用的管片为1.5 m，利用增设的注浆孔和钢花管对隧道重叠影响区段进行注浆加固。其中钢花管尺寸为42 mm，单根长34 m，注浆压力0.150.3 MPa，浆体的28 d无侧限抗压强度不小于0.5MPa，在注浆时要加强对管片的保护。2.2.4 洞内临时加固为防止左右线隧道因受力变化导致管片损伤，1#3#综合井上跨地铁左右线时在洞内采用临时支撑（半圆弧支撑）进行加固。临时支撑采用弧形20b槽钢，两侧法兰盘用螺栓连接，间距1.5 m。左右线隧道各采用两组支撑，并根据施工顺序重复使用。2.2.5 强化监控量测为确保施工安全，1#3#综合井区盾构上跨14号线左右线实行信息化施工，重点关注综合井隧道的各项监测数据和地面沉降，当发现异常值时，立即停止施工并查明原因。具体变形控制标准为：既有盾构竖向位移控制值10 mm、既有盾构水平位移控制值10 mm、既有盾构径向收敛控制值10 mm、既有盾构轨道横向高差控制值4 mm、既有盾构轨道竖向高差控制值4 mm。2.3 管廊隧道施工对上跨地铁的具体影响为验证1#3#综合井上跨地铁的施工方案可行性，利用有限元软件Midas GTS建立计算模型，从应力和变形两方面分析了管廊盾构施工对既有地铁的具体影响。由于地铁范围内施工管廊对地铁左右线隧道的应力和变形影响具有相似性，本文仅针对地铁右线隧道进行分析4。2.3.1 有限元模型建立假设条件：软件Midas GTS中计算使用的岩土本构为摩尔-库伦模型，作出以下假设：各土层为均质、各向同性、连续弹塑性体；盾构掘进时，每个施工步对应的推进距离为3m；土舱压力模拟只考虑土压力，不考虑水压力；注浆模拟：采用等代法来模拟盾尾注浆过程，即用均一等厚、弹性的等代层来代替管片周围土层。边界条件：模型底面布边界的X、Y、Z方向均进行约束（不发生任何位移），前后面约束为Y方向，左右面约束为X方向。网格划分：在兼顾模型计算精确度和计算速度的前提下，利用solid单元模拟注浆层和地铁管片，网格划分采用正六面体，表面单元网格适当加密，尺寸取1 m，其他部位网格尺寸取 3 m，共划分出 2 568 个单元，3 016 个节点，见图1：图1 管廊上跨地铁的有限元模型2.3.2 管廊盾构施工对上跨地铁变形的影响在上跨地铁右线隧道的拱顶、拱底、左拱腰、右拱腰设置变形监测点，得到不同盾构施工步下的监测点变形，见图2：由图2可知：随着管廊盾构施工步的增加，各监测点的竖向位移呈折线变化趋势。当施工步20，盾构施工对上跨地铁变形基本没有影响；当20施工步35，上跨地铁变形随施工步的增加快速提高，且两者呈线性正相关关系；当35施工步，上跨地铁变形增加趋势不明显。同时，各监测点的变形大小关系为：拱顶左拱腰右拱腰拱底。2.3.3 管廊盾构施工对上跨地铁应力的影响在上跨地铁右线隧道的拱顶、拱底设置应力监测20交通世界TRANSPOWORLD点，得到不同盾构施工步下的监测点最大主应力，见表3：表3 上跨地铁各监测点最大主应力开挖步1020304050拱顶最大主应力/MPa2 0002 0112 0152 2162 220拱底最大主应力/MPa2 1052 1012 0981 9121 910由表3可知：随着管廊盾构隧道的开挖，上跨地铁左右拱腰处的最大主应力变化不大。当施工步30，盾构施工对上跨地铁拱顶和拱底最大主应力基本没有影响；当30施工步40，随着施工步的增加，拱顶最大主应力提高，拱底最大主应力减小，开挖结束后拱顶最大主应力是拱底的1.16倍。3 管廊对上跨地铁危险源识别及应急预案3.1 危险源识别根据深圳市轨道交通四期共建管廊工程-14号线共建管廊工程14GL-102标盾构区间工程施工安全风险评估报告文件相关规定，主要风险源有：管廊盾构开挖后，地面发生沉降；在管廊盾构区间用氧气乙炔焊、切时钢构件时可能因人员操作不规范、安全意识不强造成火灾事故；管廊施工为机械化、电气化施工，区间内电气件繁多，电路分布复杂，增大了用电事故发生概率；起重吊装过程中，因吊装物绑扎不牢或钢筋笼等附件零件脱落后砸人5。3.2 危险源的应急预案3.2.1 地面沉降应急预案在施工区间内布置地面沉降观测点，在隧道掘进时对量测结果进行整理，以得到开挖参数与沉降点的关系。当发生地面沉降时，可在地面打孔注浆或探孔回填砂浆和混凝土。如果地表沉陷危及周围建筑物、管线、居民生命安全时，立即报告地铁运营单位，采取相应保护措施6。3.2.2 火灾应急预案发现起火的施工人员应迅速将着火物附近的可燃、易燃物移开，并使用灭火器材灭火。如果火势较大应立即向消防部门报警，并上报项目应急领导小组，由项目负责人组织员工参与灭火。3.2.3 触电应急预案施工人员发生触电事故后，可采取“拉、切、拽、垫”等方法使触电者脱离电源。触电现场判定触电者呼吸和心跳停止时，应进行人工呼吸，如果伤势严重，应立即拨打医院急救电话。3.2.4 机械伤害应急预案发生机械伤害事故后，应急领导小组应组织应急人员赶赴现场，充分调动现有人员、物资设备、车辆、通讯系统控制险情恶化，并将受伤人员送往医院救治。4 结论本文依托深圳市城市轨道交通四期共建管廊工程，研究了管廊隧道施工要点、对上跨既有地铁变形和应力影响及应急预案，主要得到以下结论：管廊盾构施工对土层的影响范围可划分成纵向影响区和横向影响区，同时产生“卸荷效应”，使上跨地铁隆起变形；为保证管廊隧道施工安全，可采用洞内注浆、洞内临时加固、强化监控量测等措施；随着管廊盾构施工步的增加，上跨地铁的变形和最大主应力变化幅度逐渐增大，拱顶变化最明显；管廊隧道施工主要风险源有地面沉降、火灾、触电、机械伤害等，需建立应急领导小组，针对性制定应急预案。参考文献：1 张卫华，张玮鹏.综合管廊基坑上跨地铁隧道结构施工影响分析J.广东建材，2022，38（7）：52-54，22.2 叶新丰，田腾跃，陈博，等.管廊基坑长距离上跨既有地铁变形控制研究J.铁道建筑技术，2021（11）：147-151.3 田帅.复杂环境下基坑上跨运营地铁隧道的保护方案研究J.隧道建设（中英文），2020，40（S2）：196-203.4 毕成双.综合管廊上跨既有地铁隧道顶进技术研究J.施工技术，2019，48（17）：89-92.5 杨友彬，裴利华，林东.综合管廊近接地铁线施工对既有隧道的影响研究J.地下空间与工程学报，2019，15（S1）：188-194.6 蒋新平，冯海玲.某市政管廊基坑上跨既有地铁隧道的衬砌变形控制J.湖南交通科技，2018，44（2）：182-184.图2 上跨地铁各监测点变形21