昆明滇池沉積層近距離重疊地鐵隧洞盾構參數研究

楊公正

(中國鐵建十六局集團北京軌道交通工程有限公司，北京 101100)

城市地鐵中近距離重疊隧道，甚至是重疊隧道同時下穿既有大型建筑(如火車站)在國我較常見［1～3］，也積累了相對較成熟的施工經驗。而昆明地鐵修建較晚，目前針對昆明地區工程地質特征的地鐵盾構施工經驗較少，缺乏較系統的盾構經驗參數，重疊地鐵隧洞的盾構施工參數更少。該城市由于滇池的形成，及滇池形成后對當地氣候的影響，具有較獨特的地層結構特征，應對其進行針對性的盾構參數研究。本文以昆明地鐵環(環城南路)－昆(昆明火車站)區間為例，研究近距離重疊地鐵隧洞的盾構參數。

1 工程概況

昆明地鐵環～昆區間盾構機在昆明火車站站北端平行始發，在環城南路站南端重疊接收，區間上下重疊隧道的最小凈距為1.8 m，重疊隧道過渡段最小凈距為4.88 m。不同里程處左、右線隧洞位置關系如圖1 所示，隧洞凈距如表1。管片采用通用型襯砌管片，錯縫拼裝，內徑5.5 m，厚度0.35 m，外徑6.2 m。

圖1 左右線橫斷面相互位置關系

表1 環～昆區間左右線重疊隧道凈間距統計

2 工程地質特征

環城南路站～昆明火車站站區間場地人工填土層分布于全線，以雜填土為主，區間結構頂埋深8～15 m。表層的人工填土及淺部的新近沉積層厚度約1.2～6.0 m 不等。區間隧道盾構施工范圍內主要穿越圓礫層、粉土粉砂層及粘土層。滇池沉積層土體物理力學性質具有明顯的不均勻性。

地下水主要賦存于第四系圓礫土、粉土及含礫粉質黏土中，地下水多以潛水或上層滯水形式存在，局部具微承壓。在弱透水層中的地下水對混凝土結構不具腐蝕性;對鋼筋混凝土結構中鋼筋在干濕交替條件下不具腐蝕性;對鋼結構具弱腐蝕性。

地下水水位為地表下1.00～2.50 m，潛水位為圓礫層、粉砂層水位，該兩層含水層有水力聯系。受含水層層面起伏影響，微具承壓性。

該地質條件下地鐵盾構會具有以下難度:

(1)由于區間線路圍巖自穩能力較差，地下水量大，地下水位下的碎石類土易涌水、坍落，粉砂(局部為粉土)層易形成流砂，故需對重疊隧道盾構機出口工作井前后周邊土體采取土體加固措施，確保出口及頂部圍巖的安全。

(2)由于區間開挖面上廣泛分布有圓礫、粉砂及黏性土層，其中粉砂層流動性較好(可能形成流砂)，圓礫層次之，黏性土層差，易因流動速度差異、軟硬不均造成盾構在線路方向上的偏離，控制盾構姿態是施工難點。

(3)本區間為上下重疊近接隧道，兩隧道最小凈距為1.8 m，上層隧道的最小覆土為5.5 m，覆土較淺，洞間土體中大量分布流動性較好的粉砂層及圓礫層，施工難度高、風險大，施工中需考慮合理的施工順序，避免造成洞間土體的潛蝕、流砂、泥流及突涌現象。

3 盾構參數設置

借鑒國內其它城市重疊隧道施工經驗，結合我部對區間重疊隧道施工科學分析，選擇先施工下方隧道，在下方隧道變形穩定后，再施工上方隧道。具體施工步驟:下部右線隧道掘進施工→已建隧道周邊土體注漿加固→安裝架設臨時支撐→上部左線隧道掘進施工→左線隧道后期注漿加固。

3.1 管片配筋加強并增設注漿孔

由于左右線隧道最小凈距離僅為1.8 m，上部隧道掘進時會對下部隧道產生附加應力，而且長期運營中上部隧道的振動會對下部隧道產生不利影響，為保證下部隧道的強度，本部在環～昆區間隧道凈間距小于3m 處，都采用增設注漿孔管片，對右線隧道加大管片的配筋，重疊段采用增設孔管片。

3.2 重疊隧道盾構施工參數

上部左線隧道斷面主要為圓礫層、粉砂層，所以盾構掘進時土壓力的設定原則為:土壓平衡模式。考慮土層的松散系數，盾構掘進時的實際出土體積控制在48 m3，掘進過程中必須嚴格控制出土量，一旦有超挖現象，必須對該區段進行處理，包括二次補漿。地面沉降控制在－30 mm～10 mm。

同步注漿:我部盾構隧道管片拼裝后每環壁后理論空隙為2.61 m3，要求實際每環注漿量控制在4.7 m3以上，注入率180%以上，注漿壓力在0.35 MPa 左右，確保壁后空隙填充飽滿，減少地面沉降。

盾構機姿態控制:根據操作系統的電腦屏幕上顯示的圖像和數據，盾構機操作手通過合理調整各分區千斤頂的壓力，千斤頂編組及刀盤轉向來調整盾構機姿態，具體操作原則為:盾構機滾動角可以通過改變刀盤旋轉方向調節。

