劉海智，葉建忠，付艷軍

（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310006）

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地鐵區(qū)間小凈距疊交隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

劉海智，葉建忠，付艷軍

（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310006）

摘 要：小凈距疊交隧道施工主要面臨后建隧道對(duì)先建隧道結(jié)構(gòu)影響和因地表沉降疊加引發(fā)沉降過(guò)大兩大問(wèn)題。文章以深圳地鐵7號(hào)線紅嶺北站—筍崗站區(qū)間工程為背景，采取對(duì)疊交隧道夾層土體注漿加固，先建隧道內(nèi)增設(shè)移動(dòng)支撐臺(tái)車(chē)，先建隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，后建隧道盾構(gòu)掘進(jìn)控制技術(shù)等技術(shù)措施，有效地控制了管片變形和地表沉降，達(dá)到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：地鐵；疊交隧道；施工技術(shù)

0　引言

地鐵施工采用小凈距疊交盾構(gòu)隧道可較好地解決車(chē)站上下重疊的側(cè)式站臺(tái)、周邊環(huán)境制約、道路紅線狹窄以及線網(wǎng)換乘等工程難題，然而小凈距疊交隧道施工存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)小凈距疊交隧道的施工技術(shù)措施已進(jìn)行了較多的研究，王建山[1]采用有限元方法分析了施工階段重疊盾構(gòu)隧道的相互影響；李曉霖等[2]提出了根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì) 2 條盾構(gòu)隧道小凈距、長(zhǎng)距離并行施工相互影響進(jìn)行反分析的方法；張明聚等[3]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，研究揭示小凈距平行盾構(gòu)隧道施工中，后行隧道掘進(jìn)引起的先行隧道管片附加應(yīng)力的變化規(guī)律。

本文以深圳地鐵 7號(hào)線紅嶺北站—筍崗站區(qū)間工程為背景，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果得到疊交盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降以及后建盾構(gòu)隧道開(kāi)挖對(duì)先建盾構(gòu)隧道的影響，證明了通過(guò)對(duì)小凈距疊交隧道范圍內(nèi)夾層土體注漿，先建隧道內(nèi)增設(shè)移動(dòng)液壓支撐臺(tái)車(chē)、管片襯砌和連接螺栓加強(qiáng)，后建隧道盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制等技術(shù)措施，可以有效地控制管片變形和地表沉降。

1　工程概況

紅嶺北站—筍崗站區(qū)間隧道位于紅嶺北路與寶崗路之間，其中紅嶺北站為地下 3 層島式車(chē)站，筍崗站受周邊環(huán)境限制車(chē)站寬度較小，為地下 3 層側(cè)式車(chē)站。本區(qū)間出紅嶺北站后，沿梅園路自西往東依次下穿梨園路、寶安北路，左、右線隧道由平行轉(zhuǎn)為上下疊交，最后到達(dá)筍崗站。左線隧道由明挖+盾構(gòu)法組成，其中盾構(gòu)段長(zhǎng) 416.114m。右線隧道由明挖+礦山+盾構(gòu)法組成，其中盾構(gòu)段長(zhǎng) 341.494m。區(qū)間平面線間距由出紅嶺北站后 15.7m，至筍崗站 0m，區(qū)間平面走向詳見(jiàn)圖 1，區(qū)間小凈距及疊交段斷面情況見(jiàn)圖 2～圖 4。

圖1　7號(hào)線紅嶺北站—筍崗站區(qū)間平面圖

圖2　區(qū)間縱斷面

圖3　典型橫斷面 1

圖4　典型橫斷面 2

根據(jù)本區(qū)間盾構(gòu)隧道工程籌劃，選擇先掘進(jìn)下線（左線）隧道再掘進(jìn)上線（右線）隧道的施工工序。區(qū)間需采用 2 臺(tái)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)分別從筍崗站西端頭井先后出發(fā)，由東向西推進(jìn)至該區(qū)間明挖段接收。其中，下線（左線）盾構(gòu)先行掘進(jìn)，上線（右線）盾構(gòu)后行掘進(jìn)且與下線盾構(gòu)縱向間距至少 100m。盾構(gòu)隧道襯砌采用鋼筋混凝土管片，每環(huán)管片由 6 塊管片錯(cuò)縫拼裝而成，管片內(nèi)徑為 5.4m，厚度為 300mm。管片混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C50，抗?jié)B等級(jí)不低于 P10，疊交段管片采用 M27（標(biāo)準(zhǔn)段為 M24）彎螺栓連接。

