地铁盾构隧道下穿加油站的地表沉降分析

徐 淼

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

0 引言

随着中国经济快速发展，城市人口增长迅猛，地铁逐步成为交通拥堵治理的首选。在地铁盾构施工过程中，不可避免会下穿城市道路、高架桥、民用建筑物、文物建筑和加油站等重大风险源。虽然盾构机械化水平越来越高，技术日趋成熟，盾构穿越重大风险源时，控制地表沉降、建筑物沉降、管线沉降等沉降项目仍是一个挑战。

本文以青岛地铁1 号线遵瑞区间盾构下穿加油站项目为例，开展研究分析。通过对加油站区域地表、油罐、油棚和办公房的沉降监测，利用预报警手段，及时反馈施工单位进行盾构参数调整和增加风险管控措施，确保盾构机安全穿越加油站区域。

1 工程概况

1.1 盾构区间概况

青岛地铁1 号线遵义路站—瑞金路站区间位于重庆中路西侧，从遵义路站始发，向北下穿青岛市胸科医院、青钢医院和东南渠加油站，地面为商业、工厂办公、居住和商住用地，沿重庆中路进入瑞金路站。

遵瑞区间里程K55+472.700—K56+774.350，长1301.65 m。该区间分为矿上法和盾构法两段，其中，K55+465.700—K56+218.350 为盾构法段，左线长752.657 m，右线长752.650 m，线间距14 m。隧道拱顶埋深8.5～21 m，断面形式为单洞单线外径6 m 的圆形预制管片。

区间从遵义路站开始，开始位置在半径为3000 m 的竖曲线上，然后以28‰的坡度下坡260 m，再以15‰的坡度下坡450 m，达到线路最低点进入盾构吊出井，吊出井处竖曲线半径为5000 m。

1.2 加油站油罐位置

遵瑞区间下穿加油站的油棚位于里程DK55+733.890，加油站棚为1 层网架结构，独立基础，基础埋深约1.5 m，距隧道拱顶约12.7 m；地下油罐位于DK55+755.540，共4 个油罐（2 个汽油、2 个柴油），油罐直径2.5 m，油罐长约6 m，体积25 m3；实测油罐埋深3.5 m，距隧道拱顶约11.3 m，油罐周边采用石粉回填；底座30 cm 混凝土垫层，双层油罐，液位仪、渗漏监测设备状态良好。

1.3 加油站地质水文条件

盾构风险源区间穿越地层从上到下依次为粉质黏土、粉质黏土～黏土、粗砂～砾砂、粉质黏土、含黏性土粗～砾砂、强风化安山岩和中风化安山岩。其中加油站区域隧道穿越地层为中等风化安山岩，拱顶覆岩厚度小于1 m，地下水类型为基岩裂隙水，受上层第四系孔隙水补给，水量较大。

1.4 盾构下穿加油站风险等级

遵瑞区间下穿加油站油棚，侧穿加油站4 个油罐，设计定义风险源等级为I 级。根据相关规范及设计文件要求，穿越加油站时必须降低风险源等级。

1.5 盾构掘进控制措施

遵瑞区间盾构掘进时，复杂的地质条件、开挖面的应力释放、附加应力对土体的固结、地下水的流失、注浆不及时、注浆量不足等原因会引起隧道上方的地表沉降。为控制加油站的油棚、油罐的沉降变形，盾构掘进采取以下措施。

（1）危险区施工前，加油站须停运，同时清空储油罐、气罐和管道内油品和气品，确保加油站内无油品、气品，做好相应保护措施；做好洞内和地表的油气监测，加强洞内通风，发现异常立即停工处理。施工完毕后，应对加油站设备、接头进行检测，合格后恢复运营。

（2）划定清晰明确的风险源边界，制定下穿加油站专项第三方与施工方监测方案，及时根据监测反馈信息调整盾构掘进参数。施工单位应制定完善的应急预案，进行专项安全与技术交底，一旦出现险情，立即采取洞内二次注浆与地表注浆加固。

（3）为减少对地层的影响，改善渣仓土体流动性，须进行渣土改良[1]。渣土改良应严格加注信誉良好优质的泡沫剂和优质膨润土浆。通过先期试验段验证，效果优良方可应用于本场区。

（4）穿越前检查刀具磨损量，有磨损立即更换滚刀；掘进前应检修好盾构零件，确保性能完好，切记在风险区位置停机。穿越过程中应保证好盾构机的机械性能，控制好盾构机掘进参数，做好同步注浆和必要的二次注浆工作[2]，平稳匀速通过危险区，拼装时确保管片防水和拼装质量；选用质量优良的盾尾油脂。

