地鐵區間小凈距疊交隧道設計與施工技術

劉海智，葉建忠，付艷軍

（浙江省交通規劃設計研究院，浙江杭州 310006）

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地鐵區間小凈距疊交隧道設計與施工技術

劉海智，葉建忠，付艷軍

（浙江省交通規劃設計研究院，浙江杭州 310006）

摘 要：小凈距疊交隧道施工主要面臨后建隧道對先建隧道結構影響和因地表沉降疊加引發沉降過大兩大問題。文章以深圳地鐵7號線紅嶺北站—筍崗站區間工程為背景，采取對疊交隧道夾層土體注漿加固，先建隧道內增設移動支撐臺車，先建隧道管片襯砌結構加強，后建隧道盾構掘進控制技術等技術措施，有效地控制了管片變形和地表沉降，達到預期效果。

關鍵詞：地鐵；疊交隧道；施工技術

0　引言

地鐵施工采用小凈距疊交盾構隧道可較好地解決車站上下重疊的側式站臺、周邊環境制約、道路紅線狹窄以及線網換乘等工程難題，然而小凈距疊交隧道施工存在較大的風險。目前，國內外學者對小凈距疊交隧道的施工技術措施已進行了較多的研究，王建山[1]采用有限元方法分析了施工階段重疊盾構隧道的相互影響；李曉霖等[2]提出了根據監測數據對 2 條盾構隧道小凈距、長距離并行施工相互影響進行反分析的方法；張明聚等[3]通過現場監測，研究揭示小凈距平行盾構隧道施工中，后行隧道掘進引起的先行隧道管片附加應力的變化規律。

本文以深圳地鐵 7號線紅嶺北站—筍崗站區間工程為背景，根據現場監測結果得到疊交盾構隧道施工引起的地表沉降以及后建盾構隧道開挖對先建盾構隧道的影響，證明了通過對小凈距疊交隧道范圍內夾層土體注漿，先建隧道內增設移動液壓支撐臺車、管片襯砌和連接螺栓加強，后建隧道盾構掘進參數控制等技術措施，可以有效地控制管片變形和地表沉降。

1　工程概況

紅嶺北站—筍崗站區間隧道位于紅嶺北路與寶崗路之間，其中紅嶺北站為地下 3 層島式車站，筍崗站受周邊環境限制車站寬度較小，為地下 3 層側式車站。本區間出紅嶺北站后，沿梅園路自西往東依次下穿梨園路、寶安北路，左、右線隧道由平行轉為上下疊交，最后到達筍崗站。左線隧道由明挖+盾構法組成，其中盾構段長 416.114m。右線隧道由明挖+礦山+盾構法組成，其中盾構段長 341.494m。區間平面線間距由出紅嶺北站后 15.7m，至筍崗站 0m，區間平面走向詳見圖 1，區間小凈距及疊交段斷面情況見圖 2～圖 4。

圖1　7號線紅嶺北站—筍崗站區間平面圖

圖2　區間縱斷面

圖3　典型橫斷面 1

圖4　典型橫斷面 2

根據本區間盾構隧道工程籌劃，選擇先掘進下線（左線）隧道再掘進上線（右線）隧道的施工工序。區間需采用 2 臺盾構機掘進，盾構機分別從筍崗站西端頭井先后出發，由東向西推進至該區間明挖段接收。其中，下線（左線）盾構先行掘進，上線（右線）盾構后行掘進且與下線盾構縱向間距至少 100m。盾構隧道襯砌采用鋼筋混凝土管片，每環管片由 6 塊管片錯縫拼裝而成，管片內徑為 5.4m，厚度為 300mm。管片混凝土強度等級為 C50，抗滲等級不低于 P10，疊交段管片采用 M27（標準段為 M24）彎螺栓連接。

2　施工技術措施

2.1疊交段隧道注漿加固

為了減少地表累計沉降，保證后建隧道掘進及地鐵運營安全，后建隧道掘進前，需通過先建隧道管片上預留注漿孔對疊交段范圍內夾層土體進行注漿加固。當后建隧道掘進完成后，再通過后建隧道管片上預留的注漿孔對夾層土體再次進行注漿加固。

2.1.1注漿位置及范圍

下線（左線）隧道管片襯砌上部 180°，上線（右線）隧道管片襯砌下部 120°范圍內，通過管片上預留的注漿孔（重疊段標準塊及鄰接塊注漿孔均增加 2 處）對夾層范圍土體通過預埋鋼花管進行注漿加固，疊交段夾層土體注漿加固范圍見圖 5。

圖5　疊交段加固范圍示意圖

2.1.2注漿參數

根據注漿壓力確定每孔注漿量，為防止注漿壓力過大造成管片開裂及破損，注漿壓力為 0.3～0.6MPa，疊交段范圍內土體均需進行加固，經加固后的夾層土體抗壓強度不應低于 1 MPa。注漿量及注漿壓力應根據監測到的管片變形及位移情況隨時調整，防止注漿壓力過大造成管片破損。正式施工前應對疊交段進行現場檢測，確保加固土體范圍及強度滿足設計要求。

