湖泊下雙線隧道曲線段盾構相向平行推進施工技術研究

董遠響

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司,上海 200063）

0 引言

隨著經濟的發展，我國正在大規模地開展城市市政工程建設，尤其城市軌道交通建設更是如火如荼。盾構法以建設速度快、施工安全、對地面建筑及交通干擾小的優勢成為城市地下工程建設的首選[1]。

1 工程概述

1.1 工程概況

區間左線長1 912.772 m，右線長1 927.966 m，其中約1.3 km穿越陽澄湖，隧道距離陽澄湖底最小距離為10.2 m。受施工場地限制，左右線兩臺盾構機分別從中間風井小里程端和濟學路站大里程端始發，相向推進，平行交匯位置位于湖底半徑450 m圓曲線段，線間距約13.6～14.6 m，管片凈間距為7～8 m。交匯停機時，兩盾構機刀盤相距30環，右線（內隧道）掘進至315環，線路處于7.791‰下坡階段，左線（外隧道）掘進至1 219環，線路處于7.662%上坡階段。盾構施工平面示意圖如圖1。

圖1 濟學路站～中間風井區間盾構施工平面示意圖

1.2 水文地質條件

交匯段地層自上而下主要為：③1黏土、③2粉質黏土、③3黏質粉土、④2粉砂夾粉土、⑤1粉質黏土、⑥1粉質黏土、⑥2粉質黏土。交匯停機位置盾構機所處土層為⑤1粉質黏土層、⑥1黏土（少量），交匯段地質剖面圖如圖2。左右線交匯時盾構機停機位置地下水對盾構機施工影響較小，上部陽澄湖水深約2.4 m，隧道頂距離湖底距離約10.4 m。

圖2 交匯段地質橫剖圖

2 重難點分析

（1）針對盾構曲線段相向平行推進特殊的施工方法，如何減小交匯段隧道間的相互影響，防止管片產生橫向位移和盾構機姿態變化，是一項難點。

（2）交匯位置位于徑450 m圓曲線段，確定內外兩條拐角隧道的推進順序，是一項重點。

（3）曲線段兩盾構對穿施工，交匯段中部土體應力場將產生交錯和重疊現象，易使中間土體不穩定，導致出土量及土體穩定變化，出現中間土體空洞及地面坍塌狀況[2]，因此減少對土體的擾動也是一項難點。

（4）交匯施工可能導致洞內測量基座擾動，影響盾構掘進測量精度，造成測量數據偏差較大，確保對穿施工測量基座穩定，是一項重點。

3 盾構湖底曲線段相向平行推進施工技術

3.1 總體方案

為降低盾構施工時的雙向疊加影響，在左右線兩臺盾構機刀盤相隔30環時，右線（曲線內側隧道）隧道一臺盾構先停機保壓，左線（曲線外側隧道）隧道盾構勻速推進，當兩盾構機盾尾錯開10環后，內隧道盾構復推，完成平行交匯施工，平行交匯示意圖如圖3。

圖3 平行交匯施工示意圖

3.2 測量準備

（1）交匯施工里程復測。在兩臺盾構機交匯施工前，內隧道盾構機停機后需對兩臺盾構機的里程進行復測。復測所用的控制點需從地面業主交樁的大網平面及高程控制點傳遞至隧道內進行復測，為盾構交匯段的掘進和繪制掘進動態圖提供依據。

（2）管片姿態及錯臺測量。內隧道盾構停機后，對停機隧道管片姿態及錯臺初始值進行測量，以便和交匯時的測量值進行對比分析，判斷外隧道盾構機推進的擠壓力及單側卸載后地層的反作用力對內隧道的影響情況。

3.3 內隧道盾構停機風險控制

（1）盾構機交匯區段隧道頂部為④2粉砂夾粉土，下部為⑥1粉質黏土，典型的上軟下硬土層，且盾構處于湖底，湖底水系發育，局部缺少隔水的黏土層。考慮盾構機停機期間盾體可能輕微上漂，盾構停機姿態略微低于設計高程，高程控制在切口-15 mm，盾尾-20 mm；水平姿態與設計軸線偏差控制在±10 mm，且切口與盾尾偏差不大于10 mm，在盾構機到達預停機位置前10環時開始進行姿態的調整。

（2）盾構機停機前1環，減小泡沫劑的注入量控制進入倉內的氣泡量，同時減少出土量。停機后螺旋內的渣土反旋到土倉內，并向土倉內注入適量優質鈉基膨潤土，充分攪拌使膨潤土漿液能夠與倉內渣土混合均勻，氣泡散發，增加土倉內實土體積，使盾構機頂部土倉壓力宜比理論壓力高0.01～0.02 MPa。如土倉壓力下降低于警戒值時，則向土倉內注入膨潤土泥漿，從而緩慢升高土倉壓力至設定值，避免交匯施工停機過程中土壓減小，造成刀盤前掌子面坍塌[3]。

（3）針對該項目盾構長距離下穿湖泊和相向平行推進，兩臺盾構機均在螺旋機入土口處安裝前端手動閘門，并且盾尾采用加長設計，設置4道盾尾刷設計（3道采用鋼絲刷，1道為鋼板刷），停機后及時關閉手動閘門。在最后一環外弧面采用特制弧形鋼板插入管片迎千斤頂面，用千斤頂頂住，確保停機階段盾尾密封安全，防止停機時螺旋機和盾尾滲漏。

