盾構(gòu)隧道上跨人防地道施工技術(shù)

于加云，齊成成，袁云輝

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300308）

國內(nèi)地下空間建設(shè)發(fā)展迅速，但由于城市發(fā)展前期未落實有序發(fā)展的規(guī)劃[1]，經(jīng)常出現(xiàn)前期工程遺留障礙物的情況，給后續(xù)工程帶來較大影響。作為一種特殊地下建筑物，有工程技術(shù)人員針對盾構(gòu)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(gòu)空推的施工技術(shù)；張浩亮[5]、楊俊龍[6]進行了盾構(gòu)下穿人防通道的沉降規(guī)律分析。本文以紹興地鐵1號線盾構(gòu)隧道工程為背景，詳細介紹了盾構(gòu)長距離復(fù)雜穿越既有人防工程的施工技術(shù)，相對于其他盾構(gòu)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(qū)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(gòu)成。見圖1。

圖1 隧道區(qū)間與人防地道位置關(guān)系

北側(cè)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(cè)主通道3寬度約2.5 m，采用條石襯砌，存在積水、積泥現(xiàn)象，與區(qū)間隧底凈距1.5~4.9 m，目前出口封閉，呈廢棄狀態(tài)；南北連通道2寬度約4.5～6.0 m，均為中風化灰?guī)r天然毛洞，20世紀80年代修建停滯，襯砌未施工，積水現(xiàn)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?guī)r、中風化凝灰?guī)r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(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)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(chǎn)生不利影響，如：條石襯砌在長期反復(fù)振動作用下有掉落的風險。此外，現(xiàn)場踏勘后發(fā)現(xiàn)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(nèi)積水、積泥現(xiàn)象嚴重且凝灰?guī)r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(xiàn)有人防通道功能的基礎(chǔ)上，為確保地鐵及人防地道在全生命周期內(nèi)處于安全狀態(tài)，提出以下方案：

1）北側(cè)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(jié)構(gòu)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(yù)留通道的方式進行結(jié)構(gòu)加固，預(yù)留通道寬度1.2 m；

3）鑒于南側(cè)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(jié)構(gòu)改造。

3.1 北側(cè)主通道1

為防止原條石襯砌在長期振動作用下發(fā)生脫落，擬在洞內(nèi)增加一道支護?；诂F(xiàn)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(wǎng)條件且錨桿施工擾動現(xiàn)有條石襯砌；洞內(nèi)無法下放模筑襯砌機械設(shè)備。最終選擇采用鋼格柵+網(wǎng)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(nèi)運入工程材料。

3.2 南北連通道2

南北連通道2洞內(nèi)尺寸較小且不規(guī)則、拐角較大，不滿足施工機械進入條件；另外洞內(nèi)已有較大范圍頂部巖體坍塌，需對洞內(nèi)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(cè)壁寬度1.2 m、鋼模板單環(huán)寬1.5 m，節(jié)與節(jié)之間采用螺栓連接；鋼模板定位后，增設(shè)型鋼拱架并設(shè)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?jié){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(yù)留通道后，再進行下一段施工。見圖2。

圖2 南北連通道2預(yù)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(yè)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(jié)構(gòu)，厚度300 mm；對地道加固區(qū)段按由遠及近的順序進行管節(jié)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(cè)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(gòu)掘進參數(shù)控制

4.1 刀盤配置

針對復(fù)合地層和全斷面巖層施工，對刀盤和刀具進行了優(yōu)化設(shè)計[7]。

刀盤為復(fù)合式，結(jié)構(gòu)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(yōu)化掘進參數(shù)

為防止盾構(gòu)姿態(tài)在推進過程中發(fā)生較大偏差，降低盾構(gòu)機推進速度：掘進速度為5～15 mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速為1.2 r/min。根據(jù)地質(zhì)情況、隧道埋深及地面監(jiān)測情況進行及時調(diào)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(fā)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(huán)，根據(jù)實際情況調(diào)整。同步注漿速度應(yīng)與掘進速度匹配，按每完成1環(huán)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(shè)定值，注漿量達到設(shè)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(qū)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(jiān)控量測

盾構(gòu)推進過程中，對地表及人防地道每天不少于2次監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)。對于變形速率較大處，每4 h監(jiān)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(gòu)參數(shù)設(shè)置，采用大型有限元數(shù)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(shù)

區(qū)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(jié)構(gòu)采用Q235B。根據(jù)地勘資料擬定模型各項參數(shù)，見表1和表2。

表1 土的物理力學參數(shù)

表2 材料力學參數(shù)

5.3 計算結(jié)果分析

分析步驟：初始模型建立，地應(yīng)力釋放；結(jié)構(gòu)加固模型建立，驗算施工荷載下加固結(jié)構(gòu)受力；隧道掘進，分析掘進過程中的加固結(jié)構(gòu)變形規(guī)律。

根據(jù)計算結(jié)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(jié)語

通過紹興地鐵1號線盾構(gòu)區(qū)間長距離復(fù)雜穿越人防地道的工程實例，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境、施工條件及人防功能等多方面需要，根據(jù)人防地道與盾構(gòu)隧道的相互關(guān)系，提出了在維持既有人防使用功能的基礎(chǔ)上的采取支護加強施工措施及盾構(gòu)掘進參數(shù)施工控制措施并對相關(guān)措施進行了分析，證明了施工技術(shù)的有效性，對后續(xù)類似工程有借鑒作用?！酢?/p>