盾構重疊段施工技術

于 海 生

(中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

在現在城市軌道交通建設中，小凈距上下重疊盾構地鐵隧道施工案例越來越多，在施工過程中，由于先后成型隧道之間的相互影響，后建隧道在施工過程中，其受到的周邊荷載會發生顯著變化，從而引起內力和變形也隨之發生變化，增加了施工難度[1-4]。為盡量避免和減少對相鄰隧道的擾動和影響[5-7]，以武漢地鐵5號線復興路站—彭劉楊路站區間小凈距重疊段的盾構施工為例，總結該工程的實踐經驗，為今后類似工程的施工提供一定的參考價值。

2 工程概況

武漢5號線三標復興路站—彭劉楊路站盾構區間右線總長587.599 m，左線總長582.920 m，區間從復興路站始發，彭劉楊路站接收，右線區間覆土厚度10 m～15 m、左線區間覆土厚度8.3 m～11 m。區間隧道斷面主要穿越③-3淤泥質粉質黏土、③-4淤泥質黏土、⑩-1b粉質黏土層、⑩-2黏

土加碎石層，隧頂地質為③-1粉質黏土、⑩-2黏土加碎石層(見圖1)。

區間隧道在右DK12+300～右DK12+520里程范圍內為避開擬建市政隧道，線路上下錯開(左線在上，右線在下)，左右線隧道空間凈距小于0.7倍盾構直徑，重疊隧道段主要穿越⑩-2黏土加碎石及⑩-2b粉質黏土地層，左線隧道埋深8.3 m～10 m。

3 工程重難點

1)左右線隧道上下重疊間距小，空間凈距2.5 m，距離長，過渡段及重疊段(小于0.7倍盾構直徑)達220 m，線路左線650 m曲線半徑，右線700曲線半徑，盾構姿態控制困難。2)該隧道區間沿線穿越軟弱地層，其覆土淺，地面穿越大量棚戶區，且側穿首義師苑高層住宅，所以地面掘進時對沉降控制的要求異常嚴格。3)后建隧道在盾構掘進時將會造成沉降二次疊加，并對先建隧道結構造成影響。

4 施工部署

4.1 施工原則

為了能夠在盾構掘進的過程中減小對先建隧道管片結構的影響和沉降的二次疊加影響，采用“先下后上”的施工順序，同時右線(下線隧道)管片結構內設置臨時支撐體系以降低對既有隧道的影響，右線(下線隧道)盾構掘進必須超前掘進100 m。

4.2 施工步驟

總體施工步驟為：

1)右線隧道(下線隧道)盾構掘進；2)雙線隧道夾層土體注漿及洞內二次注漿加固；3)右線隧道洞內支撐臺車移動加固；4)左線隧道(上線隧道)盾構掘進；5)左線隧道二次注漿加固；6)右線隧道臨時支撐體系拆除。

5 盾構施工關鍵技術

5.1 盾構掘進控制技術

由于隧道處于軟弱地層且地面建筑物密布，盾構掘進參數嚴格要求。

1)參數控制。土倉壓力根據覆土厚度及各土層的物理特性計算確定，并結合地面沉降情況適當調整，以刀盤前方地面不隆起為土壓設置原則。左線(上線隧道)具體控制參數為0.10 MPa～0.12 MPa，刀盤轉速1.0 r/min～1.3 r/min，刀盤扭矩1 200 kN·m～1 500 kN·m；掘進速度20 mm/min～30 mm/min；總推力8 000 kN～1 000 kN。

2)出土量控制。以理論出土量為控制值，每環出土量偏差不超過2 m3，在盾構掘進過程中安排專人檢查出土量，嚴禁超挖、欠挖。

3)糾偏控制。盾構掘進糾偏原則為“勤糾、少糾”，掘進階段隧道軸線偏離設計軸線不得大于±50 mm，應避免大幅度的軸線糾偏動作。

4)注漿控制。根據地面沉降情況實時調整注漿量，同步注漿每環注漿量不少于6 m3。并且及時根據地表沉降及出土量情況進行二次注漿。

5.2 重疊段注漿加固措施

為避免上洞施工時破壞夾層土體的強度從而發生失穩、下沉現象，需要對右線(下線隧道)夾層土體也進行注漿處理。夾層土體注漿加固如圖2所示。

此段施工所用管片需增設注漿孔，每環增設20孔，注漿加固范圍為右線左上90°范圍內。管片外3 m線以內的土體，通過鋼花管向地層進行注漿，可有效提高土體強度。在重疊隧道范圍內，右線(下線)與左線(上線)施工時，均需對夾層土體進行注漿。