2.1.3注漿材料

采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，具體配合比參數需根據現場實驗確定。

2.2下線隧道內支撐加固

為防止上線隧道盾構推進時造成下線隧道管片變形、破損，上線隧道盾構機掘進過程中，首先確定下線隧道支撐臺車與上線隧道盾構機前后位置關系，在下線疊交段對應上線掘進盾構機盾體下部及前后各 10m 采用移動液壓支撐臺車進行支撐（圖6）。支撐臺車前端距盾構機刀盤距離控制在 10～14.5m 之間，當刀盤前方對應的下線隧道支撐段只有 10m 時，上線隧道施工人員通知下線支撐臺車運行人員移動疊交支撐臺車，每次移動距離為 4.5m，上線隧道掘進 4.5m 后再次移動疊交支撐臺車，如此反復進行。支撐臺車移動時上線隧道盾構機停止掘進，并只能進行管片拼裝作業，移動過程中支撐油缸壓力控制在 5MPa 左右。

圖6　支撐臺車橫斷面示意圖（單位：mm）

2.3下線隧道管片襯砌結構加強

為了避免上線隧道推進過程中造成下線隧道管片變形、破損，需要對管片襯砌結構及連接螺栓進行加強。對下線隧道管片主筋及分布筋進行加強，外側主筋采用 4 根 Φ20mm + 8 根 Φ18mm（標準段為12 根 Φ16mm），內側主筋采用 8 根 Φ20mm + 4 根Φ18mm（標準段為 6 根 Φ18mm + 6 根Φ16mm），分布筋采用 Φ12mm（標準段為Φ10mm）；管片環縱向連接螺栓加強為 8.8 級 M27（標準段為 8.8 級 M24），同時，為了增強襯砌結構的空間剛度，管片之間采用錯縫拼裝方式。

2.4上線隧道盾構掘進控制

2.4.1出渣量控制

為防止隧道上方土層損失造成地表沉降過大，隧道掘進時，需嚴格進行土方出渣記錄，當每環管片出渣量大于 69.7m3時表明隧道超挖，應及時監測地表沉降，如果地表沉降加大或者沉降速率超過設計允許值，應馬上關閉螺旋輸送機停止出土，同時加大掌子面土倉壓力，直到地表沉降控制在允許值范圍內；當每環管片出渣量小于 60.4m3時，應隨時監測地表隆起值防止地表隆起，如果隆起值或者隆起速率超過設計允許值，應適當降低土倉壓力，一般降低數值在 0.1～0.3bar 左右。

2.4.2土倉壓力設定

嚴格以土壓平衡狀態下靜止水土壓力計算值作為盾構掘進施工的土壓設定值。掘進過程中可以根據監測數據及地質變化情況，在征得項目工程師同意下，對土壓設計值進行調整和修正，以滿足信息化施工需要。

2.4.3推進力和推進速度

盾構推進速度過快不利于掌子面穩定，且容易造成土倉壓力值變化不均勻，盾構推進速度過慢則會加大對周邊土體擾動且出渣量不容易控制。掘進速度及推力的選定以保持土倉壓力為目的，盾構推進速度正常控制在 2～4cm/min 范圍。

2.4.4盾構姿態控制

盾構推進過程中應嚴格控制盾構姿態，確保隧道實際中線與設計中線偏差在上、下、左、右均小于30mm，在圓曲線及緩和曲線段應根據具體里程來控制掘進方向和偏轉角度。

2.4.5同步注漿

為盡早填充盾尾與周邊土層間空隙，減少周邊地層損失造成地表沉降過大危及周邊環境安全，當管片脫離盾尾后，通過盾尾注漿系統（雙泵四管路）對周邊建筑空隙進行均勻充填。同步注漿采用單液漿，注漿壓力應稍大于該點處靜止水土壓力之和，這樣既能保證漿液均勻注入又能防止注漿壓力過大造成土層劈裂和管片開裂。本區間同步注漿壓力為 0.2～0.4MPa。每環管片理論注漿量 4.05m3/ 環，根據地層條件及線路情況，實際每環注漿量控制在 5.67～8.1m3/ 環，盾構注漿率取 1.4～2.0[4]。

2.4.6二次注漿

為了防止同步注漿漿液固結收縮以及注入不夠均勻等因素造成地表沉降過大，需要通過管片上預留注漿孔進行二次注漿，進一步填充管片與周圍土層空隙并形成密實的防水層，同時也達到加強管片襯砌結構作用。二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，具體配合比參數需根據現場實驗確定。二次注漿應壓注在較大空隙一側，主要由注漿壓力控制，注漿壓力控制在 0.3～0.6MPa，具體控制值還應根據隧道覆土厚度、地下水壓力及管片強度等進行準確設定。

