地铁超限盾构隧道暗挖改造设计

张恒睿

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

Reconstruction Design of Subsurface Excavation of Metro Shield in Tunneling Deviate from the Original Line

ZHANG Hengrui

地铁超限盾构隧道暗挖改造设计

张恒睿

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

Reconstruction Design of Subsurface Excavation of Metro Shield in Tunneling Deviate from the Original Line

ZHANG Hengrui

摘要以成都地铁1号线南延线华阳站—广都北站区间右线盾构隧道严重超限事故为例，详细论述以恢复原设计高程为目的的暗挖改造处理方案、施工步序、重点关注部位及处理措施。

关键词盾构隧道超限暗挖改造设计切割管片

1工程概况

成都地铁1号线南延线华阳站—广都北站区间，自华阳站南端头华广明挖区间出发，以半径350 m的左转曲线进入广都北站西端头。沿线下穿天府大道、晋元鸿阁一号小区楼、华油集团腾龙公司库房，侧穿城南名著14、15号楼，盾构区间左线隧道已施工完成(如图1)。

图1　超限隧道纵剖面

2014年3月7日，盾构机从广都北站西端头右线始发，向华阳站方向掘进，当盾构机掘进至第59环时，对管片姿态进行测量发现，第16～59环管片均出现不同程度的竖向偏差，最大偏差出现在第59环，高出设计高程2 260 mm。

2处理方案

经各方研究讨论，提出了两种解决方案：一是调线调坡方案，利用现状已施工完成的59环盾构隧道，根据前后技术条件，调整线路纵断面设计，盾构机继续推进；二是恢复原设计线路方案：对已施工盾构段进行暗挖改造，恢复线路至原设计高程，新增盾构井，盾构机重新始发。经综合、深入比较，调线调坡方案虽能利用现状已施工完成的隧道，方便施工，节省投资，有利于工期推进，但该方案对区间后续运营及维护存在长期影响，综合考虑，相关各方决定采取恢复原盾构区间纵断面设计高程的改造方案。具体步骤如下：

①在里程GYDK25+507.0～GYDK25+528.233(短链6.933m)设置一座盾构接收井，将现有的盾构机解体吊出。

②现有盾构机吊出后，从接收井向广都北站方向进行超限段暗挖改造施工。

图2　暗挖改造方案示意

③增加一台盾构机，从华广明挖区间南端头始发，施工剩余隧道，到达盾构接收井后解体吊出(如图2)。新增盾构接收井至广都北站区间超限隧道暗挖改造段全长65.987 m，隧道结构形式为单线单洞断面，线路平面为直线段，区间左右线线间距15 m。隧道最大线路纵坡为24.872‰，最小纵坡为2.0‰，竖曲线半径为3 000 m，隧道拱顶埋深为10.3～9.3 m。

根据隧道超限情况、断面形式、埋深及所处地质条件，为充分利用既有管片的承载能力，将暗挖改造段隧道分为局部拆除管片段和全部拆除管片段：由广都北站向华阳站方向，右线16环～33环管片全部拆除；34环～39环拱部120°管片保留；40环～59环拱部150°管片保留；1环～15环管片超限情况在规范允许范围，无需进行改造，但需提前对管片采取纵向拉结措施，避免改造段施工导致该段管片松弛变形、环缝增大、渗漏水等情况。

改造段隧道采用浅埋暗挖法及喷锚构筑法进行设计和施工，提前加固地层，分步破除管片；采用复合式衬砌结构，即以锚杆、钢筋网、喷射混凝土和钢架为初期支护，以模筑钢筋砼为二次衬砌，初期支护与二次衬砌间设全封闭防水隔离层。

3暗挖改造措施及施工步序

3.1　局部拆除管片段

暗挖改造段管片拱部180°范围提前径向注浆加固，保留管片范围注浆管端部设置垫板，垫板尺寸为150 m×150 m×10 mm。边墙180°～270°范围在拆除管片、局部开挖、架设格栅钢架后，打设钢花管并注浆，以稳定边墙，注浆管端部与格栅钢架焊接牢固。

施工时应根据实际情况充分利用既有管片拼接接缝，确定管片保留范围，减少切割线，保证管片的整体性，保留管片以不侵入暗挖隧道二衬结构为原则，在纵向切割线上方40 cm处打设锁脚锚管。考虑现场空间条件限制，锁脚锚管长度按不小于3 m，角度按不小于10°控制，在可实施的条件下尽可能加大锚管长度和角度。锚管与管片开孔间空隙需以混凝土填充密实；锚管端部用槽钢连接进行纵向加强，锚管与槽钢间需加垫钢材密贴，使其共同受力。环向切割步距为半幅(0.75 m)管片。

