盾構(gòu)重疊段施工技術(shù)

于 海 生

(中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

在現(xiàn)在城市軌道交通建設(shè)中，小凈距上下重疊盾構(gòu)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(huì)發(fā)生顯著變化，從而引起內(nèi)力和變形也隨之發(fā)生變化，增加了施工難度[1-4]。為盡量避免和減少對(duì)相鄰隧道的擾動(dòng)和影響[5-7]，以武漢地鐵5號(hào)線復(fù)興路站—彭劉楊路站區(qū)間小凈距重疊段的盾構(gòu)施工為例，總結(jié)該工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程的施工提供一定的參考價(jià)值。

2 工程概況

武漢5號(hào)線三標(biāo)復(fù)興路站—彭劉楊路站盾構(gòu)區(qū)間右線總長587.599 m，左線總長582.920 m，區(qū)間從復(fù)興路站始發(fā)，彭劉楊路站接收，右線區(qū)間覆土厚度10 m～15 m、左線區(qū)間覆土厚度8.3 m～11 m。區(qū)間隧道斷面主要穿越③-3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③-4淤泥質(zhì)黏土、⑩-1b粉質(zhì)黏土層、⑩-2黏

土加碎石層，隧頂?shù)刭|(zhì)為③-1粉質(zhì)黏土、⑩-2黏土加碎石層(見圖1)。

區(qū)間隧道在右DK12+300～右DK12+520里程范圍內(nèi)為避開擬建市政隧道，線路上下錯(cuò)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(gòu)直徑，重疊隧道段主要穿越⑩-2黏土加碎石及⑩-2b粉質(zhì)黏土地層，左線隧道埋深8.3 m～10 m。

3 工程重難點(diǎn)

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(gòu)直徑)達(dá)220 m，線路左線650 m曲線半徑，右線700曲線半徑，盾構(gòu)姿態(tài)控制困難。2)該隧道區(qū)間沿線穿越軟弱地層，其覆土淺，地面穿越大量棚戶區(qū)，且側(cè)穿首義師苑高層住宅，所以地面掘進(jìn)時(shí)對(duì)沉降控制的要求異常嚴(yán)格。3)后建隧道在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)將會(huì)造成沉降二次疊加，并對(duì)先建隧道結(jié)構(gòu)造成影響。

4 施工部署

4.1 施工原則

為了能夠在盾構(gòu)掘進(jìn)的過程中減小對(duì)先建隧道管片結(jié)構(gòu)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(shí)右線(下線隧道)管片結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置臨時(shí)支撐體系以降低對(duì)既有隧道的影響，右線(下線隧道)盾構(gòu)掘進(jìn)必須超前掘進(jìn)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(gòu)掘進(jìn)；2)雙線隧道夾層土體注漿及洞內(nèi)二次注漿加固；3)右線隧道洞內(nèi)支撐臺(tái)車移動(dòng)加固；4)左線隧道(上線隧道)盾構(gòu)掘進(jìn)；5)左線隧道二次注漿加固；6)右線隧道臨時(shí)支撐體系拆除。

5 盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 盾構(gòu)掘進(jìn)控制技術(shù)

由于隧道處于軟弱地層且地面建筑物密布，盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)嚴(yán)格要求。

1)參數(shù)控制。土倉壓力根據(jù)覆土厚度及各土層的物理特性計(jì)算確定，并結(jié)合地面沉降情況適當(dāng)調(diào)整，以刀盤前方地面不隆起為土壓設(shè)置原則。左線(上線隧道)具體控制參數(shù)為0.10 MPa～0.12 MPa，刀盤轉(zhuǎn)速1.0 r/min～1.3 r/min，刀盤扭矩1 200 kN·m～1 500 kN·m；掘進(jìn)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(huán)出土量偏差不超過2 m3，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中安排專人檢查出土量，嚴(yán)禁超挖、欠挖。

3)糾偏控制。盾構(gòu)掘進(jìn)糾偏原則為“勤糾、少糾”，掘進(jìn)階段隧道軸線偏離設(shè)計(jì)軸線不得大于±50 mm，應(yīng)避免大幅度的軸線糾偏動(dòng)作。

4)注漿控制。根據(jù)地面沉降情況實(shí)時(shí)調(diào)整注漿量，同步注漿每環(huán)注漿量不少于6 m3。并且及時(shí)根據(jù)地表沉降及出土量情況進(jìn)行二次注漿。

5.2 重疊段注漿加固措施

為避免上洞施工時(shí)破壞夾層土體的強(qiáng)度從而發(fā)生失穩(wěn)、下沉現(xiàn)象，需要對(duì)右線(下線隧道)夾層土體也進(jìn)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(shè)注漿孔，每環(huán)增設(shè)20孔，注漿加固范圍為右線左上90°范圍內(nèi)。管片外3 m線以內(nèi)的土體，通過鋼花管向地層進(jìn)行注漿，可有效提高土體強(qiáng)度。在重疊隧道范圍內(nèi)，右線(下線)與左線(上線)施工時(shí)，均需對(duì)夾層土體進(jìn)行注漿。