5.3 重疊段隧道管片

本區間管片環寬1 500 mm，厚350 mm；分兩種配筋，每一分段，取該段內最不利斷面的配筋作為該段的統一配筋，在重疊段隧道管片進行加強(鋼筋型號加強)，管片內側配筋由22 mm三級螺紋鋼加強為25 mm，管片外側配筋由直徑18 mm三級螺紋鋼加強為直徑20 mm，鋼筋數量未進行增添。

本區間，在重疊隧道范圍內管片為特殊設計，每片管片增設4個二次注漿孔，封頂塊不增加(K塊)，每環增設注漿孔數量為20個，可以有效的對重疊段隧道土體進行注漿加固。

5.4 洞內臨時支撐臺車加固

盾構隧道左線(上行隧道)隧道掘進過程中，必須對下行隧道(右線)隧道進行臨時支撐加固，液壓頂推移動臺車需要滿足以下要求：

1)可抵消左線在施工過程中盾體下方及右線管片產生的剪力；

2)能夠提高右線整體剛度，并減小下行隧道因負載盾構機重量而產生的垂直受力導致管片的彎曲變形；

3)能夠提供持續支撐，使得下行隧道影響范圍內的支撐不能卸力。

5.4.1支撐臺車主要技術參數

1)液壓系統為3套液壓站：頂推缸為柱塞泵兩套，頂推輪為齒輪泵一套；

2)頂壓橡膠輪液壓系統：液壓缸φ100 mm缸徑，行程150 mm/200 mm，環向支點為9點、3點、12點，雙輪結構，支點間距600 mm，單車雙輪為8×3=24組，5組為120組雙橡膠輪；11點、3點，支撐間距為1 200 mm，為單輪結構；液壓油缸：單車組16個油缸，5車×16=80個，單缸頂推力10 t，工作壓力12 MPa齒輪泵，系統壓力可調。

3)柱塞泵液壓系統為2套，主要為車組頂推缸配置，各車之間上下2組為4個油缸，4×4組=16個油缸，φ180缸徑，行程400 mm，由一套操作系統控制與操作；另一套液壓站為：a.后頂推缸兩組兩個油缸，φ180直徑，行程100 mm。b.后頂推三腳架采用液壓操作鎖軌，液壓缸直徑為φ100，行程160 mm，共計4組8個油缸。各φ180缸徑頂推力70 t，工作壓力22 MPa，壓力可調。

4)車組5套組，各車組長3.6 m，車間距1.2 m，合計總長22.8 m，車組結構相同。

5.4.2支撐臺車移動方式

該支撐臺車采用液壓油缸做車頂推，采用橡膠輪做隧道支點，能夠滿足隧道掘進300 m最小曲線段的施工要求。

1)整體頂推移動：由三腳支架后頂推油缸作為主推油缸，將整體五車組做不卸載頂推位移，每次頂推位移800 mm～1 000 mm。

2)分車組頂推移動：由第四車組頂推第五車組移動，如此三推四、二推三、一推二與后三腳架推一的方式進行不卸載頂推移動。洞內支撐臺車示意圖如圖3，圖4所示。

6 區間監測

6.1 隧道結構監測數據

小凈距右線隧道施工后，左線施工前，對右線隧道結構豎向位移、水平位移和凈空收斂進行監測。根據數據反饋調整盾構掘進參數，監測控制值及監測速率見表1。通過各項監測數據顯示，施工過程中以及掘進施工完成后，隧道結構未發現異常，滿足規范要求及設計要求。

表1 下線隧道內監測控制值及監測速率

6.2 地表監測

后建隧道盾構掘進時將會造成沉降二次疊加，線路穿越地層為軟弱地層，覆土淺，地面穿越大量棚戶區，側穿首義師苑高層住宅，地面掘進的沉降控制要求異常嚴格。根據數據反饋調整盾構掘進參數，監測控制值及監測速率見表2。

表2 監測控制值及監測速率

通過對重疊段隧道施工過程中及重疊隧道掘進施工完成后監測。地表沉降監測值如表3所示，制成地表沉降曲線如圖5所示。地表沉降值均符合設計要求。

表3 地表沉降監測值 mm

7 結語

本文以武漢地鐵5號線復興路站—彭劉楊路站區間小凈距重疊段盾構施工案例為背景，為使盾構掘進沉降的二次疊加得到有效控制，減少盾構掘進對先成型隧道管片結構的影響，隧道采取“先下后上”的施工順序，選用加強型管片配筋，夾層土注漿加固，洞內臨時支撐臺車加固，盾構掘進控制，施工期間跟蹤監測等手段，成功的實踐經驗和技術總結，為類似工程的施工提供了重要的參考價值。