盾構(gòu)隧道交叉換邊施工關(guān)鍵技術(shù)研究

杜鵬

（中鐵二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，上海200000）

1 引言

地鐵工程作為民生工程，已成為提高市民出行效率的主要方式，地鐵建設(shè)亦成為城市發(fā)展戰(zhàn)略中的重要組成部分。受各種條件影響，地鐵建設(shè)過程中勢必面臨更多交叉換邊隧道施工。但在砂卵石地層中盾構(gòu)隧道交叉換邊施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)仍然有限，因此，在地鐵盾構(gòu)法施工中，如何安全通過交叉換邊區(qū)域，成為施工單位需要面臨和解決的新課題。

2 工程概況

本工程位于成都市三環(huán)附近，地勢較低，常年地下水位為2.8 m，隧道周圍地層含豐富地下水，盾構(gòu)隧道洞身主要穿越砂卵石層。簇錦站—華興站盾構(gòu)區(qū)間左線全長1 092.546 m，右線全長1 339.872 m，隧道最小覆土埋深約5.6 m，最大覆土埋深約19.4 m。盾構(gòu)始發(fā)車站為華興站，線路在YDK3+423~YDK3+570處交叉重疊，交叉重疊區(qū)域位于成雙大道北路，左線從右線上穿過，線路在YDK3+496處完全重合，交叉區(qū)域全長為147 m，交叉換邊區(qū)域左線隧道與右線隧道最小距離為3.93 m（里程為YDK3+500),最大距離為6.136 m（里程為YDK3+560)，交叉換邊示意圖如圖1所示。

圖1 交叉換邊示意圖

3 交叉換邊施工技術(shù)

3.1 地面注漿加固

3.1.1 地面注漿加固范圍

盾構(gòu)機(jī)通過前，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對交叉換邊區(qū)域進(jìn)行預(yù)加固注漿。地面注漿加固長度范圍為交叉重疊中心點(diǎn)前后各100 m，同時注意避開地下管線和構(gòu)筑物，寬度范圍為左右線隧道中心線范圍內(nèi)且大于左線隧道外輪廓1.5 m，深度范圍為卵石層至右線隧道頂部[1]。

施工中實(shí)際位置可根據(jù)現(xiàn)場管線或者構(gòu)筑物具體走向及注漿效果進(jìn)行調(diào)整。地面注漿加固范圍如圖2所示。

圖2 地面注漿加固范圍示意圖

3.1.2 地面注漿加固方式

盾構(gòu)隧道穿越交叉換邊時，先施工下行線路（右線），再施工上行線路（左線）。為保證左右線隧道的施工安全，對交叉換邊范圍內(nèi)地面區(qū)域采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，插入內(nèi)徑為76 mm的袖閥管進(jìn)行注漿加固，其間距為1.5 m呈矩形布置，地面袖閥管注漿采用3次注漿方式進(jìn)行加固，第一次注漿：右線盾構(gòu)穿越前，加固范圍內(nèi)奇數(shù)孔位；第二次注漿：左線盾構(gòu)穿越前，加固范圍內(nèi)剩余偶數(shù)孔位，隔一留一；第三次注漿：左線盾構(gòu)穿越后，加固范圍內(nèi)最后剩余孔位[2]。

3.1.3 地面注漿參數(shù)

漿液采用純水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5~1.2 MPa，注漿過程中適當(dāng)調(diào)整注漿位置和壓力并記錄好注漿時間和單孔注漿量。注漿后，立即采用快凝水泥封堵住漿孔。實(shí)驗(yàn)人員對加固后土體取樣，收集數(shù)據(jù)，加固土體強(qiáng)度大于1 MPa，如土體加固效果不好，須在周邊鉆孔補(bǔ)注。

3.2 盾構(gòu)掘進(jìn)控制

右線盾構(gòu)掘進(jìn)過程中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，為左線盾構(gòu)通過交叉換邊提供指導(dǎo)性掘進(jìn)參數(shù)。右線采用鐵建重工盾構(gòu)機(jī)、左線采用羅賓斯盾構(gòu)機(jī)。

1）掘進(jìn)控制參數(shù)如表1所示。

表1 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)取值

2）掘進(jìn)中，及時控制盾構(gòu)掘進(jìn)方向，及時進(jìn)行掘進(jìn)糾偏，調(diào)整好掘進(jìn)狀態(tài)。采用操作分區(qū)油缸和楔形管片控制掘進(jìn)方向，通過人工測量和激光自動導(dǎo)向系統(tǒng)來檢查盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。實(shí)際施工中進(jìn)行糾偏，應(yīng)勤糾、緩糾，保證掘進(jìn)施工迅速、連貫，杜絕強(qiáng)行糾偏[3]。

3）在掘進(jìn)時應(yīng)對土倉內(nèi)的土進(jìn)行改良，并嚴(yán)格控制出碴量。渣土改良采用泡沫劑+水的混合液，掘進(jìn)時每環(huán)泡沫劑用量取100～120 L，并根據(jù)渣土性狀加入適量的水。如掘進(jìn)困難可適當(dāng)向土倉內(nèi)添加膨潤土，改良土體的和易性。