3.4 外隧道盾構掘進參數控制

外隧道盾構掘進對土體的擾動破壞了土體原始狀態，隧道周圍的土體應力會重新分布，引起周圍地層的位移，會對內隧道和湖底產生影響。根據盾構掘進時兩盾構機間的距離，將影響區劃分為一般影響區（兩盾構機刀盤相距30環到刀盤相遇區段）和重疊劇烈影響區（刀盤相遇到盾構機盾尾相距10環區段），外隧道盾構在不同區段掘進時必須嚴格控制推進參數，避免對地層擾動過大。

（1）土壓力：合理設置土壓力，土倉壓力應能與地層土壓力和靜水壓力平衡，并根據監測數據及時調整土壓力值，以減少對土體的擾動。交匯段上土壓控制值為0.18～0.19 MPa，停機時土壓增0.01～0.02 MPa。

（2）推進速度：在盾構機交匯施工時應放慢推進速度，保持均勻、穩定，減小對土體的擾動。一般影響區推進速度控制在30～40 mm/min，重疊劇烈影響區速度控制在20～30 mm/min。

（3）出土量：理論計算出土量為每環43 m3，交匯重疊區域按照理論出土量98%控制，每環不大于出土42.5 m3。

（4）同步注漿：同步注漿采用準厚漿，每環開挖空隙的理論計算值為2.1 m3，每環注漿量一般為開挖空隙的210%～240%，一般區段每環的同步注漿量控制在4.4 m3，劇烈影響區每環的同步注漿量宜控制在5 m3，同步注漿壓力控制在0.25～0.35 MPa，保證注漿飽滿。通過增加注漿量和控制漿液配比，提高了漿液質量，保證隧道周邊土體加固效果。為縮短漿液凝結時間，交匯段同步注漿漿液中每環添加50 kg速凝材料（通過現場試驗），同步注漿初凝時間宜在5～6 h。

（5）二次補漿：二次注漿采用水泥單液漿，從盾尾后5環開始，尤其注意靠近內隧道側二次補漿，交匯段二次補漿量宜為1.5 m3，補漿壓力控制在0.4 MPa以內，采用注漿量和注漿壓力雙控。

3.5 雙線曲線隧道盾構交匯防隧道偏移

（1）防止隧道管片出現較大錯臺。內隧道盾構機停機后，對交匯區段所有管片螺栓進行復擰，并對脫出盾構機盾尾前10環管片采用拉緊條拉緊，增加抵抗力。避免管片間出現較大錯臺，同時在管片縱向縫處粘貼錯臺便捷觀察貼，方便觀察管片錯臺情況，及時調整外隧道盾構推進參數。

（2）防止隧道軸線偏移。曲線段盾構交匯隧道間的相互影響主要為盾構推進擠壓作用及盾構開挖卸載地層的反作用力。交匯施工時在采用同步注漿和二次注漿提高周邊土體強度的基礎上，在兩刀盤相距50時，同時對兩隧道盾尾后管片打環箍，每5環打一環環箍，外隧道推進時同樣每5環打一環環箍，在管片背后形成止水環，同時對管片取到支撐作用，防止隧道軸線偏移。

（3）盾構相向掘進過程中，對停機區間的隧道軸線偏差進行測量，每掘進2環測量一次。

4 相向平行推進監測結果

（1）管片錯臺量。雙曲線隧道盾構相向平行推進時，對交匯區段內隧道285～314環管片錯臺進行監測，管片錯臺變化情況見圖4。內隧道復推后，對外隧道1 245～1 260環管片錯臺進行監測，管片錯臺情況見圖5，其中管片錯臺變化最大值為2 mm。

圖4 內隧道管片錯臺變化

圖5 外隧道管片錯臺變化

（2）隧道收斂。相向平行推進交匯期間，由于隧道上方為陽澄湖，地表監測點無法布設，在右線（內隧道）260環至310環能通視的所有環布置隧道收斂測點，監測數據見表1。實施完成，相向平行交匯施工效果良好，實踐表明：

表1 內隧道收斂

（1）湖底曲線段兩盾構相向平行推進，在兩臺盾構機刀盤相隔30環時，內隧道盾構先停機保壓，外隧道盾構勻速推進。當兩盾構機盾尾錯開10環后，內隧道盾構復推，完成平行交匯施工，是安全可行的。

（2）盾構曲線段相向平行交匯施工時，停機盾構機土倉壓力宜增加0.01 MPa，推進盾構機速度宜在20～30 mm/min。

（3）對內隧道停機的盾構機盾尾的前10環管片采用拉緊條拉緊，每5環打一道環箍對管片進行支撐，對減小兩臺盾構的相互影響是有效的。

（4）在中心線間距大于13.6 m時，做好同步注漿、土體改良工作。設置合適的土倉壓力，控制盾構掘進姿態、掘進速度和出土量，兩臺盾構湖底下曲線段相向平行施工，相互影響較小，交匯段成型隧道錯臺變化最大為2 mm，隧道收斂及拱底沉降情況良好。

監測數據顯示隧道收斂測點數據變化較為平穩，無數據突變情況發生，隧道收斂變化最大為SLY306，累計變量為4 mm。

5 結束語

目前，盾構機湖底曲線段相向平行推進施工已順利