盾構隧道交叉換邊施工關鍵技術研究

杜鵬

（中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司，上海200000）

1 引言

地鐵工程作為民生工程，已成為提高市民出行效率的主要方式，地鐵建設亦成為城市發展戰略中的重要組成部分。受各種條件影響，地鐵建設過程中勢必面臨更多交叉換邊隧道施工。但在砂卵石地層中盾構隧道交叉換邊施工技術經驗仍然有限，因此，在地鐵盾構法施工中，如何安全通過交叉換邊區域，成為施工單位需要面臨和解決的新課題。

2 工程概況

本工程位于成都市三環附近，地勢較低，常年地下水位為2.8 m，隧道周圍地層含豐富地下水，盾構隧道洞身主要穿越砂卵石層。簇錦站—華興站盾構區間左線全長1 092.546 m，右線全長1 339.872 m，隧道最小覆土埋深約5.6 m，最大覆土埋深約19.4 m。盾構始發車站為華興站，線路在YDK3+423~YDK3+570處交叉重疊，交叉重疊區域位于成雙大道北路，左線從右線上穿過，線路在YDK3+496處完全重合，交叉區域全長為147 m，交叉換邊區域左線隧道與右線隧道最小距離為3.93 m（里程為YDK3+500),最大距離為6.136 m（里程為YDK3+560)，交叉換邊示意圖如圖1所示。

圖1 交叉換邊示意圖

3 交叉換邊施工技術

3.1 地面注漿加固

3.1.1 地面注漿加固范圍

盾構機通過前，根據現場實際情況，對交叉換邊區域進行預加固注漿。地面注漿加固長度范圍為交叉重疊中心點前后各100 m，同時注意避開地下管線和構筑物，寬度范圍為左右線隧道中心線范圍內且大于左線隧道外輪廓1.5 m，深度范圍為卵石層至右線隧道頂部[1]。

施工中實際位置可根據現場管線或者構筑物具體走向及注漿效果進行調整。地面注漿加固范圍如圖2所示。

圖2 地面注漿加固范圍示意圖

3.1.2 地面注漿加固方式

盾構隧道穿越交叉換邊時，先施工下行線路（右線），再施工上行線路（左線）。為保證左右線隧道的施工安全，對交叉換邊范圍內地面區域采用潛孔鉆機鉆孔，插入內徑為76 mm的袖閥管進行注漿加固，其間距為1.5 m呈矩形布置，地面袖閥管注漿采用3次注漿方式進行加固，第一次注漿：右線盾構穿越前，加固范圍內奇數孔位；第二次注漿：左線盾構穿越前，加固范圍內剩余偶數孔位，隔一留一；第三次注漿：左線盾構穿越后，加固范圍內最后剩余孔位[2]。

3.1.3 地面注漿參數

漿液采用純水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5~1.2 MPa，注漿過程中適當調整注漿位置和壓力并記錄好注漿時間和單孔注漿量。注漿后，立即采用快凝水泥封堵住漿孔。實驗人員對加固后土體取樣，收集數據，加固土體強度大于1 MPa，如土體加固效果不好，須在周邊鉆孔補注。

3.2 盾構掘進控制

右線盾構掘進過程中根據實際地質情況適當調整掘進參數，為左線盾構通過交叉換邊提供指導性掘進參數。右線采用鐵建重工盾構機、左線采用羅賓斯盾構機。

1）掘進控制參數如表1所示。

表1 盾構機掘進參數取值

2）掘進中，及時控制盾構掘進方向，及時進行掘進糾偏，調整好掘進狀態。采用操作分區油缸和楔形管片控制掘進方向，通過人工測量和激光自動導向系統來檢查盾構機的姿態。實際施工中進行糾偏，應勤糾、緩糾，保證掘進施工迅速、連貫，杜絕強行糾偏[3]。

3）在掘進時應對土倉內的土進行改良，并嚴格控制出碴量。渣土改良采用泡沫劑+水的混合液，掘進時每環泡沫劑用量取100～120 L，并根據渣土性狀加入適量的水。如掘進困難可適當向土倉內添加膨潤土，改良土體的和易性。