拆除已切割好的半幅管片，局部开挖，初喷，敷设钢筋网，架立格栅并打设锁脚锚管，复喷至设计厚度。按相同步序拆除另外一侧及底部的半幅管片，架设横撑。

台阶法开挖底部土体，架设格栅，使初支封闭成环。

铺设隧道仰拱底部自粘防水卷材及细石混凝土保护层，绑扎钢筋，浇筑底板及部分边墙。

沿初支及盾构管片内侧敷设防水卷材，分段拆除型钢横撑，每次拆除长度不大于6 m，施做剩余边墙及拱顶二衬结构。

待二衬强度达到设计强度的100%以上时，泵送C25、P6防水混凝土，回填隧道拱部与盾构管片间的空隙，回填未密实处，通过二衬拱部预埋注浆管注浆回填(如图3)。

图3　局部拆除管片断面

3.2　全部拆除管片段

施工降水，暗挖改造段管片拱部180°范围提前径向注浆加固。

分块拆除拱部及边墙0.75 m宽度范围内管片，局部开挖，打设双排超前小导管，进行超前注浆加固，初喷，敷设钢筋网，架立格栅并打设锁脚锚管，复喷至设计厚度。

拆除底部0.75 m宽度范围管片，局部开挖，初支封闭成环。重复上述步骤，进行下一循环。

铺设隧道仰拱底部自粘防水卷材及细石混凝土保护层，绑扎钢筋，浇筑底板及部分边墙。

分段拆除型钢横撑，每次拆除长度不大于6 m，施作剩余边墙及拱顶二衬结构。

通过二衬拱部预埋注浆管对二衬与初支之间空隙进行注浆回填(如图4)。

图4　全部拆除管片断面

4需重点关注部位及处理措施

4.1　管片拆除

本超限隧道暗挖改造段管片拆除遵循“先加固，后拆除；边拆除，边支护”的原则进行设计。施工前先进行施工降水、径向注浆(注浆管端部设置垫板)、打设管片锁脚锚管等措施，以便改善地层条件，保护非拆除管片，对于全拆段，还需先打设双排超前小导管并注浆后，方可进行管片拆除施工。对于局部保留段管片，施工时应根据实际情况充分利用既有管片拼接接缝，确定管片保留范围，减少切割线，保证管片的整体性，保留管片以不侵入暗挖隧道二衬结构为原则。

开始施工时，每次拆除管片尺寸不得大于0.75 m×2 m，对于全拆段，拱部不得大于0.75 m×1.5 m，避免因管片背后的附着力太大导致地层塌方。

保留段管片上架设的工18型钢支撑水平间距按1 m设置，施工后可根据现场监测情况进行调整，但需经参建各方确认。

1～15环为非改造段盾构区间，需提前对管片采取纵向拉结措施，避免改造段施工导致该段管片松弛变形、环缝增大、渗漏水等情况。

4.2　局部保留段既有管片与格栅钢筋连接

局部保留段既有管片与格栅钢架通过L125X80X10角钢及M24螺栓连接，连接质量需满足相关规范要求。

4.3　区间下穿建筑物及管线

本暗挖改造段在GYDK25+544.5～GYDK25+592.727范围内下穿华油集团供应站腾龙公司1层办公楼及车间，该办公楼及车间为扩大基础。

施工前需对地面影响范围内建筑物进行详细调查，对其基础、结构状况进一步核实，对其倾斜、裂缝等状态进行详细记录。现场加强监控量测，当建筑物的沉降超过监控量测警戒值(警戒值按照控制值的80%取值)时，各参建方现场分析判断后对建筑物基础进行单排袖阀管跟踪注浆加固。

燃气管线根据监测情况确定其加固措施，若管线沉降达到报警值需立即分析管线沉降的原因，对下陷段燃气管道挖开清除周边覆土、对燃气管两侧设置砖砌挡墙，管道周边采用填砂处理，恢复管道到初始高程；同时加强隧道洞内的支护参数，确保燃气管线的安全。

4.4　暗挖二衬与新建盾构井及盾构管片的连接及防水

暗挖二衬与新建盾构井环梁通过预留钢筋接驳器进行连接，与盾构管片通过纵向螺栓进行连接，同盾构管片连接处环梁和暗挖二衬一次性浇筑。

接缝处防水通过涂刷高渗透改性环氧防水涂料、预埋缓膨型止水胶条、可重复式注浆管等方式进行防水，同时设置不锈钢接水槽，将少量渗水引入区间排水沟。

4.5　施工监测

本段隧道采用信息化设计和施工，施工中应重视和加强监控量测工作，把监控量测工作贯穿于施工过程的始终，并应及时反馈信息指导设计和施工，确保隧道结构施工安全、经济。

开始进行管片拆除施工时，应适当缩小测点布置间距，增加测量频率。拱顶下沉、洞内收敛两项目，在开始拆除起点处前后5环管片时，每环均应布置。

5方案实施情况

本方案经反复研究、多方论证，最终顺利实施，施工工期约为6个月。目前华广区间隧道已全面贯通，通过验收，施工过程安全可控，洞内洞外监测结果表明，各沉降及变形指标均在允许值范围内。

6结论

(1)经调查认定，此次事故是一起因导入了错误的计划线数据、测量复核不到位、教育培训不到位、项目管理不到位等因素造成的责任事故，可作为盾构施工事故典型案例，引起全行业重视。

(2)本盾构隧道超限值2 260 mm，涉及区间长度近70 m，属浅埋隧道，地层条件较差，全范围采用暗挖法进行改造，隧道超限数值、改造规模及实施难度堪称国内罕见，可为今后类似事故处理提供宝贵经验和参考。

(3)超限盾构隧道管片拆除应遵循“先加固，后拆除；边拆除，边支护”的原则进行，严格按既定工序施工，不得冒进；拆除过程需严格控制每次破除管片的尺寸，由小及大，逐步掌握管片破除的经验及破除前后管片和地层受力变形规律，以使整个施工过程安全可控。

参考文献

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[7]中华人民共和国铁道部.TB 10003—2005铁路隧道设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2005

中图分类号：U457+.6

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)02-0059-03

作者简介：张恒睿(1984—)，男，2009年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，工程师。

收稿日期：2015-01-13