地鐵超限盾構隧道暗挖改造設計

張恒睿

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

Reconstruction Design of Subsurface Excavation of Metro Shield in Tunneling Deviate from the Original Line

ZHANG Hengrui

地鐵超限盾構隧道暗挖改造設計

張恒睿

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055)

Reconstruction Design of Subsurface Excavation of Metro Shield in Tunneling Deviate from the Original Line

ZHANG Hengrui

摘要以成都地鐵1號線南延線華陽站—廣都北站區間右線盾構隧道嚴重超限事故為例，詳細論述以恢復原設計高程為目的的暗挖改造處理方案、施工步序、重點關注部位及處理措施。

關鍵詞盾構隧道超限暗挖改造設計切割管片

1工程概況

成都地鐵1號線南延線華陽站—廣都北站區間，自華陽站南端頭華廣明挖區間出發，以半徑350 m的左轉曲線進入廣都北站西端頭。沿線下穿天府大道、晉元鴻閣一號小區樓、華油集團騰龍公司庫房，側穿城南名著14、15號樓，盾構區間左線隧道已施工完成(如圖1)。

圖1　超限隧道縱剖面

2014年3月7日，盾構機從廣都北站西端頭右線始發，向華陽站方向掘進，當盾構機掘進至第59環時，對管片姿態進行測量發現，第16～59環管片均出現不同程度的豎向偏差，最大偏差出現在第59環，高出設計高程2 260 mm。

2處理方案

經各方研究討論，提出了兩種解決方案：一是調線調坡方案，利用現狀已施工完成的59環盾構隧道，根據前后技術條件，調整線路縱斷面設計，盾構機繼續推進；二是恢復原設計線路方案：對已施工盾構段進行暗挖改造，恢復線路至原設計高程，新增盾構井，盾構機重新始發。經綜合、深入比較，調線調坡方案雖能利用現狀已施工完成的隧道，方便施工，節省投資，有利于工期推進，但該方案對區間后續運營及維護存在長期影響，綜合考慮，相關各方決定采取恢復原盾構區間縱斷面設計高程的改造方案。具體步驟如下：

①在里程GYDK25+507.0～GYDK25+528.233(短鏈6.933m)設置一座盾構接收井，將現有的盾構機解體吊出。

②現有盾構機吊出后，從接收井向廣都北站方向進行超限段暗挖改造施工。

圖2　暗挖改造方案示意

③增加一臺盾構機，從華廣明挖區間南端頭始發，施工剩余隧道，到達盾構接收井后解體吊出(如圖2)。新增盾構接收井至廣都北站區間超限隧道暗挖改造段全長65.987 m，隧道結構形式為單線單洞斷面，線路平面為直線段，區間左右線線間距15 m。隧道最大線路縱坡為24.872‰，最小縱坡為2.0‰，豎曲線半徑為3 000 m，隧道拱頂埋深為10.3～9.3 m。

根據隧道超限情況、斷面形式、埋深及所處地質條件，為充分利用既有管片的承載能力，將暗挖改造段隧道分為局部拆除管片段和全部拆除管片段：由廣都北站向華陽站方向，右線16環～33環管片全部拆除；34環～39環拱部120°管片保留；40環～59環拱部150°管片保留；1環～15環管片超限情況在規范允許范圍，無需進行改造，但需提前對管片采取縱向拉結措施，避免改造段施工導致該段管片松弛變形、環縫增大、滲漏水等情況。

改造段隧道采用淺埋暗挖法及噴錨構筑法進行設計和施工，提前加固地層，分步破除管片；采用復合式襯砌結構，即以錨桿、鋼筋網、噴射混凝土和鋼架為初期支護，以模筑鋼筋砼為二次襯砌，初期支護與二次襯砌間設全封閉防水隔離層。

3暗挖改造措施及施工步序

3.1　局部拆除管片段

暗挖改造段管片拱部180°范圍提前徑向注漿加固，保留管片范圍注漿管端部設置墊板，墊板尺寸為150 m×150 m×10 mm。邊墻180°～270°范圍在拆除管片、局部開挖、架設格柵鋼架后，打設鋼花管并注漿，以穩定邊墻，注漿管端部與格柵鋼架焊接牢固。

施工時應根據實際情況充分利用既有管片拼接接縫，確定管片保留范圍，減少切割線，保證管片的整體性，保留管片以不侵入暗挖隧道二襯結構為原則，在縱向切割線上方40 cm處打設鎖腳錨管。考慮現場空間條件限制，鎖腳錨管長度按不小于3 m，角度按不小于10°控制，在可實施的條件下盡可能加大錨管長度和角度。錨管與管片開孔間空隙需以混凝土填充密實；錨管端部用槽鋼連接進行縱向加強，錨管與槽鋼間需加墊鋼材密貼，使其共同受力。環向切割步距為半幅(0.75 m)管片。