4）盾構出土量采取體積與質量雙控的模式進行管理，盾構掘進過程中嚴格控制出土量，實際推進出土量控制在56 m3/環。

5）同步注漿采用水泥、砂子、膨潤土、粉煤灰和水的混合漿液，初凝時間控制在6 h，結實率大于95%，終凝強度不小于3 MPa，注漿壓力為0.2~0.4 MPa，注漿量不小于6 m3。

6）為盡量降低左線盾構機在穿越交叉換邊時對右線成型管片的影響，右線管片采用配筋加強環并對管片螺栓進行3次擰緊措施，將左線盾構掘進過程中產生的力大部分卸載到型鋼支撐上，通過型鋼支撐來保護右線成型管片。

3.3 洞內二次注漿

盾構掘進過程中通過管片對隧道周圍2 m范圍內進行洞內二次注漿，注漿加固區域為隧道接近交叉換邊前后各100 m、隧道頂部180°范圍。通過管片中心吊裝孔進行注漿，從低點位到高點位交叉進行。不宜距盾尾太近，以免漿液凝固損壞尾刷，在刀盤上結泥餅，一般距盾尾4環以外位置處。二次注漿采用單液漿，注漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力控制在0.2~0.4 MPa，穩壓時間2~5 min。

3.4 型鋼支撐

隧道區間先施工右線，再施工左線，右線管片采用加強配筋管片；左線盾構掘進時在右線隧道（下行線路）交叉換邊前后50 m范圍內設置臨時型鋼支撐。型鋼支撐間距為1.5 m，詳見圖3。

圖3 型鋼支撐加固圖

洞內型鋼支撐加固技術要求如下：

1）洞內型鋼支撐加固過程中，HW250 mm×250 mm和HW200 mm×200 mm連接架采用10#槽鋼進行連接。

2）立桿HW250 mm×250 mm采用40 a槽鋼進行連接穩定加固。

3）支撐中均采用M16高強螺栓進行連接。

4）洞內型鋼支撐加固在左線穿越交叉換邊前必須加固完成。型鋼支撐與管片接觸面加設300 mm×300 mm×20 mm鋼板，在鋼板與管片間設10 mm的橡膠墊保證管片與鋼板為柔性接觸，減小左線盾構機掘進過程對右線成型管片的影響。

5）當左線盾構機順利通過交叉換邊區域及監測數據穩定后，方可對右線隧道內的型鋼支撐進行拆除。

4 施工監控量測

在左線盾構機掘進穿越過程中，盾構機不可避免會對周圍土體產生擾動和擠壓，周圍土體的內應力隨之發生變化，土體內部失去應力平衡，使得周圍土體發生隆沉、位移變形，如該變形量達到一定的數量就會影響到右線隧道、管線及地面的安全。所以在盾構掘進施工過程中必須監測并控制右側隧道、管線及地面的變形量，從而實現施工過程信息化，確保交叉換邊區域的施工質量和安全[4]。

4.1 監測內容及標準

監測內容及標準如表2所示。

表2 監控量測表

4.2 監控量測數據分析

按照規定的監測頻率、標準，對管片及地表進行監測并進行數據分析，左線盾構（上行）在重疊段掘進期間，地表沉降單日最大值為8 mm，累積沉降量為28 mm，右線（下行）管片拱頂沉降量單日最大值為3 mm，累積沉降量為15 mm；左線盾構通過交叉換邊重疊段后地表沉降量累積為42.52 mm，拱頂沉降最大值為18 mm。

5 結語

隨著城市地鐵交通的快速發展，盾構隧道施工難度將越來越大。實例工程中盾構隧道區間通過先施工下行線路，再施工上行線路,下行隧道設置臨時型鋼支撐，掘進過程中調整盾構掘進參數，地表、洞內注漿加固以及施工監控量測等技術措施，解決了地鐵隧道近距離的交叉換邊盾構施工難題。但在施工過程中仍有局部沉降值超過標準要求，施工經驗有待進一步總結提高。