盾構隧道上跨人防地道施工技術

于加云，齊成成，袁云輝

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

國內地下空間建設發展迅速，但由于城市發展前期未落實有序發展的規劃[1]，經常出現前期工程遺留障礙物的情況，給后續工程帶來較大影響。作為一種特殊地下建筑物，有工程技術人員針對盾構隧道遇到人防工程的案例進行了研究分析。黃洋[2]介紹了采用混凝土回灌填充廢棄人防工程；趙春生等[3]、張磊[4]介紹了礦山法破除人防工程再盾構空推的施工技術；張浩亮[5]、楊俊龍[6]進行了盾構下穿人防通道的沉降規律分析。本文以紹興地鐵1號線盾構隧道工程為背景，詳細介紹了盾構長距離復雜穿越既有人防工程的施工技術，相對于其他盾構隧道穿越人防工程，本工程需大范圍保留人防地道的使用功能及連通功能。

1 工程概況

紹興地鐵1號線塔山站—城南大道站區間約200 m上跨塔山人防地道。塔山人防地道建造于1978年，主要由橫跨解放南路的兩條主通道和沿南北向的連通道構成。見圖1。

圖1 隧道區間與人防地道位置關系

北側主通道1寬度約2.25 m，采用條石襯砌，與隧道凈距5.4 m，目前作為電纜通道使用；南側主通道3寬度約2.5 m，采用條石襯砌，存在積水、積泥現象，與區間隧底凈距1.5~4.9 m，目前出口封閉，呈廢棄狀態；南北連通道2寬度約4.5～6.0 m，均為中風化灰巖天然毛洞，20世紀80年代修建停滯，襯砌未施工，積水現象嚴重、局部深度約1 m，頂部局部有巖石坍落痕跡，與隧道凈距4.8～5.4 m。

上跨人防地道段隧道處于黏土層、強風化凝灰巖、中風化凝灰巖中，巖石飽和單軸抗壓強度28.1~61 MPa，基巖裂隙水豐富。隧道采用復合式土壓平衡盾構施工。

2 工程難點分析

地鐵長期運營過程中軌道振動對人防地道產生不利影響，如：條石襯砌在長期反復振動作用下有掉落的風險。此外，現場踏勘后發現人防地道所處地層雖然為中風化巖層，但所處位置為塔山腳下，地下水豐富，地道內積水、積泥現象嚴重且凝灰巖在長期水作用下易軟化、掉塊，存在安全隱患。

3 人防地道改造方案

在維持現有人防通道功能的基礎上，為確保地鐵及人防地道在全生命周期內處于安全狀態，提出以下方案：

1）北側主通道1目前兼做電纜通道處于正常使用期，為了減小地鐵施工、運營與人防通道的相互影響，需采取結構改造的措施進行加強；

2）南北連通道2需保留人防通道的連通功能，不得全部回填，需采取周邊填充中間預留通道的方式進行結構加固，預留通道寬度1.2 m；

3）鑒于南側主通道3地面出口封閉，使用功能已喪失，采取全部回填的方式進行結構改造。

3.1 北側主通道1

為防止原條石襯砌在長期振動作用下發生脫落，擬在洞內增加一道支護。基于現場施工條件，對比錨噴支護、模筑襯砌及鋼架支護：錨噴支護不具備掛網條件且錨桿施工擾動現有條石襯砌；洞內無法下放模筑襯砌機械設備。最終選擇采用鋼格柵+網片+噴射混凝土支護形式，人工配合小型卷揚機從洞口坡道內運入工程材料。

3.2 南北連通道2

南北連通道2洞內尺寸較小且不規則、拐角較大，不滿足施工機械進入條件；另外洞內已有較大范圍頂部巖體坍塌，需對洞內進行抽水并施工找平層，以滿足人工通行的基本需求。

為不影響人防地道的連通功能，采用Q235拱形鋼模板，壁厚6 mm、拱側壁寬度1.2 m、鋼模板單環寬1.5 m，節與節之間采用螺栓連接；鋼模板定位后，增設型鋼拱架并設置臨時支撐，以承受灌注混凝土的施工荷載；然后在地面引孔分段灌入C15混凝土。整個立模及澆筑工程需分段進行，每段長10 m，端部施作止漿墻，一段完成后，拆除臨時支撐及鋼模板，形成中間1.2 m寬預留通道后，再進行下一段施工。見圖2。

