通过对采取的施工措施进行数值模拟，了解每种方案的实施对隧道产生的影响，从而来确定采取措施的程度。图9-1上海延安路隧道上方基坑开挖的数值模拟结果分析比较四个结果可知，不论采用何种施工安全措施，隧道衬砌都具有相同的整体变化趋势。考虑时空效应的施工措施，控制基坑变形量进而控制下方既有隧道，仍是最有效可行的方式。图9-3配重加载结构施工阶段底板分块施工，及时加载。......
2023-10-09
地下工程施工安全控制及案例分析-施工安全措施
【摘要】：图9-14风险划分示意图表9-7针对性措施（续表）2）总原则人民路隧道南线盾构浦西接收段施工采取以下原则：施工前先对相邻建筑物进行调查，并根据需要对有不安全因素的建筑物进行必要的处置。采取全面的施工监测，实施动态信息化施工管理，以监测数据指导施工。同步注浆是防止地层沉陷的重要措施。
1）风险分区
根据对人民路隧道南线盾构浦西接收段（DSK0+810—DSK0+998）的施工风险分析，以及对风险产生后果的预估，将此段的施工风险等级进行了划分（图9-14），并分别采取了针对性的措施（表9-7）。
图9-14 风险划分示意图
表9-7 针对性措施
（续表）
2）总原则
人民路隧道南线盾构浦西接收段施工采取以下原则：
（1）施工前先对相邻建筑物进行调查，并根据需要对有不安全因素的建筑物进行必要的处置。
（2）在盾构浅覆土段施工前，对机械、电气设备进行保养，保证盾构推进时具有良好的性能，减小出现非正常停机的可能性。
（3）对泥水处理系统中的检测仪器进行检查，保证采集数据的正确性及完备性，特别是对泥水相对密度、泥水黏度等关键施工参数的测量。
（4）采取全面的施工监测，实施动态信息化施工管理，以监测数据指导施工。
（5）相邻建筑物、敏感管线需埋设直接监测点，土体设置深层监测点。
（6）严格控制施工参数，并根据监测数据进行动态调节。
（7）避免泥水压力及推进速度波动范围过大。
（8）采用优质重泥浆推进，并对泥水参数（如进出量等）进行适时反馈。
（9）动态调整同步注浆量和注浆压力，及时、同步地进行注浆，注浆应均匀。
（10）推进时保证盾尾密封油脂的连续压注，防止盾尾渗漏。
（11）根据建筑物及周边地面沉降情况，及时进行壁后两次跟踪注浆和地面跟踪注浆。
3）施工参数控制
严格控制盾构姿态，确保盾构平稳推进，减少纠偏，以免对土体造成过大扰动。由于在此段盾构处于上坡，盾构推进速度直接影响地面沉降量，控制推进速度在20 mm/min以内，保证刀盘对土体的充分稳定切削，施工中结合监测数据进行微调。
（1）信息化动态施工。为了保证盾构安全顺利穿越，除事先做好充分准备工作外，信息化施工成为施工关键。通过监测系统提供的测试数据，及时调整与控制盾构穿越过程中施工参数，必要时采取管片壁后补压浆及地面跟踪注浆等措施，使盾构施工对环境影响降到最低。
（2）切口水压控制。严格控制切口水压。由于盾构顶部覆土浅，切口水压控制难度大，若切口水压力波动太大，会增加正面土体的扰动，导致正面土体的流失，因此应尽可能减少切口水压的波动。在盾构掘进开始时缓慢增加掘进速度，掘进结束时缓慢减少掘进速度，盾构掘进时保持速度稳定。按静止土压力为上限值、主动土压力为下限值，水土合算计算值设定切口水压。与此同时，在接收段要严格控制泥水压力的波动值，把切口水压波动值控制在-0.01～0.01 MPa，保证正面土体稳定。推进时，根据监测信息做及时调整，切口水压原则上为切口位置地面不隆起。切口水压计算公式如下：
①切口水压上限值（静止土压力）。
P上=P1+P2+P3=K0γH+20
K0=1-sinψ'
式中 P上——切口水压上限值（kPa）；
P1——地下水压力（kPa）；
P2——静止土压力（kPa）；
P3——变动土压力（kPa），一般取20 kPa；
K0——静止土压力系数；
γ——土的容重（kN/m3）；
H——隧道埋深（算至隧道中心，m）；
ψ'——有效内摩擦角（。）。
②切口水压下限值（主动土压力）。
P下=P1+P2+P3
=K0γH+20
=γHtan（ 245°-ψ/2）-2Cuta（n45°-ψ/2）+2（0土）
=γHtan（ 245°-ψ/2）+2（0无黏土）
