復雜地質條件下重疊隧道進洞施工技術

陳曉忠

（中鐵十八局集團有限公司 天津 300459）

1 工程概況

天津地鐵5號線土建施工第15標段包括津塘路站、成林道站-津塘路站區(qū)間、津塘路站-大直沽西路站區(qū)間，共1站2區(qū)間。其中，成林道站-津塘路站區(qū)間，為左右線上下重疊設置，右線全長1 348.535m，左線全長1 348.235 m，最小凈距2.28～9.17 m，最大縱坡為24.579‰，接收端最小覆土5.16 m。采用2臺鐵建重工ZTE6410土壓平衡盾構施工，均從津塘路站向成林道站推進，成林道站盾構接收井為上下重疊設置，位于負一層和負三層。加固區(qū)附近無建筑物，管線已切改至加固區(qū)以外，離東風立交橋橋樁最近16m。區(qū)間隧道進洞段平面如圖1所示。

圖1 進洞段盾構隧道平面

下部隧道進洞段土質為⑧1、⑨1粉質黏土和⑨2砂質粉土，其中⑨2砂質粉土占下部隧道盾構斷面的90%，隧道中心標高為-22.415 m；上部隧道進洞段土質為③1、⑥1粉質黏土和⑥6粉質黏土，隧道中心標高為-6.245 m。接收端地質剖面如圖2所示。

圖2 進洞段地質剖面

2 施工方案及技術措施

2.1 下部隧道盾構進洞技術

因上、下部隧道盾構為重疊隧道，且位于同一垂直斷面，故下部隧道盾構的進洞將直接影響上部隧道盾構的進洞安全。為保證富水軟弱地層盾構進洞施工安全，采用垂直凍結加固土層＋鋼筋混凝土明洞接收施工［1-3］。

2.1.1 盾構進洞段地基加固

地層垂直凍結縱向加固長度為14.4 m，徑向加固范圍為隧道開挖工作面及開挖輪廓線以外3 m，凍結孔縱向分為3排，共45個凍結孔和4個測溫孔。凍結孔布置如圖3所示。

圖3 下部隧道進洞段凍結加固

積極凍結時間為35 d，凍結帷幕交圈后，進入圍護凍結階段。圍護凍結期鹽水溫度為-28℃～-30℃，直到明洞砂漿回填完成［4-6］。

2.1.2 鋼筋混凝土明洞施工

根據盾構機和車站結構尺寸，在盾構接收井內施作長10.5m、寬7.75m、高7.81m、壁厚0.6m的混凝土箱體。混凝土箱體結構內鋼筋與盾構井結構植筋連接。箱體頂板預留兩個0.8 m×1.2 m檢修孔，在接收箱側墻預留6個注漿管，采用DN40鍍鋅鋼管，在鋼管周圍焊接150 mm×150 mm的止水鋼板，鋼管外部接一個球閥。接收箱體結構如圖4所示。

圖4 下部隧道鋼筋混凝土箱體（單位：mm）

打設水平探孔檢查冷凍效果，探孔無水后方可進行圍護結構自上而下分層分塊破除施工［7］。

2.1.3 冷凍管拔出和接收箱回填

圍護結構破除完成后，通過頂板預留口對明洞采用M1.5砂漿回填并振搗密實，砂漿配合比為水泥∶砂∶水∶粉煤灰∶礦粉∶減水劑∶防凍劑 ＝20∶1 000∶190∶355∶50∶5.1∶15.3。

回填完后，利用熱鹽水循環(huán)解凍凍結管，然后拔除凍結管，砂漿回填管孔用雙快水泥封堵。整個冷凍管拔出時間控制在20 h以內。

2.1.4 盾構接收

盾構接收箱中接收與盾構機正常掘進一樣，根據監(jiān)測數據及時調整土倉壓力、注漿壓力及注漿量。接收過程中盾構機刀盤要保持時刻轉動，防止凍住。

盾構進入明洞后，及時通過管片注漿孔進行注漿。漿液采用雙液漿，加固范圍為進洞段10環(huán)管片（采用多孔管片），每環(huán)多次、反復補注，以徹底封閉管片與洞門間的空隙［8］。