圖2 南北連通道2預留通道模板支護

具體施工工序：采用C15混凝土沿需填充的地道底鋪筑約200 mm厚素混凝土墊層，作為施工作業面；在需充填加固的地道最遠端砌筑封堵墻，防止跑漿、漏漿，封堵墻為磚砌結構，厚度300 mm；對地道加固區段按由遠及近的順序進行管節拼裝、骨料及注漿填充工作；分段施工完成后，進入下一工作段，直至改造工程全部完成。見圖3。

圖3 施工工序

3.3 南側主通道3

采用全斷面充填法進行加固，施工工序同南北連通道2。

4 盾構掘進參數控制

4.1 刀盤配置

針對復合地層和全斷面巖層施工，對刀盤和刀具進行了優化設計[7]。

刀盤為復合式，結構形式為輻條面板式，刀具可滾齒互換，整體刀盤開口率約40%。刀具配置：中心雙刃滾刀4把、單刃滾刀33把、正面齒刀23把、邊緣齒刀7把、仿行齒刀1把、切刀64把、邊緣刮刀16把、保徑刀8把、貝殼刀12把。

4.2 優化掘進參數

為防止盾構姿態在推進過程中發生較大偏差，降低盾構機推進速度：掘進速度為5～15 mm/min，刀盤轉速為1.2 r/min。根據地質情況、隧道埋深及地面監測情況進行及時調整平均土壓力，控制在0.12～0.15 MPa。

4.3 同步注漿及二次注漿

為保證空隙有效充填，防止人防地道發生較大變形，注漿壓力取值為0.25～0.35 MPa。注漿量控制在8～10 m3/環，根據實際情況調整。同步注漿速度應與掘進速度匹配，按每完成1環1.2 m掘進的時間來確定其平均注漿速度。采用注漿壓力和注漿量雙指標控制，即當注漿壓力達到設定值，注漿量達到設定值的85%。

同步注漿完成3 d后，采用探地雷達對注漿效果進行檢測，針對注漿不充盈的區域進行二次注漿補強。水泥漿采用P42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1；水玻璃采用42°Bé的溶液與水按1∶1.5進行稀釋。注入時水泥漿與水玻璃體積比為4∶1。

4.4 監控量測

盾構推進過程中，對地表及人防地道每天不少于2次監測，通過監測數據來調整盾構掘進參數。對于變形速率較大處，每4 h監測一次并及時進行二次注漿。

5 施工過程分析

5.1 計算模型

為驗證支護效果及盾構參數設置，采用大型有限元數值分析軟件MIDAS GTS對施工過程進行全面分析。見圖4。

圖4 工程模擬幾何模型

5.2 材料參數

區間管片材料采用C50混凝土，人防地道襯砌材料C15混凝土，鋼結構采用Q235B。根據地勘資料擬定模型各項參數，見表1和表2。

表1 土的物理力學參數

表2 材料力學參數

5.3 計算結果分析

分析步驟：初始模型建立，地應力釋放；結構加固模型建立，驗算施工荷載下加固結構受力；隧道掘進，分析掘進過程中的加固結構變形規律。

根據計算結果，南北連通道2支護變形最大，約1.4 mm；加固方案能滿足各階段施工安全。見圖5。

圖5 隧道完成后人防地道豎向位移

6 結語

通過紹興地鐵1號線盾構區間長距離復雜穿越人防地道的工程實例，結合現場環境、施工條件及人防功能等多方面需要，根據人防地道與盾構隧道的相互關系，提出了在維持既有人防使用功能的基礎上的采取支護加強施工措施及盾構掘進參數施工控制措施并對相關措施進行了分析，證明了施工技術的有效性，對后續類似工程有借鑒作用?！酢?/p>