式中 P下——切口水压下限值（kPa）；
P2'——主动土压力（kPa）；
Cu——土的凝聚力（kPa）；
ψ——土体的内摩擦角（°）。(www.chuimin.cn)
浅覆土段施工前，根据盾构切口的实测里程，按每环计算切口水压值，再根据计算值设定盾构施工切口压力。
（3）同步注浆控制。同步注浆是防止地层沉陷的重要措施。同步注浆控制包括浆液质量、注浆量和注浆压力控制。提高同步注浆浆液的质量，浆液密度大于1.8 g/cm3，泌水率小于2.0%；注浆量一般在120%～140%的建筑空隙，为防止浅覆土段隧道上浮，同步注浆上下注浆孔的比例分配为70∶30；合理控制注浆压力，尽量做到填充而不是劈裂，注浆压力控制在1.1～1.2倍静止土压力，同时在注浆管路中安装安全阀，以免注浆压力过高而顶破覆土。
（4）泥水质量控制。为了加强对正面土体的支护能力，防止地面冒浆，采用重浆推进。泥水密度控制在1.25～1.30 g/cm3，黏度控制在19～21 s。为了确保泥水质量，在推进过程中，泥水处理人员应加大对泥水的测试频率，及时调整泥水密度，保证推进的顺利。
盾构掘进过程中，当泥水处理系统需要较长时间空循环时，应采取一定的措施（如添加聚合物、关闭二级漩流器系统、少加水、少排浆等）来稳定新浆液的黏度和密度。
确保泥水处理场地厚浆池、挖机、普茨泵、江边驳船等排浆出泥系统的畅通，以确保盾构顺利施工；及时清理安全池中的泥砂，使安全池具有真正的应急安全储备功能，提高泥水处理系统的安全可靠性。
（5）隧道轴线控制要点。泥水盾构施工中，将不可避免地造成不同程度的正面泥水后窜现象，且隧道覆土较浅，易造成成环隧道上浮。
①盾构姿态控制：盾构保持平稳推进，减少纠偏，减少对正面土体的扰动。
②平面：控制在±50 mm之内。
③高程：考虑到覆土较浅，盾构在穿越时高程控制在0～-50 mm。
④速度：该段施工中推进速度控制在20 mm/min以内，如推进速度过快，则会对正面土体挤压过大。
⑤加强隧道纵向变形的监测，并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正。
当发现隧道上浮量较大，立即采取对已建隧道进行补压浆措施，割断泥水继续流失路径，使隧道纵向形成止水隔离带。补压浆要求均匀，压浆后浆液成环状，必要时可采用双液浆与聚氨酯相结合的注浆方法。
4）保护雨污水总管功能的措施
南线隧道南侧这根百年砖砌雨污水总管距南线隧道结构最近处仅2.9 m，与南线隧道“擦肩而过”，是南线盾构施工的主要风险源之一。为保证大直径泥水盾构近距离穿越施工安全和对百年砖砌雨污水总管的保护，原方案拟在其附近重新修建一根来代替，但由于地面管线密集而无法施工替代管。为此在南线盾构推进到此区域前，先将该管路（丽水路—福民街段）端头封闭，将充填材料泵入该段管路内以填充该段管路，同时对该段管路临时实施临泵临排排水，在南线隧道贯通后，再将该段管路恢复。
由于该雨污水总管在隧道贯通后还要使用，因此选择的填充材料不能固化，以便后期能够处理，而且要能够泵送，并具有一定的重度。先考虑采用砂浆，但如果采用砂浆泵泵送浆液，由于雨污水总管较长，砂浆泵泵送压力不够，因此砂浆泵很难将浆液泵入总管中；如果采用混凝土泵泵送浆液，由于混凝土泵的泵送压力过大，在泵送时极易破坏砖砌雨污水总管，且混凝土泵的连接软管过重而无法从井口处送入雨污水总管内。为此，采用膨润土浆作为填充材料，浆液配比见表9-8。
表9-8 膨润土浆液配比
在南线隧道贯通后，将雨污水总管内的膨润土浆抽出外运，并对管道进行了清理和CCTV检测（图9-15）。CCTV检测结果显示，管道功能状况和结构状况较好，无损坏情况。随后拆除了临泵，停止用临泵临排，恢复用雨污水总管排水。
图9-15 雨污水总管CCTV检测图像
5）对北线隧道的保护
为减小南线盾构施工对已建北线隧道结构的影响，在南线隧道接收处50 m范围两隧道中间预先设置一排隔离桩进行隔断。隔离桩为φ600 mm钻孔灌注桩，采用间隔不连续形式，桩间净距为200 mm，隔离桩与隧道边线净距＞1.0 m，如图9-16所示。
图9-16 隔离桩分布图
