地鐵區間隧道超薄覆土下大直徑盾構始發與接收技術

汪 鋒，葉至盛，王世豪，周顯剛，李 圍

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 650004；2.中國電建集團鐵路建設有限公司，北京 100044；3.上海同隧土木工程技術有限公司，上海 201306)

0 引 言

在城市地鐵區間隧道施工中盾構始發與接收存在涌水突泥甚至盾構機沉陷的安全風險，如2007年11月20日，南京地鐵二號線中和村站～元通站區間元通站右線南端頭盾構接收時發生滲漏事件，導致盾構機被埋于地面塌陷的土體中。為了穩定開挖面和確保周邊環境安全，盾構始發與接收都必須做好端頭加固工作。目前加固方法較多，有旋噴樁、深層攪拌樁、地表袖閥管注漿、素混凝土樁及水平注漿加固法和凍結法等[1]，常采用多種加固方法[2]、選擇合理的加固范圍[3]以及控制好盾構掘進的參數，方能保證盾構始發與接收的安全。

隨著我國城市地鐵的不斷發展，遇到了特殊條件的盾構施工技術難題，如富水砂層地鐵區間隧道盾構掘進[4]、城市地鐵區間盾構隧道超凈距下穿市政公路隧道的施工安全影響[5- 6]、盾構下穿運營隧道[7]、重疊隧道盾構下穿高鐵軌道群沉降控制[8]、深井下泥水盾構始發與接收[9]、富水砂層因極易發生涌水涌砂風險采用鋼套筒輔助[10]以及曲線區間盾構始發與接收[11]等。郭藝真以穗莞深城際鐵路太平隧道為依托，研究了淺覆土軟弱地層中曲線條件下土壓平衡盾構機的始發技術，提出了在淺覆土段堆土加載措施[12]，控制了管片的上浮量，確保了始發安全。

成都地鐵18號線工程土建4標天～龍區間大直徑盾構始發與接收段埋深淺，盾構機直徑為8.65 m、覆土厚度僅為4.1～6.8 m，盾構始發與接收對土體擾動大、盾構機掘進參數及姿態難控制、地面沉降坍塌等問題，超薄覆土條件下大直徑盾構始發與接收安全風險高，故開展“地鐵區間隧道超薄覆土下大直徑盾構始發與接收技術”的開發具有重要意義。

1 依托工程概況

成都地鐵18號線工程土建4標天府新站～龍泉山隧道進口段盾構區間沿線依次下穿東風渠河道、森瑞公司，含合江車輛段出入線兩個區間。左線起訖里程為YDK 39+628.570～YDK40+345.000、ZDK 39+841.000～ZDK40+345.500，左線全長504.500 m。右線起訖里程為YDK 39+628.570～YDK40+345.000、YDK 39+841.000～YDK40+345.500，右線長鏈為19.539 m，右線全長735.969 m。區間端頭覆土在4.1～6.8 m，如圖1所示。區間兩側主要為現狀農田、林地，山頭較多，地形起伏大。

區間場地覆蓋層均為第四系(Q)，地表多為人工填土(Q4ml)覆蓋，其下為全新統沖積(Q4al)黏土、粉質黏土、粉土、砂土及卵石土，上更新統冰水沉積、沖積(Q3fgl+al)砂土及卵石土，下伏基巖為白堊系上統灌口組(K2g)泥巖、砂巖，白堊系下統天馬山組-侏羅系上統蓬萊鎮組(K1t-J3p)泥巖、砂巖、礫巖。

區間設計時速140 km/h，區間隧道內徑7 500 mm，隧道外徑8 300 mm，管片厚度400 mm，管片寬度1 500/1 800 mm。采用中國鐵建重工集團有限公司研制的ZTE8600土壓平衡盾構機施工，其刀盤直徑8.65 m，主機不包含螺旋機長度為10.5 m、包含螺旋機長約16.5 m，盾構機及其后配套全長114 m。

2 超薄覆土盾構始發與接收技術

2.1 地面袖閥管注漿加固

在始發與接收端頭從地面采用￠50袖閥管對土體進行注漿加固，加固范圍為左右線始發井端頭10 m×10 m、深度為16～19 m(要求到隧道底部以下3 m以上)，袖閥管間距2 m×2 m、梅花型布置。采用水泥漿液，水灰比0.8∶1～1∶1，注漿壓力0.3～0.5 MPa。采取分段式注漿，每段注漿長度為注漿步距。開口鋼管長度為注漿步距長度，這樣可以有效地減少地層不均一性對注漿效果的影響。注漿過程中，每段注漿完成后，向上或向下移動一個步距的芯管長度，宜采用提升設備移動或人工采用2個管鉗對稱夾住芯管，兩側同時均勻用力，將芯管移動，每完成3～4 m注漿長度，要拆掉一節注漿芯管。注漿結束后，在注漿管上口蓋上悶蓋，以便于復注施工。加固28 d后對地層進行取芯抗壓試驗，其無側限抗壓強度應不小于1 MPa方滿足加固要求，若不滿足應進行補注漿。