5.3 重疊段隧道管片

本區(qū)間管片環(huán)寬1 500 mm，厚350 mm；分兩種配筋，每一分段，取該段內(nèi)最不利斷面的配筋作為該段的統(tǒng)一配筋，在重疊段隧道管片進(jìn)行加強(qiáng)(鋼筋型號(hào)加強(qiáng))，管片內(nèi)側(cè)配筋由22 mm三級(jí)螺紋鋼加強(qiáng)為25 mm，管片外側(cè)配筋由直徑18 mm三級(jí)螺紋鋼加強(qiáng)為直徑20 mm，鋼筋數(shù)量未進(jìn)行增添。

本區(qū)間，在重疊隧道范圍內(nèi)管片為特殊設(shè)計(jì)，每片管片增設(shè)4個(gè)二次注漿孔，封頂塊不增加(K塊)，每環(huán)增設(shè)注漿孔數(shù)量為20個(gè)，可以有效的對(duì)重疊段隧道土體進(jìn)行注漿加固。

5.4 洞內(nèi)臨時(shí)支撐臺(tái)車加固

盾構(gòu)隧道左線(上行隧道)隧道掘進(jìn)過程中，必須對(duì)下行隧道(右線)隧道進(jìn)行臨時(shí)支撐加固，液壓頂推移動(dòng)臺(tái)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(chǎn)生的剪力；

2)能夠提高右線整體剛度，并減小下行隧道因負(fù)載盾構(gòu)機(jī)重量而產(chǎn)生的垂直受力導(dǎo)致管片的彎曲變形；

3)能夠提供持續(xù)支撐，使得下行隧道影響范圍內(nèi)的支撐不能卸力。

5.4.1支撐臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)

1)液壓系統(tǒng)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(tǒng)：液壓缸φ100 mm缸徑，行程150 mm/200 mm，環(huán)向支點(diǎn)為9點(diǎn)、3點(diǎn)、12點(diǎn)，雙輪結(jié)構(gòu)，支點(diǎn)間距600 mm，單車雙輪為8×3=24組，5組為120組雙橡膠輪；11點(diǎn)、3點(diǎn)，支撐間距為1 200 mm，為單輪結(jié)構(gòu)；液壓油缸：單車組16個(gè)油缸，5車×16=80個(gè)，單缸頂推力10 t，工作壓力12 MPa齒輪泵，系統(tǒng)壓力可調(diào)。

3)柱塞泵液壓系統(tǒng)為2套，主要為車組頂推缸配置，各車之間上下2組為4個(gè)油缸，4×4組=16個(gè)油缸，φ180缸徑，行程400 mm，由一套操作系統(tǒng)控制與操作；另一套液壓站為：a.后頂推缸兩組兩個(gè)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(jì)4組8個(gè)油缸。各φ180缸徑頂推力70 t，工作壓力22 MPa，壓力可調(diào)。

4)車組5套組，各車組長3.6 m，車間距1.2 m，合計(jì)總長22.8 m，車組結(jié)構(gòu)相同。

5.4.2支撐臺(tái)車移動(dòng)方式

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

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

6 區(qū)間監(jiān)測

6.1 隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)

小凈距右線隧道施工后，左線施工前，對(duì)右線隧道結(jié)構(gòu)豎向位移、水平位移和凈空收斂進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)數(shù)據(jù)反饋調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，監(jiān)測控制值及監(jiān)測速率見表1。通過各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，施工過程中以及掘進(jìn)施工完成后，隧道結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)異常，滿足規(guī)范要求及設(shè)計(jì)要求。

表1 下線隧道內(nèi)監(jiān)測控制值及監(jiān)測速率

6.2 地表監(jiān)測

后建隧道盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)將會(huì)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(qū)，側(cè)穿首義師苑高層住宅，地面掘進(jìn)的沉降控制要求異常嚴(yán)格。根據(jù)數(shù)據(jù)反饋調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，監(jiān)測控制值及監(jiān)測速率見表2。

表2 監(jiān)測控制值及監(jiān)測速率

通過對(duì)重疊段隧道施工過程中及重疊隧道掘進(jìn)施工完成后監(jiān)測。地表沉降監(jiān)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(shè)計(jì)要求。

表3 地表沉降監(jiān)測值 mm

7 結(jié)語

本文以武漢地鐵5號(hào)線復(fù)興路站—彭劉楊路站區(qū)間小凈距重疊段盾構(gòu)施工案例為背景，為使盾構(gòu)掘進(jìn)沉降的二次疊加得到有效控制，減少盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)先成型隧道管片結(jié)構(gòu)的影響，隧道采取“先下后上”的施工順序，選用加強(qiáng)型管片配筋，夾層土注漿加固，洞內(nèi)臨時(shí)支撐臺(tái)車加固，盾構(gòu)掘進(jìn)控制，施工期間跟蹤監(jiān)測等手段，成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)總結(jié)，為類似工程的施工提供了重要的參考價(jià)值。