龔 勝

廣東省基礎(chǔ)工程集團有限公司 廣東 廣州 510620

深圳市北環(huán)電纜隧道工程土建Ⅱ標的1#—5#豎井區(qū)間隧道，按照設(shè)計應(yīng)采用礦山法施工，且已完成了部分區(qū)間隧道暗挖、支護施工和沉井開挖下沉。原計劃電纜隧道應(yīng)先于7號線地鐵隧道之前實施并完工，但實際7號線地鐵隧道先于電纜隧道完工且軌道已敷設(shè)完畢。因設(shè)計邊界條件發(fā)生變化，為確保地鐵7號線安全，將該段1 964.5 m礦山法改為盾構(gòu)法施工，對在建礦山法變更為盾構(gòu)法屬國內(nèi)首次。

對在建礦山法隧道施工改為盾構(gòu)法施工需要克服的主要技術(shù)難點有：

1）變更后線路曲線段施工必須能同時滿足盾構(gòu)最小轉(zhuǎn)彎半徑要求及線路總體規(guī)劃要求。

2）已完成初期支護的礦山法施工段及已經(jīng)下沉到位的豎井處理措施。

3）已施工的5#豎井改造為盾構(gòu)始發(fā)井的實施方案。

4）盾構(gòu)機出洞及空推段實施方案及控制要點。

以盾構(gòu)施工為立足點，綜合分析現(xiàn)場施工情況，針對技術(shù)難點，逐個突破，不斷實踐、完善和總結(jié)，最終形成一套完整的在建礦山法變更為盾構(gòu)法施工工法，通過工程的檢驗，具有一定的推廣價值。

1 背景介紹

1.1 工程概況

深圳市北環(huán)電纜隧道長度約 12.6 km，主線自西向東分為1#—16#豎井。其中1#—8#豎井區(qū)間隧道采用礦山法施工，礦山法隧道采用A型斷面；8#—16#豎井區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑4.0 m，隧道外徑4.6 m。本電纜隧道工程早于地鐵7號線設(shè)計，原計劃電纜隧道在近距離的7號線地鐵隧道之前實施，而7號線地鐵隧道已先于電纜隧道完工且軌道已敷設(shè)完畢。1#—5#豎井區(qū)間隧道與地鐵7號線近似平行，最近距離為5.24 m，且位于地鐵7號線側(cè)下方。

1.2 地質(zhì)情況

地層出露主要為①1素填土、①2填石、②1粉質(zhì)黏土、②2粉砂、③1泥炭質(zhì)黏土、④含礫黏土、⑤1含卵石黏土等，區(qū)間隧道穿越地質(zhì)主要地層類型為⑥1礫質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑦1全風化粗粒花崗巖、⑦2強風化粗?；◢弾r、⑦5微風化粗?；◢弾r，所占比例分別為28.38%、16.16%、14.92%、15.64%，區(qū)間隧道拱頂埋深7.737～14.046 m。

1#—5#豎井區(qū)間段構(gòu)造帶巖石裂隙較發(fā)育，巖體較破碎、地下水量大、填石層較厚，填石中地下水會通過基巖風化裂隙及構(gòu)造裂隙向其下方的隧道圍巖補給地下水。

1.3 施工現(xiàn)場情況

1#—4#豎井已施工至底板，5#—16#豎井已施工完成，8#—16#豎井盾構(gòu)區(qū)間隧道掘進完成約90%，8#—5#豎井暗挖區(qū)間已施工完成，5#—4#豎井暗挖區(qū)間施工至龍珠段K2＋066.670，地鐵7號線DK7＋300—DK7＋381軌頂產(chǎn)生沉降49 mm，該礦山法掌子面封閉停工，地鐵7號線對隧道管片修復(fù)和道床重做處理。

2 方案變更

2.1 1#—5#豎井區(qū)段隧道變更為盾構(gòu)法施工

由于實際邊界條件發(fā)生了變化，為確保地鐵7號線運營安全，將1#—5#豎井區(qū)間段1 964.5 m由礦山法改為盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)機從5#豎井分體始發(fā)，到達1#豎井，為一次始發(fā)和一次到達。電纜隧道平面位置往北側(cè)偏移，把與7號線水平凈距由東側(cè)的5.24 m調(diào)整至西側(cè)的13.40 m?？v斷面整體抬高至地鐵7號線隧底標高以上，電纜隧道施工位置調(diào)整后，可有效降低隧道施工對地鐵7號線的影響，同時施工方法改變后，減少了施工降水和爆破施工地鐵隧道的振動影響[1-2]。

改線后區(qū)間隧道最小覆土厚7.737 m，最大覆土厚14.046 m。最小平曲線半徑300 m，最大縱坡3.255%。盾構(gòu)隧道內(nèi)徑4.0 m，隧道外徑4.6 m，管片采用楔形量為34 mm通用管片，采用C50、P12混凝土，管片厚度為300 mm，寬度1.2 m，管片均采用六分塊。

