湖泊下雙線隧道曲線段盾構(gòu)相向平行推進(jìn)施工技術(shù)研究

董遠(yuǎn)響

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司,上海 200063）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)正在大規(guī)模地開展城市市政工程建設(shè)，尤其城市軌道交通建設(shè)更是如火如荼。盾構(gòu)法以建設(shè)速度快、施工安全、對(duì)地面建筑及交通干擾小的優(yōu)勢(shì)成為城市地下工程建設(shè)的首選[1]。

1 工程概述

1.1 工程概況

區(qū)間左線長(zhǎng)1 912.772 m，右線長(zhǎng)1 927.966 m，其中約1.3 km穿越陽(yáng)澄湖，隧道距離陽(yáng)澄湖底最小距離為10.2 m。受施工場(chǎng)地限制，左右線兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)分別從中間風(fēng)井小里程端和濟(jì)學(xué)路站大里程端始發(fā)，相向推進(jìn)，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(jī)時(shí)，兩盾構(gòu)機(jī)刀盤相距30環(huán)，右線（內(nèi)隧道）掘進(jìn)至315環(huán)，線路處于7.791‰下坡階段，左線（外隧道）掘進(jìn)至1 219環(huán)，線路處于7.662%上坡階段。盾構(gòu)施工平面示意圖如圖1。

圖1 濟(jì)學(xué)路站～中間風(fēng)井區(qū)間盾構(gòu)施工平面示意圖

1.2 水文地質(zhì)條件

交匯段地層自上而下主要為：③1黏土、③2粉質(zhì)黏土、③3黏質(zhì)粉土、④2粉砂夾粉土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑥1粉質(zhì)黏土、⑥2粉質(zhì)黏土。交匯停機(jī)位置盾構(gòu)機(jī)所處土層為⑤1粉質(zhì)黏土層、⑥1黏土（少量），交匯段地質(zhì)剖面圖如圖2。左右線交匯時(shí)盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置地下水對(duì)盾構(gòu)機(jī)施工影響較小，上部陽(yáng)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(zhì)橫剖圖

2 重難點(diǎn)分析

（1）針對(duì)盾構(gòu)曲線段相向平行推進(jìn)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(chǎn)生橫向位移和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)變化，是一項(xiàng)難點(diǎn)。

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

（3）曲線段兩盾構(gòu)對(duì)穿施工，交匯段中部土體應(yīng)力場(chǎng)將產(chǎn)生交錯(cuò)和重疊現(xiàn)象，易使中間土體不穩(wěn)定，導(dǎo)致出土量及土體穩(wěn)定變化，出現(xiàn)中間土體空洞及地面坍塌狀況[2]，因此減少對(duì)土體的擾動(dòng)也是一項(xiàng)難點(diǎn)。

（4）交匯施工可能導(dǎo)致洞內(nèi)測(cè)量基座擾動(dòng)，影響盾構(gòu)掘進(jìn)測(cè)量精度，造成測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大，確保對(duì)穿施工測(cè)量基座穩(wěn)定，是一項(xiàng)重點(diǎn)。

3 盾構(gòu)湖底曲線段相向平行推進(jìn)施工技術(shù)

3.1 總體方案

為降低盾構(gòu)施工時(shí)的雙向疊加影響，在左右線兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)刀盤相隔30環(huán)時(shí)，右線（曲線內(nèi)側(cè)隧道）隧道一臺(tái)盾構(gòu)先停機(jī)保壓，左線（曲線外側(cè)隧道）隧道盾構(gòu)勻速推進(jìn)，當(dāng)兩盾構(gòu)機(jī)盾尾錯(cuò)開10環(huán)后，內(nèi)隧道盾構(gòu)復(fù)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(cè)量準(zhǔn)備

（1）交匯施工里程復(fù)測(cè)。在兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)交匯施工前，內(nèi)隧道盾構(gòu)機(jī)停機(jī)后需對(duì)兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的里程進(jìn)行復(fù)測(cè)。復(fù)測(cè)所用的控制點(diǎn)需從地面業(yè)主交樁的大網(wǎng)平面及高程控制點(diǎn)傳遞至隧道內(nèi)進(jìn)行復(fù)測(cè)，為盾構(gòu)交匯段的掘進(jìn)和繪制掘進(jìn)動(dòng)態(tài)圖提供依據(jù)。

（2）管片姿態(tài)及錯(cuò)臺(tái)測(cè)量。內(nèi)隧道盾構(gòu)停機(jī)后，對(duì)停機(jī)隧道管片姿態(tài)及錯(cuò)臺(tái)初始值進(jìn)行測(cè)量，以便和交匯時(shí)的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析，判斷外隧道盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的擠壓力及單側(cè)卸載后地層的反作用力對(duì)內(nèi)隧道的影響情況。