2　施工技術(shù)措施

2.1疊交段隧道注漿加固

為了減少地表累計(jì)沉降，保證后建隧道掘進(jìn)及地鐵運(yùn)營(yíng)安全，后建隧道掘進(jìn)前，需通過(guò)先建隧道管片上預(yù)留注漿孔對(duì)疊交段范圍內(nèi)夾層土體進(jìn)行注漿加固。當(dāng)后建隧道掘進(jìn)完成后，再通過(guò)后建隧道管片上預(yù)留的注漿孔對(duì)夾層土體再次進(jìn)行注漿加固。

2.1.1注漿位置及范圍

下線（左線）隧道管片襯砌上部 180°，上線（右線）隧道管片襯砌下部 120°范圍內(nèi)，通過(guò)管片上預(yù)留的注漿孔（重疊段標(biāo)準(zhǔn)塊及鄰接塊注漿孔均增加 2 處）對(duì)夾層范圍土體通過(guò)預(yù)埋鋼花管進(jìn)行注漿加固，疊交段夾層土體注漿加固范圍見(jiàn)圖 5。

圖5　疊交段加固范圍示意圖

2.1.2注漿參數(shù)

根據(jù)注漿壓力確定每孔注漿量，為防止注漿壓力過(guò)大造成管片開(kāi)裂及破損，注漿壓力為 0.3～0.6MPa，疊交段范圍內(nèi)土體均需進(jìn)行加固，經(jīng)加固后的夾層土體抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于 1 MPa。注漿量及注漿壓力應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的管片變形及位移情況隨時(shí)調(diào)整，防止注漿壓力過(guò)大造成管片破損。正式施工前應(yīng)對(duì)疊交段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確保加固土體范圍及強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.1.3注漿材料

采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，具體配合比參數(shù)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。

2.2下線隧道內(nèi)支撐加固

為防止上線隧道盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)造成下線隧道管片變形、破損，上線隧道盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，首先確定下線隧道支撐臺(tái)車(chē)與上線隧道盾構(gòu)機(jī)前后位置關(guān)系，在下線疊交段對(duì)應(yīng)上線掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)盾體下部及前后各 10m 采用移動(dòng)液壓支撐臺(tái)車(chē)進(jìn)行支撐（圖6）。支撐臺(tái)車(chē)前端距盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)距離控制在 10～14.5m 之間，當(dāng)?shù)侗P(pán)前方對(duì)應(yīng)的下線隧道支撐段只有 10m 時(shí)，上線隧道施工人員通知下線支撐臺(tái)車(chē)運(yùn)行人員移動(dòng)疊交支撐臺(tái)車(chē)，每次移動(dòng)距離為 4.5m，上線隧道掘進(jìn) 4.5m 后再次移動(dòng)疊交支撐臺(tái)車(chē)，如此反復(fù)進(jìn)行。支撐臺(tái)車(chē)移動(dòng)時(shí)上線隧道盾構(gòu)機(jī)停止掘進(jìn)，并只能進(jìn)行管片拼裝作業(yè)，移動(dòng)過(guò)程中支撐油缸壓力控制在 5MPa 左右。

圖6　支撐臺(tái)車(chē)橫斷面示意圖（單位：mm）

2.3下線隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

為了避免上線隧道推進(jìn)過(guò)程中造成下線隧道管片變形、破損，需要對(duì)管片襯砌結(jié)構(gòu)及連接螺栓進(jìn)行加強(qiáng)。對(duì)下線隧道管片主筋及分布筋進(jìn)行加強(qiáng)，外側(cè)主筋采用 4 根 Φ20mm + 8 根 Φ18mm（標(biāo)準(zhǔn)段為12 根 Φ16mm），內(nèi)側(cè)主筋采用 8 根 Φ20mm + 4 根Φ18mm（標(biāo)準(zhǔn)段為 6 根 Φ18mm + 6 根Φ16mm），分布筋采用 Φ12mm（標(biāo)準(zhǔn)段為Φ10mm）；管片環(huán)縱向連接螺栓加強(qiáng)為 8.8 級(jí) M27（標(biāo)準(zhǔn)段為 8.8 級(jí) M24），同時(shí)，為了增強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的空間剛度，管片之間采用錯(cuò)縫拼裝方式。