拆除已切割好的半幅管片，局部開挖，初噴，敷設鋼筋網，架立格柵并打設鎖腳錨管，復噴至設計厚度。按相同步序拆除另外一側及底部的半幅管片，架設橫撐。

臺階法開挖底部土體，架設格柵，使初支封閉成環。

鋪設隧道仰拱底部自粘防水卷材及細石混凝土保護層，綁扎鋼筋，澆筑底板及部分邊墻。

沿初支及盾構管片內側敷設防水卷材，分段拆除型鋼橫撐，每次拆除長度不大于6 m，施做剩余邊墻及拱頂二襯結構。

待二襯強度達到設計強度的100%以上時，泵送C25、P6防水混凝土，回填隧道拱部與盾構管片間的空隙，回填未密實處，通過二襯拱部預埋注漿管注漿回填(如圖3)。

圖3　局部拆除管片斷面

3.2　全部拆除管片段

施工降水，暗挖改造段管片拱部180°范圍提前徑向注漿加固。

分塊拆除拱部及邊墻0.75 m寬度范圍內管片，局部開挖，打設雙排超前小導管，進行超前注漿加固，初噴，敷設鋼筋網，架立格柵并打設鎖腳錨管，復噴至設計厚度。

拆除底部0.75 m寬度范圍管片，局部開挖，初支封閉成環。重復上述步驟，進行下一循環。

鋪設隧道仰拱底部自粘防水卷材及細石混凝土保護層，綁扎鋼筋，澆筑底板及部分邊墻。

分段拆除型鋼橫撐，每次拆除長度不大于6 m，施作剩余邊墻及拱頂二襯結構。

通過二襯拱部預埋注漿管對二襯與初支之間空隙進行注漿回填(如圖4)。

圖4　全部拆除管片斷面

4需重點關注部位及處理措施

4.1　管片拆除

本超限隧道暗挖改造段管片拆除遵循“先加固，后拆除；邊拆除，邊支護”的原則進行設計。施工前先進行施工降水、徑向注漿(注漿管端部設置墊板)、打設管片鎖腳錨管等措施，以便改善地層條件，保護非拆除管片，對于全拆段，還需先打設雙排超前小導管并注漿后，方可進行管片拆除施工。對于局部保留段管片，施工時應根據實際情況充分利用既有管片拼接接縫，確定管片保留范圍，減少切割線，保證管片的整體性，保留管片以不侵入暗挖隧道二襯結構為原則。

開始施工時，每次拆除管片尺寸不得大于0.75 m×2 m，對于全拆段，拱部不得大于0.75 m×1.5 m，避免因管片背后的附著力太大導致地層塌方。

保留段管片上架設的工18型鋼支撐水平間距按1 m設置，施工后可根據現場監測情況進行調整，但需經參建各方確認。

1～15環為非改造段盾構區間，需提前對管片采取縱向拉結措施，避免改造段施工導致該段管片松弛變形、環縫增大、滲漏水等情況。

4.2　局部保留段既有管片與格柵鋼筋連接

局部保留段既有管片與格柵鋼架通過L125X80X10角鋼及M24螺栓連接，連接質量需滿足相關規范要求。

4.3　區間下穿建筑物及管線

本暗挖改造段在GYDK25+544.5～GYDK25+592.727范圍內下穿華油集團供應站騰龍公司1層辦公樓及車間，該辦公樓及車間為擴大基礎。

施工前需對地面影響范圍內建筑物進行詳細調查，對其基礎、結構狀況進一步核實，對其傾斜、裂縫等狀態進行詳細記錄。現場加強監控量測，當建筑物的沉降超過監控量測警戒值(警戒值按照控制值的80%取值)時，各參建方現場分析判斷后對建筑物基礎進行單排袖閥管跟蹤注漿加固。

燃氣管線根據監測情況確定其加固措施，若管線沉降達到報警值需立即分析管線沉降的原因，對下陷段燃氣管道挖開清除周邊覆土、對燃氣管兩側設置磚砌擋墻，管道周邊采用填砂處理，恢復管道到初始高程；同時加強隧道洞內的支護參數，確保燃氣管線的安全。

4.4　暗挖二襯與新建盾構井及盾構管片的連接及防水

暗挖二襯與新建盾構井環梁通過預留鋼筋接駁器進行連接，與盾構管片通過縱向螺栓進行連接，同盾構管片連接處環梁和暗挖二襯一次性澆筑。

接縫處防水通過涂刷高滲透改性環氧防水涂料、預埋緩膨型止水膠條、可重復式注漿管等方式進行防水，同時設置不銹鋼接水槽，將少量滲水引入區間排水溝。

4.5　施工監測

本段隧道采用信息化設計和施工，施工中應重視和加強監控量測工作，把監控量測工作貫穿于施工過程的始終，并應及時反饋信息指導設計和施工，確保隧道結構施工安全、經濟。

開始進行管片拆除施工時，應適當縮小測點布置間距，增加測量頻率。拱頂下沉、洞內收斂兩項目，在開始拆除起點處前后5環管片時，每環均應布置。

5方案實施情況

本方案經反復研究、多方論證，最終順利實施，施工工期約為6個月。目前華廣區間隧道已全面貫通，通過驗收，施工過程安全可控，洞內洞外監測結果表明，各沉降及變形指標均在允許值范圍內。

6結論

(1)經調查認定，此次事故是一起因導入了錯誤的計劃線數據、測量復核不到位、教育培訓不到位、項目管理不到位等因素造成的責任事故，可作為盾構施工事故典型案例，引起全行業重視。

(2)本盾構隧道超限值2 260 mm，涉及區間長度近70 m，屬淺埋隧道，地層條件較差，全范圍采用暗挖法進行改造，隧道超限數值、改造規模及實施難度堪稱國內罕見，可為今后類似事故處理提供寶貴經驗和參考。

(3)超限盾構隧道管片拆除應遵循“先加固，后拆除；邊拆除，邊支護”的原則進行，嚴格按既定工序施工，不得冒進；拆除過程需嚴格控制每次破除管片的尺寸，由小及大，逐步掌握管片破除的經驗及破除前后管片和地層受力變形規律，以使整個施工過程安全可控。

參考文獻

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中圖分類號：U457+.6

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)02-0059-03

作者簡介：張恒睿(1984—)，男，2009年畢業于北京交通大學橋梁與隧道工程專業，工學碩士，工程師。

收稿日期：2015-01-13