3.3 內(nèi)隧道盾構(gòu)停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)控制

（1）盾構(gòu)機(jī)交匯區(qū)段隧道頂部為④2粉砂夾粉土，下部為⑥1粉質(zhì)黏土，典型的上軟下硬土層，且盾構(gòu)處于湖底，湖底水系發(fā)育，局部缺少隔水的黏土層?？紤]盾構(gòu)機(jī)停機(jī)期間盾體可能輕微上漂，盾構(gòu)停機(jī)姿態(tài)略微低于設(shè)計(jì)高程，高程控制在切口-15 mm，盾尾-20 mm；水平姿態(tài)與設(shè)計(jì)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(gòu)機(jī)到達(dá)預(yù)停機(jī)位置前10環(huán)時(shí)開始進(jìn)行姿態(tài)的調(diào)整。

（2）盾構(gòu)機(jī)停機(jī)前1環(huán)，減小泡沫劑的注入量控制進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)的氣泡量，同時(shí)減少出土量。停機(jī)后螺旋內(nèi)的渣土反旋到土倉(cāng)內(nèi)，并向土倉(cāng)內(nèi)注入適量?jī)?yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土，充分?jǐn)嚢枋古驖?rùn)土漿液能夠與倉(cāng)內(nèi)渣土混合均勻，氣泡散發(fā)，增加土倉(cāng)內(nèi)實(shí)土體積，使盾構(gòu)機(jī)頂部土倉(cāng)壓力宜比理論壓力高0.01～0.02 MPa。如土倉(cāng)壓力下降低于警戒值時(shí)，則向土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土泥漿，從而緩慢升高土倉(cāng)壓力至設(shè)定值，避免交匯施工停機(jī)過(guò)程中土壓減小，造成刀盤前掌子面坍塌[3]。

（3）針對(duì)該項(xiàng)目盾構(gòu)長(zhǎng)距離下穿湖泊和相向平行推進(jìn)，兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)均在螺旋機(jī)入土口處安裝前端手動(dòng)閘門，并且盾尾采用加長(zhǎng)設(shè)計(jì)，設(shè)置4道盾尾刷設(shè)計(jì)（3道采用鋼絲刷，1道為鋼板刷），停機(jī)后及時(shí)關(guān)閉手動(dòng)閘門。在最后一環(huán)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(jī)階段盾尾密封安全，防止停機(jī)時(shí)螺旋機(jī)和盾尾滲漏。

3.4 外隧道盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

外隧道盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)土體的擾動(dòng)破壞了土體原始狀態(tài)，隧道周圍的土體應(yīng)力會(huì)重新分布，引起周圍地層的位移，會(huì)對(duì)內(nèi)隧道和湖底產(chǎn)生影響。根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)兩盾構(gòu)機(jī)間的距離，將影響區(qū)劃分為一般影響區(qū)（兩盾構(gòu)機(jī)刀盤相距30環(huán)到刀盤相遇區(qū)段）和重疊劇烈影響區(qū)（刀盤相遇到盾構(gòu)機(jī)盾尾相距10環(huán)區(qū)段），外隧道盾構(gòu)在不同區(qū)段掘進(jìn)時(shí)必須嚴(yán)格控制推進(jìn)參數(shù)，避免對(duì)地層擾動(dòng)過(guò)大。

（1）土壓力：合理設(shè)置土壓力，土倉(cāng)壓力應(yīng)能與地層土壓力和靜水壓力平衡，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整土壓力值，以減少對(duì)土體的擾動(dòng)。交匯段上土壓控制值為0.18～0.19 MPa，停機(jī)時(shí)土壓增0.01～0.02 MPa。

（2）推進(jìn)速度：在盾構(gòu)機(jī)交匯施工時(shí)應(yīng)放慢推進(jìn)速度，保持均勻、穩(wěn)定，減小對(duì)土體的擾動(dòng)。一般影響區(qū)推進(jìn)速度控制在30～40 mm/min，重疊劇烈影響區(qū)速度控制在20～30 mm/min。

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

（4）同步注漿：同步注漿采用準(zhǔn)厚漿，每環(huán)開挖空隙的理論計(jì)算值為2.1 m3，每環(huán)注漿量一般為開挖空隙的210%～240%，一般區(qū)段每環(huán)的同步注漿量控制在4.4 m3，劇烈影響區(qū)每環(huán)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(guò)增加注漿量和控制漿液配比，提高了漿液質(zhì)量，保證隧道周邊土體加固效果。為縮短漿液凝結(jié)時(shí)間，交匯段同步注漿漿液中每環(huán)添加50 kg速凝材料（通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)），同步注漿初凝時(shí)間宜在5～6 h。