2.4上線隧道盾構(gòu)掘進(jìn)控制

2.4.1出渣量控制

為防止隧道上方土層損失造成地表沉降過(guò)大，隧道掘進(jìn)時(shí)，需嚴(yán)格進(jìn)行土方出渣記錄，當(dāng)每環(huán)管片出渣量大于 69.7m3時(shí)表明隧道超挖，應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)地表沉降，如果地表沉降加大或者沉降速率超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，應(yīng)馬上關(guān)閉螺旋輸送機(jī)停止出土，同時(shí)加大掌子面土倉(cāng)壓力，直到地表沉降控制在允許值范圍內(nèi)；當(dāng)每環(huán)管片出渣量小于 60.4m3時(shí)，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)地表隆起值防止地表隆起，如果隆起值或者隆起速率超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，應(yīng)適當(dāng)降低土倉(cāng)壓力，一般降低數(shù)值在 0.1～0.3bar 左右。

2.4.2土倉(cāng)壓力設(shè)定

嚴(yán)格以土壓平衡狀態(tài)下靜止水土壓力計(jì)算值作為盾構(gòu)掘進(jìn)施工的土壓設(shè)定值。掘進(jìn)過(guò)程中可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及地質(zhì)變化情況，在征得項(xiàng)目工程師同意下，對(duì)土壓設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)整和修正，以滿足信息化施工需要。

2.4.3推進(jìn)力和推進(jìn)速度

盾構(gòu)推進(jìn)速度過(guò)快不利于掌子面穩(wěn)定，且容易造成土倉(cāng)壓力值變化不均勻，盾構(gòu)推進(jìn)速度過(guò)慢則會(huì)加大對(duì)周邊土體擾動(dòng)且出渣量不容易控制。掘進(jìn)速度及推力的選定以保持土倉(cāng)壓力為目的，盾構(gòu)推進(jìn)速度正?？刂圃?2～4cm/min 范圍。

2.4.4盾構(gòu)姿態(tài)控制

盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，確保隧道實(shí)際中線與設(shè)計(jì)中線偏差在上、下、左、右均小于30mm，在圓曲線及緩和曲線段應(yīng)根據(jù)具體里程來(lái)控制掘進(jìn)方向和偏轉(zhuǎn)角度。

2.4.5同步注漿

為盡早填充盾尾與周邊土層間空隙，減少周邊地層損失造成地表沉降過(guò)大危及周邊環(huán)境安全，當(dāng)管片脫離盾尾后，通過(guò)盾尾注漿系統(tǒng)（雙泵四管路）對(duì)周邊建筑空隙進(jìn)行均勻充填。同步注漿采用單液漿，注漿壓力應(yīng)稍大于該點(diǎn)處?kù)o止水土壓力之和，這樣既能保證漿液均勻注入又能防止注漿壓力過(guò)大造成土層劈裂和管片開(kāi)裂。本區(qū)間同步注漿壓力為 0.2～0.4MPa。每環(huán)管片理論注漿量 4.05m3/ 環(huán)，根據(jù)地層條件及線路情況，實(shí)際每環(huán)注漿量控制在 5.67～8.1m3/ 環(huán)，盾構(gòu)注漿率取 1.4～2.0[4]。

2.4.6二次注漿

為了防止同步注漿漿液固結(jié)收縮以及注入不夠均勻等因素造成地表沉降過(guò)大，需要通過(guò)管片上預(yù)留注漿孔進(jìn)行二次注漿，進(jìn)一步填充管片與周?chē)翆涌障恫⑿纬擅軐?shí)的防水層，同時(shí)也達(dá)到加強(qiáng)管片襯砌結(jié)構(gòu)作用。二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，具體配合比參數(shù)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。二次注漿應(yīng)壓注在較大空隙一側(cè)，主要由注漿壓力控制，注漿壓力控制在 0.3～0.6MPa，具體控制值還應(yīng)根據(jù)隧道覆土厚度、地下水壓力及管片強(qiáng)度等進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定。

圖7　地表沉降時(shí)程曲線

圖8　拱頂沉降時(shí)程曲線

3　后建隧道施工對(duì)地表及先建隧道影響分析

紅筍區(qū)間下線隧道于 2014 年11月8日開(kāi)始從筍崗站掘進(jìn)，至 2015 年1月10日貫通；上線隧道于 2015 年1月10日開(kāi)始從筍崗站掘進(jìn)，至 2015 年2月16日貫通。