盾構機豎直方向(高程)放入控制:一般情況下，盾構機豎向軸線偏差應控制在±20 mm 以內，趨勢值控制在±4 mm以內，否則會引起盾尾間隙過小和管片錯臺破裂等問題。開挖面土體比較均質或軟硬差別不大時，盾構機應與設計軸線保持平行或適當抬頭。開挖面巖土軟硬不均時，為防止盾構機偏頭，可適當增加局部千斤頂推力。困難地段可考慮使用超挖刀，合理使用鉸接油缸，使盾構姿態與設計線路更加吻合。操作盾構機時，還應注意各組千斤頂的行程差不能過大。

盾構機水平方向(平面)的控制:一般情況下，盾構機水平軸線偏差應控制在±20 mm 以內，趨勢值控制在±4 以內，否則會引起盾尾間隙過小和管片錯臺破裂等問題。在緩和曲線段及圓曲線段，盾構機水平偏差控制在±30 m m 以內，水平趨勢控制在±7。曲線半徑越小控制難度越大，直線段進入緩和曲線或圓曲線段時，根據地層情況，采取一定的措施，使管片的中心軸線更好與隧道軸線吻合。

3.3 注漿

由于上下重疊隧道間的最小凈間距只有1.8 m，考慮左線(上部)盾構施工對右線(下部)成型隧道影響，以及地鐵列車行駛的動載荷產生的附加應力對相鄰隧道會產生較大影響。管片壁后同步注漿飽滿，在漿液中摻入水玻璃加快凝結時間，并適當加大水泥摻入比例，提高漿液固結強度。

對區間中水平及豎向距離均小于3 m 的重疊隧道采取洞內注漿的措施進行加固，具體加固里程范圍為右IDK13+084.940～右IDK13+203.300 與 右IDK13+766.600～右IDK13+857.552。重疊隧道采用增設注漿孔管片，注漿利用每環管片上預留的16個注漿孔進行插管注漿，注漿管采用￠32 鋼花管，壁厚t=3.5 mm，在上、下方隧道夾層土體間形成加固體，提高土體承載力，經加固后的土體達到0.8 MPa。洞內加固范圍為下方隧道拱頂180°范圍，徑向3 m 的扇形區域;上方隧道底部120°范圍，徑向3 m 的扇形區域。使隧道管片與巖壁的間隙充分填充密實，提高圍巖的承載力以及使管片均勻受載，有利于控制重疊近接隧道長期運營引起的隧道變形和沉降。小間距重疊隧道加固橫斷面如圖2。

3.4 鋼管支架加固

由于重疊隧道最小凈距只有1.8 m，為了確保左線(上洞)盾構掘進施工時右線成型隧道的安全，擬采取扣件式鋼管搭設滿堂支架對下洞進行支撐加固，待盾構機通過后再拆除。根據隧道的地質條件以及目前施工進度情況，同時考慮電瓶車能通過鋼架運輸材料的條件，按照支撐穩固、安裝拆除方便、快捷且經濟合理的原則進行鋼管支架設計。

鋼管支架加固施工順序:左線(上洞)盾構機到達重疊隧道前，先安裝好右線(下洞)重疊段前20 環鋼管支架，當左線盾構機掘進至位于右線已安裝好20 環鋼管支架上方中心位置，即盾構機刀盤到達第14 環時，左線盾構機每向前掘進一環，鋼管支架同步向前延伸一環(可將最后一環鋼管支撐拆除安裝到最前面一環，重復利用鋼管)，始終使左線(上洞)盾構機掘進始終處于下洞20 環鋼管支撐加固區域的中心位置，以保護下洞的安全。

圖2 小間距重疊隧道加固橫斷面(單位:m)

4 結束論

針對昆明滇池沉積層的工程地質特點，提出了針對性的盾構參數，獲得了理想的開挖效果。

(1)由于下部隧道因要承受上部隧道掘進時產生的附加力，管片的配筋應加強，并且在管片上增設注漿孔。

(2)下部盾構施工時，管片壁后應同步注漿飽滿，在漿液中摻入水玻璃，加快凝結時間;并適當加大水泥摻入比例，提高漿液結實強度;及時進行二次補償注漿，使隧道管片與巖壁的間隙充分填充密實，提高圍巖的承載力，使管片均勻受載。

(3)由于左右線凈距較小(1.8 m)，且兩隧道夾土層有圓礫層、粉砂層，滲透性較大，且擾動后承載力迅速降低，因此在左線盾構掘進施工時采取微擾動掘進模式，控制掘進參數連續、勻速通過疊線段。

(4)根據隧道所處區域的地質條件，合理選擇盾構掘進參數(刀盤轉速、土艙壓力、油缸推力、螺旋輸送機轉速)，控制好同步注漿量、掘進速度以及出土量是控制既有隧道變形的關鍵因素。

［1］蘇宗賢，何川.成都地鐵1號線盾構隧道下穿火車北站站場股道的數值分析［C］//中國土木工程學會第十二屆年會暨隧道及地下工程分會第十四屆年會論文集，2006

［2］洪開榮.盾構隧道穿越廣州火車站站場的設計與施工［J］.現代隧道技術，2002，39(6):34－37

［3］張鳳祥，朱合華，傅德明，等.盾構隧道［M］.北京:人民交通出版社，2004