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

3.5 雙線曲線隧道盾構(gòu)交匯防隧道偏移

（1）防止隧道管片出現(xiàn)較大錯(cuò)臺(tái)。內(nèi)隧道盾構(gòu)機(jī)停機(jī)后，對(duì)交匯區(qū)段所有管片螺栓進(jìn)行復(fù)擰，并對(duì)脫出盾構(gòu)機(jī)盾尾前10環(huán)管片采用拉緊條拉緊，增加抵抗力。避免管片間出現(xiàn)較大錯(cuò)臺(tái)，同時(shí)在管片縱向縫處粘貼錯(cuò)臺(tái)便捷觀察貼，方便觀察管片錯(cuò)臺(tái)情況，及時(shí)調(diào)整外隧道盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)。

（2）防止隧道軸線偏移。曲線段盾構(gòu)交匯隧道間的相互影響主要為盾構(gòu)推進(jìn)擠壓作用及盾構(gòu)開挖卸載地層的反作用力。交匯施工時(shí)在采用同步注漿和二次注漿提高周邊土體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，在兩刀盤相距50時(shí)，同時(shí)對(duì)兩隧道盾尾后管片打環(huán)箍，每5環(huán)打一環(huán)環(huán)箍，外隧道推進(jìn)時(shí)同樣每5環(huán)打一環(huán)環(huán)箍，在管片背后形成止水環(huán)，同時(shí)對(duì)管片取到支撐作用，防止隧道軸線偏移。

（3）盾構(gòu)相向掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)停機(jī)區(qū)間的隧道軸線偏差進(jìn)行測(cè)量，每掘進(jìn)2環(huán)測(cè)量一次。

4 相向平行推進(jìn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）管片錯(cuò)臺(tái)量。雙曲線隧道盾構(gòu)相向平行推進(jìn)時(shí)，對(duì)交匯區(qū)段內(nèi)隧道285～314環(huán)管片錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，管片錯(cuò)臺(tái)變化情況見(jiàn)圖4。內(nèi)隧道復(fù)推后，對(duì)外隧道1 245～1 260環(huán)管片錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，管片錯(cuò)臺(tái)情況見(jiàn)圖5，其中管片錯(cuò)臺(tái)變化最大值為2 mm。

圖4 內(nèi)隧道管片錯(cuò)臺(tái)變化

圖5 外隧道管片錯(cuò)臺(tái)變化

（2）隧道收斂。相向平行推進(jìn)交匯期間，由于隧道上方為陽(yáng)澄湖，地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)法布設(shè)，在右線（內(nèi)隧道）260環(huán)至310環(huán)能通視的所有環(huán)布置隧道收斂測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。實(shí)施完成，相向平行交匯施工效果良好，實(shí)踐表明：

表1 內(nèi)隧道收斂

（1）湖底曲線段兩盾構(gòu)相向平行推進(jìn)，在兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)刀盤相隔30環(huán)時(shí)，內(nèi)隧道盾構(gòu)先停機(jī)保壓，外隧道盾構(gòu)勻速推進(jìn)。當(dāng)兩盾構(gòu)機(jī)盾尾錯(cuò)開10環(huán)后，內(nèi)隧道盾構(gòu)復(fù)推，完成平行交匯施工，是安全可行的。

（2）盾構(gòu)曲線段相向平行交匯施工時(shí)，停機(jī)盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力宜增加0.01 MPa，推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)速度宜在20～30 mm/min。

（3）對(duì)內(nèi)隧道停機(jī)的盾構(gòu)機(jī)盾尾的前10環(huán)管片采用拉緊條拉緊，每5環(huán)打一道環(huán)箍對(duì)管片進(jìn)行支撐，對(duì)減小兩臺(tái)盾構(gòu)的相互影響是有效的。

（4）在中心線間距大于13.6 m時(shí)，做好同步注漿、土體改良工作。設(shè)置合適的土倉(cāng)壓力，控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)、掘進(jìn)速度和出土量，兩臺(tái)盾構(gòu)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(cuò)臺(tái)變化最大為2 mm，隧道收斂及拱底沉降情況良好。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示隧道收斂測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化較為平穩(wěn)，無(wú)數(shù)據(jù)突變情況發(fā)生，隧道收斂變化最大為SLY306，累計(jì)變量為4 mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，盾構(gòu)機(jī)湖底曲線段相向平行推進(jìn)施工已順利