2.2 5#豎井設(shè)計改造

對已施工完成主體結(jié)構(gòu)的5#工作井進行設(shè)計改造,使之成為盾構(gòu)始發(fā)井，以滿足盾構(gòu)始發(fā)要求。5#豎井主體結(jié)構(gòu)為地下3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，豎井深度為19.8m。采用分層加固、分層拆除的方案對豎井進行改造，改造后平面尺寸為9 500 mm×11 500 mm，將原礦山法施工洞口改為滿足盾構(gòu)始發(fā)要求的圓形洞口。

2.3 原礦山法隧道廢棄回填

5#豎井往4#豎井區(qū)間隧道采用礦山法已施工149.05 m初期支護，為A型斷面，隧道開挖面積18.9 m2。該段采用片石混凝土封堵回填，按照“水平分段、豎向分層、由內(nèi)向外”的順序施工，在水平方向≤30 m為一個節(jié)段，每個節(jié)段在豎直方向分為3層分別進行混凝土澆筑。封堵混凝土采用C15自密實混凝土，坍落度控制在250～270 mm。每段封堵混凝土施工后，對隧道頂部繼續(xù)進行灌漿施工，使混凝土無法澆筑密實的區(qū)域封堵密實。

2.4 盾構(gòu)空推段隧道初期支護

XK2＋155—XK2＋215.716里程段為盾構(gòu)空推段，采用礦山法擴挖，為D型斷面，隧道開挖面積為24.98 m2，盾構(gòu)空推段與原礦山法隧道局部重疊，重疊范圍從小里程往大里程方向逐步增加，從相鄰至完全重疊。將礦山法帷幕注漿改為全段面注漿。

2.5 導(dǎo)向平臺設(shè)置

盾構(gòu)在進入空推段隧道前需提前施工導(dǎo)向平臺[3-4]，弧形導(dǎo)向平臺采用C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚度為150 mm，導(dǎo)向平臺弦長2 450 mm，導(dǎo)向平臺中線為隧道中線，施工范圍為拱底60°范圍，導(dǎo)向平臺內(nèi)輪廓半徑為2 450 mm，導(dǎo)向平臺內(nèi)表面與盾構(gòu)機刀盤外輪廓間預(yù)留20 mm空隙。導(dǎo)向平臺設(shè)φ12 mm雙層鋼筋網(wǎng)，間距150 mm×150 mm。為確保盾構(gòu)順利實現(xiàn)空推，導(dǎo)向平臺的施工精度必須滿足要求，導(dǎo)向平臺模板采用廠家定制的弧形模板，并在澆筑前預(yù)埋槽鋼。導(dǎo)向平臺是盾構(gòu)機通過隧道時的下部支撐，其施工精度直接決定著盾構(gòu)機的姿態(tài)。導(dǎo)向平臺施工模板定位后必須進行測量復(fù)核，混凝土澆筑后應(yīng)進行標高的復(fù)測，確保導(dǎo)向平臺的標高偏差在0～15 mm以內(nèi)。

2.6 聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置

改線后的2#—4#中間豎井均未處于線路上，由于1#—4#豎井已施工至底板，故豎井位置已無法調(diào)整。盾構(gòu)線路最小轉(zhuǎn)彎半徑不小于250 m，為減少施工對地鐵7號線以及周邊建（構(gòu)）筑物的影響，考慮盾構(gòu)線路無法進入2#、3#和4#豎井，因此采用盾構(gòu)從豎井旁通過，設(shè)置3座聯(lián)絡(luò)通道，分別與側(cè)向的2#、3#和4#豎井連接，盾構(gòu)隧道施工完成后從豎井側(cè)壁施工聯(lián)絡(luò)通道將隧道與豎井相連，每個聯(lián)絡(luò)通道部位采用4環(huán)1.5 m寬的鋼管片。2#豎井聯(lián)絡(luò)通道采用A1型斷面，開挖面積18.9 m2，長2.1 m；3#、4#聯(lián)絡(luò)通道采用A3型斷面，開挖面積17.35 m2，長分別為29.7、24.2 m。

3 方案實施

3.1 總體施工安排

先對5#豎井進行改造，以滿足盾構(gòu)始發(fā)施工要求，然后進行廢棄礦山法隧道回填，回填后開始施工盾構(gòu)空推段隧道初期支護，初支完成后澆筑導(dǎo)向平臺。盾構(gòu)機從5#豎井分體始發(fā)，空推至擴挖段掌子面后開始掘進，掘進100 m后進行后配套下井連接，形成整機掘進，掘進到達1#豎井后拆機吊出，隨后施工2#、3#和4#聯(lián)絡(luò)通道、洞門和墊層。