為了監(jiān)測(cè)疊交段上線后建隧道開(kāi)挖對(duì)下線先建隧道的影響，本文選擇位于紅筍區(qū)間疊交隧道段下線第 20、23、26、30 環(huán)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。施工過(guò)程中對(duì)地表沉降、下線隧道拱頂沉降以及管片鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖 7～圖 9 所示。

（1）上線隧道盾構(gòu)開(kāi)挖后地表累計(jì)沉降最大值為28.7mm，位于地表沉降控制值范圍內(nèi)。地表在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前由于掌子面壓力有少量隆起，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后沉降發(fā)展速率較大，后逐漸趨于平穩(wěn)。

（2）各環(huán)拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化量較小，變化速率較慢，基本趨于正常，位于可控范圍內(nèi)。

（3）管片鋼筋應(yīng)力變化較為明顯，主要是受拉，第 20 環(huán)管片鋼筋累計(jì)受拉為 25.52MPa，最大變化為4MPa，第 30 環(huán)累計(jì)受拉為 28.69MPa，最大變化為2.38MPa；各環(huán)管片鋼筋最大拉應(yīng)力狀態(tài)均發(fā)生在盾構(gòu)機(jī)在上線隧道中推進(jìn)至下線隧道管片對(duì)應(yīng)位置時(shí)，隨后鋼筋拉應(yīng)力逐漸減小，并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。上線隧道盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到下線隧道各管片相應(yīng)位置時(shí)，盾構(gòu)機(jī)自重及相關(guān)施工荷載導(dǎo)致下線隧道各管片鋼筋應(yīng)力有所增加。盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前推進(jìn)時(shí)，對(duì)下線隧道管片則存在一定的卸載效應(yīng)，其鋼筋應(yīng)力有一定程度減小，并最終趨于穩(wěn)定。

圖9　管片鋼筋應(yīng)力時(shí)程曲線

（4）以上各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，在對(duì)疊交隧道采取上述施工加固技術(shù)措施后，盾構(gòu)機(jī)在上線隧道掘進(jìn)的過(guò)程中，對(duì)地表沉降及疊交部分先期施工隧道管片結(jié)構(gòu)均影響不大，管片受力也較均勻，均屬于可控范圍內(nèi)。

4　結(jié)論

（1）地表沉降、先建（下線）隧道的拱頂沉降以及其管片鋼筋應(yīng)力，均隨著盾構(gòu)機(jī)在后建（上線）隧道中的位置變化而變化，最大值均發(fā)生在盾構(gòu)刀盤(pán)到達(dá)其相應(yīng)位置時(shí)，且隨著盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)而逐漸減小，并趨于穩(wěn)定。

（2）采取夾層土體注漿加固，先建隧道內(nèi)增設(shè)移動(dòng)液壓支撐臺(tái)車(chē)、管片襯砌結(jié)構(gòu)及連接螺栓加強(qiáng)，以及后建隧道盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制等技術(shù)措施，可有效控制后建隧道盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中先建隧道管片變形和地表沉降。

（3）后建隧道由于盾構(gòu)機(jī)自重及相關(guān)施工荷載會(huì)對(duì)先建隧道產(chǎn)生擠壓作用，后建盾構(gòu)通過(guò)后對(duì)先建隧道襯砌結(jié)構(gòu)存在一定的卸載作用。

（4）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明該工程所采用的技術(shù)措施合理、有效，可為以后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯 朱開(kāi)明

Design and Construction Technology of Superimposed Tunnel with Small Clearance Distance in Metro Sections

Liu Haizhi, Ye Jianzhong, Fu Yanjun

Abstract:The construction of small clearance distance superimposed tunnel mainly faces the influence of the tunnel structure and the two major problems caused by the superposition of the ground surface settlement caused by the construction of the tunnel. Taking section works between Hongling North station and Sungang station on Shenzhen metro line 7 as an example, the paper discusses the grouting reinforcement on the superimposed tunnel layer soil, describes the fi rst step to use mobile support trolley in the fi rstly excavated part in the tunnel， and to start segment lining structure for strengthening, to use control technology and other technical measures in the latter excavated shield tunnel advance period, effectively control deformation of segment lining and earth surface settlement to achieve the desired effect.

Keywords:metro, superimposed tunnel, construction technology

中圖分類(lèi)號(hào)：U455

基金項(xiàng)目：浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2014C33054）

作者簡(jiǎn)介：劉海智（1988—），男，工程師

收稿日期2016-01-22