当北线隧道结构的内力、土压力、位移等的监测数据超过设计允许值时，对北线隧道结构采取加固措施。
（1）对已建北线隧道进行二次注浆。通过管片上增设的注浆孔对北线隧道管片外侧土体进行注浆加固，加固深度为隧道径向外侧1.5 m，采用缓凝型水泥水玻璃双液浆，注浆过程中密切注意注浆压力，以免注浆压力过大顶破上覆土。
（2）增加预应力钢支撑。针对可能出现的北线隧道结构周边土体流失带来的隧道结构破坏，在变形较大区域设预应力钢架。在南线隧道近距离穿越北线隧道施工过程中，由于北线隧道结构的监测数据均在设计允许范围内，所以实际未对北线隧道采取加固措施。
6）对周边建筑物的保护
安仁街西侧4幢老民居结构老化，年代久远，盾构在此段施工风险极大。作为安全储备，预在其靠近隧道结构侧施工隔离桩，但4幢房屋结构上方3.3 m有挑廊，无空间进行隔离桩施工，后拟对居民实施临时搬迁，但由于当时临近春节，临时搬迁难度太大而未能实行，所以南线盾构只能在不采取任何加固措施的情况下近距离穿越。在穿越施工中，对安仁街西侧4幢民居的沉降、水平位移、倾斜及裂缝进行监测，实行信息化施工，加大监测频率。根据地面沉降监测数据逐环微调泥水压力设置值、同步注浆量、推进速度、泥水指标等参数，严控切口压力波动，保证正面土体稳定，严格控制盾构姿态，确保盾构平稳推进，减小纠偏，降低对周围土体的扰动，以尽量减小对老民居的影响，确保了南线盾构的顺利穿越。
7）木桩段的穿越处理
老城墙木桩基础（图9-17）侵入到南线盾构掘进断面内，对南线隧道推进带来了极大的风险。对于木桩的处理，曾考虑过多种方案，如采用探测方法探明木桩实际情况，然后对木桩区域进行清障并回填，但由于周边管线密集，道路无法封交，所以该方案未能实施；如在该区域地面上做泥浆池，以防止在南线盾构穿越木桩群时可能出现的刀盘碰到木桩，使木桩滑移，形成泥水通道，导致泥水上窜而使盾构无法施工，但该方案费用高，也未能实施；如在该区域地面上做混凝土板，以防止泥水上窜，但地面做混凝土板后对盾构推进中造成的土体沉降不能及时反映，因此也未能实施。
图9-17 木桩基础
为了让盾构尽量避开木桩，在南线盾构推进至木桩区域时，将盾构的高程控制在设计轴线向下20～30 mm，平面控制在设计轴线向右20～30 mm，以减小盾构碰到木桩的概率和程度。在地面加强监测，派专人观察地面是否有泥水上窜，盾构司机密切注意切口水压的波动，根据监测结果和切口压力变化来及时指导施工，并逐步降低切口水压值，切口水压控制在使地面微微沉降，以防止地面冒浆和泥水后窜。
8）监测措施
人民路隧道浦西接收段施工环境极其复杂，在施工过程中实施动态信息化施工管理，做到动态控制。监测项目包括：
（1）周边建筑物监测。周边4幢主要建筑物（悦园商厦、上海滩商厦、福都二期、安仁街西侧4幢民居）的沉降、水平位移、倾斜及裂缝检测。
（2）敏感管线的沉降监测。对压力管，如上水、燃气，间隔5m布置一个深层沉降监测点。
（3）北线隧道结构的内力及周边土压力监测。为保证已建北线隧道结构的安全性，对北线隧道结构的应力、弯矩及隧道周边土压力开展监测，在断面内设置钢筋应力计和土压力计，在管片制作过程中预埋，并请专业人员安装、标定。钢筋应力计采用振弦式钢筋应力计，于每环衬砌结构的8块管片内、外主钢筋的跨中设置，安装埋设在管片环向主筋上，应力计与主筋对焊，应力计与主筋直径、曲线保持一致。在焊接钢筋应力计时，为避免热传导使钢筋应力计零漂增加，需采取冷却措施，共计16只钢筋应力计/环。钢筋应力计除灵敏度和精度需满足上述设计要求外，必须具有良好的稳定性和可靠度。土压力计布置于管片的0°、90°、180°、270°位置。
（4）隧道结构的位移检测。加强对北线隧道结构沉降、水平位移的监测，要快速掌握施工范围内北线隧道的三维变形，并及时采取应对措施。
9）地面组织（图9-18）
鉴于人民路隧道南线盾构浦西接收段施工的高风险性，为避免土体突然塌陷给车辆、行人带来伤害，南线隧道掘进面上方区域禁止车辆、行人通行，南线盾构施工到该段区域时人民路半幅封交，在封交场地内堆放应急物质，保证抢险的及时性。
图9-18 地面组织
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