4）盾構(gòu)出土量采取體積與質(zhì)量雙控的模式進(jìn)行管理，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制出土量，實(shí)際推進(jìn)出土量控制在56 m3/環(huán)。

5）同步注漿采用水泥、砂子、膨潤土、粉煤灰和水的混合漿液，初凝時間控制在6 h，結(jié)實(shí)率大于95%，終凝強(qiáng)度不小于3 MPa，注漿壓力為0.2~0.4 MPa，注漿量不小于6 m3。

6）為盡量降低左線盾構(gòu)機(jī)在穿越交叉換邊時對右線成型管片的影響，右線管片采用配筋加強(qiáng)環(huán)并對管片螺栓進(jìn)行3次擰緊措施，將左線盾構(gòu)掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的力大部分卸載到型鋼支撐上，通過型鋼支撐來保護(hù)右線成型管片。

3.3 洞內(nèi)二次注漿

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中通過管片對隧道周圍2 m范圍內(nèi)進(jìn)行洞內(nèi)二次注漿，注漿加固區(qū)域?yàn)樗淼澜咏徊鎿Q邊前后各100 m、隧道頂部180°范圍。通過管片中心吊裝孔進(jìn)行注漿，從低點(diǎn)位到高點(diǎn)位交叉進(jìn)行。不宜距盾尾太近，以免漿液凝固損壞尾刷，在刀盤上結(jié)泥餅，一般距盾尾4環(huán)以外位置處。二次注漿采用單液漿，注漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力控制在0.2~0.4 MPa，穩(wěn)壓時間2~5 min。

3.4 型鋼支撐

隧道區(qū)間先施工右線，再施工左線，右線管片采用加強(qiáng)配筋管片；左線盾構(gòu)掘進(jìn)時在右線隧道（下行線路）交叉換邊前后50 m范圍內(nèi)設(shè)置臨時型鋼支撐。型鋼支撐間距為1.5 m，詳見圖3。

圖3 型鋼支撐加固圖

洞內(nèi)型鋼支撐加固技術(shù)要求如下：

1）洞內(nèi)型鋼支撐加固過程中，HW250 mm×250 mm和HW200 mm×200 mm連接架采用10#槽鋼進(jìn)行連接。

2）立桿HW250 mm×250 mm采用40 a槽鋼進(jìn)行連接穩(wěn)定加固。

3）支撐中均采用M16高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。

4）洞內(nèi)型鋼支撐加固在左線穿越交叉換邊前必須加固完成。型鋼支撐與管片接觸面加設(shè)300 mm×300 mm×20 mm鋼板，在鋼板與管片間設(shè)10 mm的橡膠墊保證管片與鋼板為柔性接觸，減小左線盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程對右線成型管片的影響。

5）當(dāng)左線盾構(gòu)機(jī)順利通過交叉換邊區(qū)域及監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，方可對右線隧道內(nèi)的型鋼支撐進(jìn)行拆除。

4 施工監(jiān)控量測

在左線盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)穿越過程中，盾構(gòu)機(jī)不可避免會對周圍土體產(chǎn)生擾動和擠壓，周圍土體的內(nèi)應(yīng)力隨之發(fā)生變化，土體內(nèi)部失去應(yīng)力平衡，使得周圍土體發(fā)生隆沉、位移變形，如該變形量達(dá)到一定的數(shù)量就會影響到右線隧道、管線及地面的安全。所以在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中必須監(jiān)測并控制右側(cè)隧道、管線及地面的變形量，從而實(shí)現(xiàn)施工過程信息化，確保交叉換邊區(qū)域的施工質(zhì)量和安全[4]。

4.1 監(jiān)測內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)

監(jiān)測內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 監(jiān)控量測表

4.2 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

按照規(guī)定的監(jiān)測頻率、標(biāo)準(zhǔn)，對管片及地表進(jìn)行監(jiān)測并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，左線盾構(gòu)（上行）在重疊段掘進(jìn)期間，地表沉降單日最大值為8 mm，累積沉降量為28 mm，右線（下行）管片拱頂沉降量單日最大值為3 mm，累積沉降量為15 mm；左線盾構(gòu)通過交叉換邊重疊段后地表沉降量累積為42.52 mm，拱頂沉降最大值為18 mm。

5 結(jié)語

隨著城市地鐵交通的快速發(fā)展，盾構(gòu)隧道施工難度將越來越大。實(shí)例工程中盾構(gòu)隧道區(qū)間通過先施工下行線路，再施工上行線路,下行隧道設(shè)置臨時型鋼支撐，掘進(jìn)過程中調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，地表、洞內(nèi)注漿加固以及施工監(jiān)控量測等技術(shù)措施，解決了地鐵隧道近距離的交叉換邊盾構(gòu)施工難題。但在施工過程中仍有局部沉降值超過標(biāo)準(zhǔn)要求，施工經(jīng)驗(yàn)有待進(jìn)一步總結(jié)提高。