3.2 豎井改造施工

在地下1層、地下2層拆除前，首先利用鋼梁對豎井進行加固，鋼梁為焊接方形鋼梁，構(gòu)件數(shù)量較多，需拼裝組合，由鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家直接生產(chǎn)，然后運送到工地進行安裝。鋼梁與框梁之間采用千斤頂和楔形鋼板頂緊。鋼梁采用100 t汽車吊逐段吊裝，鋼梁安裝就位后，采用超薄型千斤頂RSM-1500逐個在支頂牛腿處預(yù)頂鋼梁，縱梁單邊千斤頂均為10組，橫梁單邊千斤頂為9組，每層38組，共76組。其中地下1層鋼梁千斤頂?shù)脑O(shè)計預(yù)頂力為300 kN，地下2層鋼梁千斤頂?shù)脑O(shè)計預(yù)頂力為500 kN。施加至設(shè)計頂力后，迅速在鋼梁支承牛腿與環(huán)框梁之間插入楔形鋼板頂緊，在鋼梁與側(cè)墻之間填充干硬性砂漿，充分搗固密實。

主體結(jié)構(gòu)采用金剛石繩鋸輔以水鉆切割分塊方法拆除梁、板和柱，拆除時按照先板梁后柱、從上往下的原則進行。分段切割后的混凝土塊采用汽車吊吊至地面，統(tǒng)一外運出場后，在場外進行破碎。

3.3 礦山法隧道擴挖施工

對已經(jīng)完成初支的小斷面礦山隧道區(qū)間擴挖為盾構(gòu)空推斷面，施工過程中根據(jù)重疊關(guān)系和地質(zhì)條件采用不同的施工方法。當重疊面積大于擴挖面積且圍巖較好時，采用臺階法施工，臺階長度3～5 m，為方便機械作業(yè)，上部開挖高度控制在3 m左右。當重疊面積小于擴挖面積或者圍巖較差時，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工。

施工過程中靈活調(diào)整拆除原隧道支護和擴挖的施工順序，在漸變初段，擴挖量較少，為方便快速立拱，盡快完成支護體系轉(zhuǎn)換，此階段可采用先拆原拱架、后擴挖的施工順序。第1榀拱架拆除前，先在2榀拱架中間采用PC60型小挖機破碎錘開口，再用氧焊切除連接筋和鋼筋網(wǎng)片。每次拆除不得超過1榀拱架，且按上臺階、下臺階的施工順序分段進行拆除。

隨著擴挖隧道重疊面積減小，擴挖面積逐漸增大，出于安全考慮，盡量減少圍巖暴露時間，并充分利用原礦山拱架作為開挖臨時支撐體系，此階段采用先擴挖、后拆原拱架的施工順序。為充分利用原隧道空間，局部區(qū)段先在原礦山隧道內(nèi)施打注漿錨管后開挖，確保施工安全和圍巖加固穩(wěn)定。在擴挖階段，邊擴挖邊插入短注漿錨管至擴挖輪廓線，并與格柵拱架固定為整體。

3.4 盾構(gòu)空推實施

盾構(gòu)機分體始發(fā)后，根據(jù)刀盤與導(dǎo)向平臺之間的關(guān)系，調(diào)整各組推進油缸的行程，使盾構(gòu)姿態(tài)沿設(shè)計線路方向推進[5]。前期施工時推進速度一般控制在15～30 mm/min之間，下部油缸壓力略大于上部油缸壓力。盾構(gòu)推進時，派專人在盾構(gòu)機前方檢查、監(jiān)測盾構(gòu)機推進情況，主要檢查隧道初支是否有侵限情況、盾構(gòu)前體下部與導(dǎo)向平臺的結(jié)合情況等。盾構(gòu)推進時，刀盤前方的監(jiān)測人員與盾構(gòu)主司機要緊密配合，使盾構(gòu)機沿導(dǎo)向平臺的中心進行前移，保證盾構(gòu)前移時管片受力均勻。盾構(gòu)機向前空推時，混凝土導(dǎo)向平臺必須清理干凈，以便盾構(gòu)機能在導(dǎo)向平臺上安全順利推進。盾構(gòu)機進入圓形礦山法隧道后，將按導(dǎo)向平臺向前推進，由于刀盤前方無土體壓力，所需推力進一步減小，本階段關(guān)鍵要及時做好管片的固定，即礦山法隧道與盾構(gòu)管片空隙的填充及注漿工作[6-8]。管片的固定采用豆礫石充填結(jié)合注漿封閉方式進行，采用4～10 mm的豆礫石將建筑間隙充填密實，盡早建立管片的支撐體系，以防止隧道巖體變形失穩(wěn)和管片錯動失穩(wěn)。

盾構(gòu)機空推至擴挖段掌子面后開始掘進，掘進100 m后進行后配套下井連接，形成整機掘進。

4 結(jié)語

隧道施工方法繁多，一般受工程規(guī)模、工期、隧道埋深、技術(shù)條件、地質(zhì)及水文情況、地上和地下構(gòu)（建）筑物等因素影響，施工環(huán)境會隨時間而變化，地質(zhì)和水文情況往往也無法準確預(yù)測。就本工程而言，當施工條件發(fā)生變化而導(dǎo)致無法按原計劃施工時，通過綜合分析現(xiàn)場施工情況，對在建隧道施工方法變更的實施技術(shù)難點進行研究與攻克，最終形成一套完整的在建礦山法變更為盾構(gòu)法施工工法，通過工程的檢驗，達到了預(yù)期目標，確保了鄰近地鐵的正常運營，可為類似工程設(shè)計和施工提供借鑒。