（5）合理安排施工工序，安排专人负责掘进出土与管片拼装等主要施工工序，尽量缩短测量和渣土车等待时间，提高运输效率，维持作业面连续施工，加快管片拼装作业。配备足够的值班维修人员，一旦盾构机械发生故障，能够及时进行处理，确保盾构推进顺利进行。

（6）根据地勘报告与现场钻孔地质情况，地下水赋存量大，盾构掘进时岩土层裂隙水流失，会引起岩土体固结沉降。因此，管片拼装是严控质量，防止管片破损和错台过大，控制隧道的地下水流失量。

（7）为减小盾构机左右线同时掘进对土体的扰动，引起地表沉降对加油站的影响，调整盾构施工计划，先掘进左线。待左线盾构机顺利通过加油站，地表沉降稳定后再开始掘进右线，间隔距离控制在100 m，进而可以有效控制两台盾构机同时对地面造成影响。

1.6 盾构施工参数

盾构机在下穿加油站施工段时，推力控制在8000～13 000 kN，推进速度控制在20～30 mm/min、刀盘转速控制在1.0～1.2 r/min、土仓压力控制在上部0.09～0.12 MPa，刀盘扭矩控制在2000～3200 kN·m，出土量控制在50 m3以内。

盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙，施工中采用同步注浆来充填这一部分空隙。施工过程中严格控制同步注浆量和浆液质量，严格控制浆液配比，使浆液和易性好、泌水性小、流动性好。确保管片结构不因注浆产生变形和损坏，同步注浆量取环形间隙理论体积的1.2～1.5 倍，则每环注浆量Q=4.86～6.08 m3，注浆压力为0.2～0.3 MPa。

二次注浆从盾尾后第3 环开始，二次注浆压力比同步注浆压力高出0.01～0.03 MPa 来控制，二次注浆应采用带止逆阀的注浆管。二次注浆浆液质量比为：水∶水泥=1∶1，体积比为：水泥浆∶水玻璃=1∶1。

盾构机姿态控制在水平0～20 mm，垂直-20～0 mm。如果超出范围，操作手必须及时上报，并协商调整方案。

2 盾构下穿加油站变形监测分析

盾构机掘进穿越加油站施工可能产生地下地表及建筑物沉降，油罐、输油管路变形及地面坍塌。为确保周边环境安全，掘进施工前，加油站区域布设地表沉降、建筑物沉降、油棚沉降和油罐沉降等测点，及时反馈信息，指导下一步盾构施工。

2.1 建筑物沉降分析

盾构机调整保压推进的原因是由于建筑物沉降速率超过报警值1.5 mm/d，油棚区域地下水丰富，加之盾构下坡掘进，前后两方地下水向刀盘汇集，地下水流失严重，造成地层失水，岩土体固结沉降。右线掘进时，充分考虑了左线掘进的经验教训，保压推进，同步注浆及时跟进，增设二次注浆孔的范围等措施。加油站办公区域和油棚监测点变化速率和累计量均无异常，区间右线已安全可控地通过加油站区域。

2.2 地表沉降分析

加油站区域地表测点的沉降变化曲线如图1 所示。从图中可知，盾构左右线掘进过程中，地表测点的监测数据隆起累计最大值为+5.51 mm（DC84-02），沉降累计最小值为-9.73 mm（DCJ02）。从监测数据可知，采取保压推进、及时同步注浆、二次注浆、渣土改良等盾构风险管控措施，控制地表沉降效果明显，盾构掘进对隧道上方地表沉降有一定扰动，但风险可控。

图1 加油站区域地表测点的沉降变化曲线

2.3 加油站油罐沉降分析

盾构机先后穿越办公区、油棚、油罐。下穿油罐时，油罐监测点经历两次先上升后下降，变化速率未出现超标情况。油罐的监测数据隆起累计最大值为+2.94 mm（JCJ47），沉降累计最小值为-3.49 mm（JCJ46）。从监测数据可知，隧道掘进施工对加油站油罐有一定扰动，但扰动影响很小，盾构同步注浆与二次注浆效果明显，隧道上方岩土体的沉降得到有效控制。

3 结论

（1）盾构隧道穿越加油站重大风险源时，要编制专项施工方方案、专项监测方案和专项应急方案。对可能出现的险情提前做出预判，风险管控措施要详细细致。

（2）通过对加油站的办公房、油棚、油罐和地表的沉降观测，可及时有效地指导盾构掘进参数的调整，调整同步注浆时间，调整渣土改良的泡沫剂和膨润土的加入量，调整二次注浆及注浆范围。

（3）盾构掘进时，若地下水损失严重，可采取保压推进、二次注浆和地面加固等措施。

（4）本案例下穿加油区办公区域时，由于地下水流失，造成建筑物沉降速率超标。通过一系列风险管控措施，较为成功地控制了加油站区域的地表、建筑物沉降，为今后盾构穿越加油站等重大风险源提供一定的借鉴经验。