圖7　地表沉降時程曲線

圖8　拱頂沉降時程曲線

3　后建隧道施工對地表及先建隧道影響分析

紅筍區間下線隧道于 2014 年11月8日開始從筍崗站掘進，至 2015 年1月10日貫通；上線隧道于 2015 年1月10日開始從筍崗站掘進，至 2015 年2月16日貫通。

為了監測疊交段上線后建隧道開挖對下線先建隧道的影響，本文選擇位于紅筍區間疊交隧道段下線第 20、23、26、30 環的監測數據進行分析。施工過程中對地表沉降、下線隧道拱頂沉降以及管片鋼筋應力進行監測，監測結果如圖 7～圖 9 所示。

（1）上線隧道盾構開挖后地表累計沉降最大值為28.7mm，位于地表沉降控制值范圍內。地表在盾構機到達前由于掌子面壓力有少量隆起，盾構機通過后沉降發展速率較大，后逐漸趨于平穩。

（2）各環拱頂沉降監測數據變化量較小，變化速率較慢，基本趨于正常，位于可控范圍內。

（3）管片鋼筋應力變化較為明顯，主要是受拉，第 20 環管片鋼筋累計受拉為 25.52MPa，最大變化為4MPa，第 30 環累計受拉為 28.69MPa，最大變化為2.38MPa；各環管片鋼筋最大拉應力狀態均發生在盾構機在上線隧道中推進至下線隧道管片對應位置時，隨后鋼筋拉應力逐漸減小，并趨于穩定狀態。上線隧道盾構機推進到下線隧道各管片相應位置時，盾構機自重及相關施工荷載導致下線隧道各管片鋼筋應力有所增加。盾構機繼續向前推進時，對下線隧道管片則存在一定的卸載效應，其鋼筋應力有一定程度減小，并最終趨于穩定。

圖9　管片鋼筋應力時程曲線

（4）以上各項監測數據分析表明，在對疊交隧道采取上述施工加固技術措施后，盾構機在上線隧道掘進的過程中，對地表沉降及疊交部分先期施工隧道管片結構均影響不大，管片受力也較均勻，均屬于可控范圍內。

4　結論

（1）地表沉降、先建（下線）隧道的拱頂沉降以及其管片鋼筋應力，均隨著盾構機在后建（上線）隧道中的位置變化而變化，最大值均發生在盾構刀盤到達其相應位置時，且隨著盾構機推進而逐漸減小，并趨于穩定。

（2）采取夾層土體注漿加固，先建隧道內增設移動液壓支撐臺車、管片襯砌結構及連接螺栓加強，以及后建隧道盾構掘進參數控制等技術措施，可有效控制后建隧道盾構推進過程中先建隧道管片變形和地表沉降。

（3）后建隧道由于盾構機自重及相關施工荷載會對先建隧道產生擠壓作用，后建盾構通過后對先建隧道襯砌結構存在一定的卸載作用。

（4）監測數據表明該工程所采用的技術措施合理、有效，可為以后類似工程的設計、施工、監測提供參考。

參考文獻

[1] 王建山. 羅湖—國貿區間重疊盾構隧道施工[J]. 施工技術，2008，37（9）.

[2] 李曉霖，郭婷，惠麗萍. 小間距平行盾構隧道施工的反分析研究[J]. 地下空間與工程學報，2014，10（3）.

[3] 張明聚，趙明，王鵬程，等. 小凈距平行盾構隧道施工先行隧道管片附加應力監測研究[J]. 巖土工程學報，2012，34 （11）.

[4] 宋天田，周順華，徐潤澤. 盾構隧道盾尾同步注漿機理及注漿參數的確定[J]. 地下空間與工程學報，2008，4（1）.

責任編輯 朱開明

Design and Construction Technology of Superimposed Tunnel with Small Clearance Distance in Metro Sections

Liu Haizhi, Ye Jianzhong, Fu Yanjun

Abstract:The construction of small clearance distance superimposed tunnel mainly faces the influence of the tunnel structure and the two major problems caused by the superposition of the ground surface settlement caused by the construction of the tunnel. Taking section works between Hongling North station and Sungang station on Shenzhen metro line 7 as an example, the paper discusses the grouting reinforcement on the superimposed tunnel layer soil, describes the fi rst step to use mobile support trolley in the fi rstly excavated part in the tunnel， and to start segment lining structure for strengthening, to use control technology and other technical measures in the latter excavated shield tunnel advance period, effectively control deformation of segment lining and earth surface settlement to achieve the desired effect.

Keywords:metro, superimposed tunnel, construction technology

中圖分類號：U455

基金項目：浙江省科技計劃項目（編號：2014C33054）

作者簡介：劉海智（1988—），男，工程師

收稿日期2016-01-22