電力電纜頂管隧道施工必須在運營地鐵上方通過，應采取嚴格的施工控制措施，控制地鐵隧道的變形，限制施工對地鐵隧道上方土體的擾動。該工程采用了精心的泥水平衡穩定控制技術、軸線控制技術等多項技術措施，很好地控制了地鐵隧道的變形。在施工中，利用MARC軟件建立了穿越地鐵隧道的電力電纜頂管隧道的三維數值計算模型。施工後，實測數據與模型計算值吻合較好，為今後類似施工提供了參考。
1工程概況及施工特點
1.1項目概況
西藏路電力頂管隧道工程采用三維曲線頂管法，內徑2.7m，外徑3.2m，電力隧道全長約3.03km，北起新疆路，南至復興中路。其中，4號頂管工作井位於西藏中路與九江路交匯處，3號工作井位於西藏中路與新閘路交匯處，4~3標段設計長度為576m m，在距離4號工作井(頂管始發井)約108m處，電動頂管隧道從正在運營的地鐵2號線隧道上方通過，整個隧道穿越2號線上、下線路的總投影長度約為25.0m m..電力隧道與地鐵2號線的相對位置如圖1所示。
1.2建築特點
(1)運營中的地鐵2號線隧道保護要求很高，其長期變形控制值為:累計垂直沈降(隆起)小於2mm隧道橫向變形小於2mm變形速率小於0.2毫米/小時
(2)頂管穿越地鐵隧道上方，凈距僅1.5m，穿越距離長，影響範圍大。
(3)在類似穿越施工中，多采用盾構法，即鼻跨和管片拼裝完成後，後續施工對被穿越隧道的擾動很小。但本工程采用頂管法。機頭穿越後，擾動會壹直持續，直到全斷面連通。
(4)頂管穿越的土層為淤泥質粉質粘土，土質較差。在電力隧道頂進穿越前，南京東路-西藏中路下沈廣場已經施工完畢。本工程的圍護施工和開挖施工對地鐵2號線上方的土壤造成了擾動。本工程施工屬於二次擾動，土體各項指標變化較大，更容易破壞地鐵隧道的穩定性。
2關鍵施工技術措施
2.1選用大刀盤泥水平衡頂管機。
國內外大量工程實踐證明，大型泥水平衡頂管掘進機在控制地面沈降方面精度最高，效果最好。這種結構是否使用面板類型？2.7m大刀泥水平衡頂管機，被切削的泥土從主切削刀片的間隙進入泥漿室，泥漿室內的泥土在刀盤後面的攪拌棒和泥漿的作用下被打碎成泥漿。通過控制泥漿室的泥漿壓力和泥漿比重，平衡開挖面的水土壓力，使開挖面始終處於穩定狀態。面板式大刀的設計和布局也參考了日本相關掘進機形式，能夠滿足最佳的截割效果，同時使進泥順暢，對開挖面的擾動最小，使開挖面處於最佳平衡狀態，機頭前方土壤產生的擠壓應力大大降低，對截割面外土壤的擾動也相應減少。
2.2觸變泥漿灌漿控制技術
在頂管接頭外壁與土層之間形成壹層性能良好的觸變性泥漿套，不僅可以成倍降低頂進阻力，而且對控制地表沈降和減少土體擾動也有很好的效果。因此，穿越時，為保證形成完整的泥漿套，嚴格控制泥漿質量，選用優質膨潤土，並根據穿越前100m頂進情況，不斷優化泥漿配比，確定泥漿配比為:膨潤土∶CMC∶純堿=1000∶60∶8(重量比，下同)；膨潤土:水= 1: 6。控制泥漿配比的同時控制泥漿的混合質量；混合泥漿靜置24小時後，漏鬥粘度應大於26s，使用前應再次攪拌。其次，在灌漿時，我們還重點關註以下四個方面:
(1)洞口止水裝置必須保證不滲漏，接頭接口與繼電器之間的密封性能良好，這是形成泥套的前提；
(2)從出水孔開始，在出水孔灌漿，可以防止管道入土後被卡住，造成“回土”的惡果；管道在“背土”條件下的移動會對土壤造成很大的擾動；
(3)尾部同步註漿使泥包隨機頭部不斷延伸。如果灌漿不及時，容易產生套管外背土現象，特別是在穿越地鐵隧道階段。確保尾部泥漿套的形成以減少土壤擾動是非常重要的；
(4)沿管道定期補漿，以彌補漿液對土層的滲透。在穿越地鐵隧道後的後續頂進中，有助於減少管道前移時對地鐵隧道上方土體的摩擦擾動。
2.3測量和軸線控制技術
控制頂管軸線是保證穿越段頂管姿態的關鍵。進入穿越段前30m，頂進測量頻率增加到1次/m，每隔15m對頂進軸線進行復核，確保頂進頭在進入穿越段前處於準確的姿態，軸線偏差控制在10 mm以內..