盾構機進入明洞并完成盾尾注漿封閉后，檢查滲漏水情況。止水效果合格后，先拆除靠近端墻處的部分頂板，逐層開挖破除端墻，預先配備洞門封堵鋼板，鋼板上配置球閥，直至整個洞圈封堵完畢。

2.2 下部隧道加固技術

2.2.1 重疊隧道土體加固技術

為了增強隧道間土體的抗壓、抗剪能力，減小運營隧道沉降，確保重疊隧道的施工和進洞安全。對上、下隧道間所夾土體進行注漿加固處理。加固完的土體具有均質性、獨立性，加固體無側限抗壓強度不小于0.8 MPa，滲透系數應小于1×10-7cm/s。

注漿有效加固厚度不得小于3 m。加固范圍為：上下隧道凈距小于等于0.5D，加固范圍為管片外3 m；上下隧道凈距大于0.5D，加固范圍為管片外3 m；重疊隧道過渡段L（左右線中心線距離）小于2D，加固范圍為管片外3 m。注漿加固范圍如圖5所示。

圖5 重疊隧道夾層土體加固（單位：mm）

注漿采用鋼花管分層后退式注漿加固工藝，采用雙液漿→單液漿→雙液漿交替的注漿方式，以單液漿為主。采用雙液漿控制漿液的擴散范圍及漿液的流失，采用單液漿保證填充密實度和加固分層［9-10］。

總體注漿原則由上至下，同一襯砌環(huán)內不同注漿孔的注漿保持對稱平衡。下線隧道全斷面注漿順序按底部→兩側墻→頂部，半斷面注漿先兩側后洞頂；上線隧道按先兩側后洞底，兩側對稱的方法對稱注入。隧道縱向注漿順序采取隔環(huán)跳打的方式，側墻注漿孔采用“W”形式注漿（即左側注完后注右側）。注漿壓力為0.5～1 MPa。

根據不同斷面地質情況選取平均值計算注漿量：Q＝V×n×α×β（Q為注漿量；V為加固土體體積；n為孔隙率；α為填充系數，黏性土取0.8，砂性土0.9；β漿液消耗系數，黏性土取1.1，砂性土取1.2）。同時結合監(jiān)測數據，選擇最佳注漿參數與注漿量。單孔注漿量每次控制在1.5 m3之內。

注漿量和注漿壓力雙控。當達到以下條件之一時應停止注漿：當管片結構收斂達到10 mm、隧道上浮、管片錯臺及出現裂紋或地面隆起5 mm時；注漿口壓力維持在1.0 MPa，維持時間較長，漿液難以注入時；單孔進漿量達到平均設計壓漿量的1.5～2倍，且進漿量明顯減少時；出現其他監(jiān)測數據報警時。

2.2.2 重疊段先建隧道加固技術

為降低盾構機自重及掘進過程對下線隧道的影響，保護下線已建隧道。在下線隧道內，上線盾構機工作面前后一定范圍內加設可拆卸環(huán)形鋼支撐系統(tǒng)。

內支撐系統(tǒng)采用Ⅰ型鋼支架與Ⅱ型鋼支架縱向交錯布置。每環(huán)管片設置2道鋼支架（管片中心對稱布置），每道環(huán)縫設置1道鋼支架。Ⅰ型和Ⅱ型鋼支架凈距為40 cm，間隔交叉布置。鋼環(huán)支撐示意如圖6所示。

圖6 重疊隧道鋼環(huán)支撐

支撐長度為上線盾構機掌子面前方30～40 m、后方80～90 m范圍內。支撐加固范圍如圖7所示。

圖7 重疊隧道支撐鋼環(huán)加固范圍

2.3 上部隧道盾構進洞技術

上部隧道采用地面攪拌＋旋噴包角加固二次進洞接收施工。

2.3.1 上部隧道接收鋼平臺施工

在下部隧道盾構完成進洞并吊運退場后，在上部隧道盾構到達之前，必須搭設鋼平臺，以滿足上部隧道盾構進洞需求。鋼平臺搭設在接收井原下部隧道盾構基座的位置上，鋼平臺下部有4排共16根φ800鋼管柱支撐，輔以 10型鋼剪刀撐增強整體性。φ800鋼管柱支撐頂部為雙榀56號工字鋼，工字鋼上部為雙榀18號H型鋼，再在18號H型鋼上鋪20 mm厚鋼板，盾構接收托架安放在鋼板上。上部隧道接收平臺如圖8所示。