2.2 端頭地層換填

盾構始發與接收影響范圍內端頭采用C15素混凝土換填，其上面部分地層采用摻6%水泥的砂卵石回填并分層夯實，如圖2所示，回填需滿足盾構始發與接收機械設備對地層承載力的要求。

圖2 端頭地層換填(單位：m)

表1 盾構掘進參數控制

2.3 洞門大管棚超前加固

通過對始發與接收段地層分析后提出端頭洞門大管棚加固方案，如圖3所示。采用直徑為108 mm的大管棚，長度為15 m，環向間距為350 mm，布置在拱部120°范圍，每個洞門共布設28根。洞門大管棚施工過程中嚴格把控施工質量，確保采用大管棚加固端口洞門的效果達到預期要求，現場施工照片如圖4所示。

圖3 洞門大管棚超前加固(單位：mm)

2.4 盾構掘進參數控制

盾構掘進參數控制值列于表1中，保證掘進施工中姿態正常、盾構機可控，平穩完成始發與施工。盾構掘進速度控制在10～20 mm/min，并根據監測結果和出土情況進行調整。盾構機水平姿態控制在±20 mm，垂直姿態控制在前點-20～-10 mm，后點-25～-45 mm。采用泡沫劑進行渣土改良，原液比例為2%，流量調整至450～500 mL/min，刀盤加水和土艙加水相結合，確保渣土和易性。實際出土體積與理論體積誤差量應控制在±3%以內，在掘進過程中，嚴格控制每環的出土量，并作好記錄。

圖4 大管棚施工

同步注漿量每環至少在8.4 m3以上，注漿點位以上部1點和6點為主，中間2點和5點為輔，下部3點和4點少量注漿。每m3同步注漿材料配比為水泥∶粉煤灰∶膨潤土∶砂∶水=230 kg∶320 kg∶90 kg∶1 000 kg∶480 kg，注漿壓力0.1～0.2 MPa。

二次注漿每兩環注一次，根據管片姿態、監控量測結果和同步注漿量來確定注漿量和選擇注漿點位。二次注漿選擇雙液漿，其中水泥漿液的水灰比1∶1、水玻璃與水混合液的配比1∶1，水泥漿液和水玻璃與水混合液的配比為1∶1(體積比)。二次注漿如圖5所示，壓力控制在0.2～0.3 MPa，其凝結時間25～40 s。盾構機掘進至盾尾進入洞門約5 m時，及時進行洞內管片壁后注漿，壁后注漿直至上部管片開孔有漿液冒出后，封閉管片開孔，保證隧道內壁后漿液填充飽滿，防止洞門漏水、滲水。

3 技術應用效果分析

3.1 地面監測結果

采用電子水準儀對始發及接收端頭地面進行了實時監測，最大沉降為2.9 mm，確保盾構機在穿越淺覆土時地面沉降在可控范圍以內，保證盾構機順利始發與接收。

圖5 二次注漿

3.2 經濟效益分析

該技術減少洞門破除施工工序，每個洞門破除需3天，每天18人，共8個洞門，節省人工費8×3×18×300元/天=12.96萬元，節省機械費3×8×3 000元/天=7.2萬元。每個洞門提前1天時間完成洞門封堵，每天盾構平均掘進10.8 m，節省盾構租賃費8×11 000元/m×10.8=95.04萬元。消耗材料費用17萬元，則總的經濟效益為98.2萬元。

4 結 語

針對超薄覆土下大直徑盾構始發與接收時地面沉降和盾構機自身姿態控制困難、風險高、易發生安全事故，為保證始發與接收的順利進行，確保施工進度、質量與安全可控，提出了采取地面袖閥管注漿加固、端頭地層換填、洞門大管棚超前加固和盾構掘進參數控制的措施，建立了地鐵區間隧道超薄覆土下大直徑盾構始發與接收技術。該技術有效地解決了地表沉降甚至坍塌的技術難題，加快了盾構施工速度，縮短了施工工期，降低了工程造價。同時，避免了人工破除洞門產生的安全隱患，保證隧道管片壁后漿液飽滿，確保了施工安全，為今后類似工程提供技術指導。