進入穿越段後，每隔50cm測量壹次頂管的姿態，做到勤推、勤測、勤校正。避免因軸線偏差過大而強行糾偏，盡量減少對管外土壤的擾動。
2.4主要施工參數的合理制定
根據類似工程的施工經驗和研究成果可知，頂管施工過程中，前方水土壓力、頂管速度和頂管姿態對周圍環境和鄰近已建隧道的隆起變形有明顯的影響。頂管的姿態取決於頂進測量的精度和糾偏的效果。但正水土壓力和推進速度的確定比較困難。在認真研究地質資料和聽取有關專家意見的基礎上，考慮保護地鐵2號線隧道安全的需要，確保南京東路交叉口地表和各種地上地下建築物的沈降值不超標，確定最終推進速度和刀盤正水土壓力如下:推進速度為20mm/min；刀盤正面水土壓力約為刀尖中心靜土壓力的1.00~1.05倍。
2.5多組整流專用管的整流系統
采用多組糾偏系統形成整體彎曲弧度，有利於掘進機和後續管接頭的順利彎曲。除了機頭本身擁有的四組八個校正氣缸外，本項目還選用了由六個特殊校正管組成的校正系統。特種整流管是壹種帶凹坑的特種管，每個管接頭上可附著四臺整流油泵，呈45°對角線上下排列。當管道進入彎曲段時，啟動短油缸，在管接頭橫截面上套壹個木墊片，形成與設計壹致的夾角。在施工過程中，整經油缸的行程根據軸線的變化不斷調整。
2.6信息化建設
為控制施工對周邊環境和地鐵2號線的影響，對地表沈降、地下管線變形、建築物變形等外部環境進行監測，采用時間序列、回歸分析等方法對施工進行預測，指導施工。同時，對地鐵2號線隧道的沈降、側向位移和斷面變形進行了監測。穿越階段，頂管推進至地鐵隧道前方30m時，監測初始值。未達到地鐵隧道線時，每日監測次數設置為2次；當頂管機機頭推進到地鐵隧道上方時，監測頻率調整為每2小時壹次；機頭穿越地鐵隧道頂部後，恢復到壹天兩次。如果變形超過報警值，將隨時跟蹤監測。
2.7控制泥漿頂替的質量
4~3標段電力隧道貫通時，及時利用觸變漿液註漿孔將管道外觸變漿液置換為純水泥漿，並對穿越電力隧道和地鐵2號線隧道投影段的電力隧道管道外3m範圍內和投影段兩側30m範圍內的土體進行雙液註漿加固，減少管道後期沈降。
3三維數值模擬與實測對比
3.1計算模型
模型計算面積:100m(電動頂管隧道垂直方向)×60m(電動頂管隧道水平方向)×40m(深度)，計算軟件為MARC。土體用實體單元模擬，隧道襯砌用殼單元模擬。模擬頂管施工過程，分為13個施工步驟。電動頂管與2號線的計算模型和相對位置關系如圖2和圖3所示。
3.2計算參數
土層材料和襯砌參數見表1和表2。
3.3結果分析
地鐵2號線豎向和橫向變形隨頂進距離的變化如圖4和圖5所示。
頂管穿越地鐵2號線隧道施工過程中，對地鐵隧道及周邊環境的變化進行了密切監測。實測數據表明，由於施工參數的科學合理選擇和各項技術措施的有效實施，電力隧道頂進對正在運營的地鐵2號線隧道及周邊環境影響較小，嚴格控制在允許範圍內。地鐵2號線隧道變形如圖6所示。
在圖5中，坐標原點距離線2 40m；垂直變形表示浮動為正值；側向位移正值表示朝向4號工作井，負值表示朝向3號工作井。在不考慮土體加固的情況下，電動頂管隧道穿越地鐵隧道後，理論上地鐵2號線隧道最大豎向變形為3.3mm，最大橫向變形為0.39 mm..
在圖6中，隧道變形值全部為正，表示浮動；頂進距離起點從4號工作井80m(即穿越地鐵隧道前30m)開始計算，4~3段全長576m穿越地鐵2號線的隧道長25m，對應頂進距離為30~55m。電力隧道建成兩個月後，地鐵隧道的累計浮動變形量為0.84毫米，導致側向位移0.2毫米。
計算結果表明，2號線盾構隧道的最大浮力為3.3 mm..同濟曙光進行二維有限元計算。計算結果表明，2號線盾構隧道最大上浮3.0mm，實測結果為0.8mm實測值與計算值吻合良好。由於頂管隧道與地鐵隧道有壹定的夾角，頂管施工對地鐵的側向變形有壹定的影響，如圖5所示。
4結論
(1)根據具體的地質條件、環境條件和施工工藝特點，制定了合理的泥漿護壁、後期註漿加固周邊土體等控制技術措施和合理的施工技術參數，為順利穿越提供了技術保障。
(2)在施工過程中，根據信息化施工的原則，及時完善各項施工參數，最大限度地減少施工對地鐵隧道的影響。
(3)結合頂管施工過程對地鐵2號線的影響，進行了詳細的三維數值模擬。實測值的變形趨勢與計算模擬值吻合較好，累積變形誤差較小。
(4)電動頂管隧道成功穿越正在運營的地鐵2號線，為今後此類工程的施工積累了壹定的經驗，具有較好的參考價值。
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