圖8 上部隧道接收平臺（單位：mm）

2.3.2 盾構進洞段地基加固

上部隧道左線采用地面攪拌＋旋噴包角加固接收段土層。地面攪拌加固范圍長度為11 m，結構頂部、兩側3 m及底部3 m的區(qū)域。結構上部3 m以上區(qū)域采用弱加固的加固方式，加固體指標qu28≥0.8 MPa，滲透系數不大于10-7cm/s。

地面攪拌加固采用樁徑φ850@600的三軸攪拌樁機施工，水泥摻量25%，弱加固區(qū)（空樁）水泥摻量8%，梅花形布置，采用兩攪兩噴方式加固。

攪拌樁加固區(qū)與地下連續(xù)墻之間的縫隙（預留400～600 mm寬）采用兩排φ800@400三重管雙高壓旋噴樁施工填補，同時在端頭井角部和攪拌樁加固區(qū)角部相接處各設置4根高壓旋噴樁進行包角處理。

2.3.3 上部盾構二次接收施工

上部盾構推進土壓力以平衡狀態(tài)土壓力計算為準，出土量控制在理論量的98%，掘進速度20～40 mm/min，勻速推進至加固區(qū)。同步注漿采用可硬性漿液，上線隧道注漿控制在理論孔隙值的150%～200%，注漿壓力不宜過大。

盾構仰俯角及隧道設計軸線坡度保持一致，接收基座安裝高度低于盾構機刀盤20 mm，采用工字鋼對接收基座前方和兩側進行加固。

洞門鑿除前在洞門范圍內打水平探孔檢測土體加固的滲水性，達到設計要求后分塊鑿除洞門混凝土，保證進洞時無障礙物［11］。

盾構進洞采用二次進洞工藝。當盾尾進入加固區(qū)，在加固區(qū)和土體進行環(huán)箍止水。在盾構切口距洞門50 cm時，將土倉內的渣土排空，使土壓力降到0。當盾尾約1.7 m留在洞圈內時，停止推進，完成第一次進洞，用弧形鋼板對洞圈進行封堵，用預留的注漿管壓注雙漿液。漿液壓注完畢，開始第二次進洞，直至盾構完全置于基座，再次用弧形鋼板封堵洞圈壓漿［12-13］。

3 施工監(jiān)測

為監(jiān)測進洞施工時對周邊環(huán)境的影響以指導盾構施工，在盾構推進方向上，沿隧道中心線每20 m布設1個沉降測量斷面，距離隧道軸線分別為2m、4m、6 m、12 m；以管線為基線，每15 m設1個觀測點。

監(jiān)測結果顯示每個沉降斷面的沉降曲線形狀基本一致，均為穿越隧道正下方土體擾動最大；管線沉降表現為中間大、兩端小，與盾構推進沉降槽的趨勢一致。穿越正下方土體由于疊加二次擾動，加大了沉降量。穿越時間為3個月，地面及管線沉降范圍均在＋10 mm～-30 mm，符合設計要求。

4 結論和展望

隨著城市建設的快速發(fā)展，城市地下環(huán)境也日益復雜，各大城市軌道交通網絡密度也進一步加強。受周邊環(huán)境條件的限制及規(guī)劃選線的經濟性要求，必然會面臨越來越多的重疊隧道盾構施工問題，這也對盾構隧道的施工增加了諸多挑戰(zhàn)。

本文對天津地鐵5號線成林道站-津塘路站區(qū)間隧道重疊進洞施工進行了詳細介紹，針對工程的特點和地質環(huán)境風險，采用一系列工藝措施順利完成盾構接收。監(jiān)測結果表明，整個施工過程對周圍環(huán)境的影響均控制在安全范圍之內。