复杂地质条件下重叠隧道进洞施工技术

陈晓忠

（中铁十八局集团有限公司 天津 300459）

1 工程概况

天津地铁5号线土建施工第15标段包括津塘路站、成林道站-津塘路站区间、津塘路站-大直沽西路站区间，共1站2区间。其中，成林道站-津塘路站区间，为左右线上下重叠设置，右线全长1 348.535m，左线全长1 348.235 m，最小净距2.28～9.17 m，最大纵坡为24.579‰，接收端最小覆土5.16 m。采用2台铁建重工ZTE6410土压平衡盾构施工，均从津塘路站向成林道站推进，成林道站盾构接收井为上下重叠设置，位于负一层和负三层。加固区附近无建筑物，管线已切改至加固区以外，离东风立交桥桥桩最近16m。区间隧道进洞段平面如图1所示。

图1 进洞段盾构隧道平面

下部隧道进洞段土质为⑧1、⑨1粉质黏土和⑨2砂质粉土，其中⑨2砂质粉土占下部隧道盾构断面的90%，隧道中心标高为-22.415 m；上部隧道进洞段土质为③1、⑥1粉质黏土和⑥6粉质黏土，隧道中心标高为-6.245 m。接收端地质剖面如图2所示。

图2 进洞段地质剖面

2 施工方案及技术措施

2.1 下部隧道盾构进洞技术

因上、下部隧道盾构为重叠隧道，且位于同一垂直断面，故下部隧道盾构的进洞将直接影响上部隧道盾构的进洞安全。为保证富水软弱地层盾构进洞施工安全，采用垂直冻结加固土层＋钢筋混凝土明洞接收施工［1-3］。

2.1.1 盾构进洞段地基加固

地层垂直冻结纵向加固长度为14.4 m，径向加固范围为隧道开挖工作面及开挖轮廓线以外3 m，冻结孔纵向分为3排，共45个冻结孔和4个测温孔。冻结孔布置如图3所示。

图3 下部隧道进洞段冻结加固

积极冻结时间为35 d，冻结帷幕交圈后，进入围护冻结阶段。围护冻结期盐水温度为-28℃～-30℃，直到明洞砂浆回填完成［4-6］。

2.1.2 钢筋混凝土明洞施工

根据盾构机和车站结构尺寸，在盾构接收井内施作长10.5m、宽7.75m、高7.81m、壁厚0.6m的混凝土箱体。混凝土箱体结构内钢筋与盾构井结构植筋连接。箱体顶板预留两个0.8 m×1.2 m检修孔，在接收箱侧墙预留6个注浆管，采用DN40镀锌钢管，在钢管周围焊接150 mm×150 mm的止水钢板，钢管外部接一个球阀。接收箱体结构如图4所示。

图4 下部隧道钢筋混凝土箱体（单位：mm）

打设水平探孔检查冷冻效果，探孔无水后方可进行围护结构自上而下分层分块破除施工［7］。

2.1.3 冷冻管拔出和接收箱回填

围护结构破除完成后，通过顶板预留口对明洞采用M1.5砂浆回填并振捣密实，砂浆配合比为水泥∶砂∶水∶粉煤灰∶矿粉∶减水剂∶防冻剂 ＝20∶1 000∶190∶355∶50∶5.1∶15.3。

回填完后，利用热盐水循环解冻冻结管，然后拔除冻结管，砂浆回填管孔用双快水泥封堵。整个冷冻管拔出时间控制在20 h以内。

2.1.4 盾构接收

盾构接收箱中接收与盾构机正常掘进一样，根据监测数据及时调整土仓压力、注浆压力及注浆量。接收过程中盾构机刀盘要保持时刻转动，防止冻住。

盾构进入明洞后，及时通过管片注浆孔进行注浆。浆液采用双液浆，加固范围为进洞段10环管片（采用多孔管片），每环多次、反复补注，以彻底封闭管片与洞门间的空隙［8］。

盾构机进入明洞并完成盾尾注浆封闭后，检查渗漏水情况。止水效果合格后，先拆除靠近端墙处的部分顶板，逐层开挖破除端墙，预先配备洞门封堵钢板，钢板上配置球阀，直至整个洞圈封堵完毕。

2.2 下部隧道加固技术

2.2.1 重叠隧道土体加固技术

为了增强隧道间土体的抗压、抗剪能力，减小运营隧道沉降，确保重叠隧道的施工和进洞安全。对上、下隧道间所夹土体进行注浆加固处理。加固完的土体具有均质性、独立性，加固体无侧限抗压强度不小于0.8 MPa，渗透系数应小于1×10-7cm/s。

注浆有效加固厚度不得小于3 m。加固范围为：上下隧道净距小于等于0.5D，加固范围为管片外3 m；上下隧道净距大于0.5D，加固范围为管片外3 m；重叠隧道过渡段L（左右线中心线距离）小于2D，加固范围为管片外3 m。注浆加固范围如图5所示。

图5 重叠隧道夹层土体加固（单位：mm）

注浆采用钢花管分层后退式注浆加固工艺，采用双液浆→单液浆→双液浆交替的注浆方式，以单液浆为主。采用双液浆控制浆液的扩散范围及浆液的流失，采用单液浆保证填充密实度和加固分层［9-10］。

总体注浆原则由上至下，同一衬砌环内不同注浆孔的注浆保持对称平衡。下线隧道全断面注浆顺序按底部→两侧墙→顶部，半断面注浆先两侧后洞顶；上线隧道按先两侧后洞底，两侧对称的方法对称注入。隧道纵向注浆顺序采取隔环跳打的方式，侧墙注浆孔采用“W”形式注浆（即左侧注完后注右侧）。注浆压力为0.5～1 MPa。

根据不同断面地质情况选取平均值计算注浆量：Q＝V×n×α×β（Q为注浆量；V为加固土体体积；n为孔隙率；α为填充系数，黏性土取0.8，砂性土0.9；β浆液消耗系数，黏性土取1.1，砂性土取1.2）。同时结合监测数据，选择最佳注浆参数与注浆量。单孔注浆量每次控制在1.5 m3之内。

注浆量和注浆压力双控。当达到以下条件之一时应停止注浆：当管片结构收敛达到10 mm、隧道上浮、管片错台及出现裂纹或地面隆起5 mm时；注浆口压力维持在1.0 MPa，维持时间较长，浆液难以注入时；单孔进浆量达到平均设计压浆量的1.5～2倍，且进浆量明显减少时；出现其他监测数据报警时。

2.2.2 重叠段先建隧道加固技术

为降低盾构机自重及掘进过程对下线隧道的影响，保护下线已建隧道。在下线隧道内，上线盾构机工作面前后一定范围内加设可拆卸环形钢支撑系统。

内支撑系统采用Ⅰ型钢支架与Ⅱ型钢支架纵向交错布置。每环管片设置2道钢支架（管片中心对称布置），每道环缝设置1道钢支架。Ⅰ型和Ⅱ型钢支架净距为40 cm，间隔交叉布置。钢环支撑示意如图6所示。

图6 重叠隧道钢环支撑

支撑长度为上线盾构机掌子面前方30～40 m、后方80～90 m范围内。支撑加固范围如图7所示。

图7 重叠隧道支撑钢环加固范围

2.3 上部隧道盾构进洞技术

上部隧道采用地面搅拌＋旋喷包角加固二次进洞接收施工。

2.3.1 上部隧道接收钢平台施工

在下部隧道盾构完成进洞并吊运退场后，在上部隧道盾构到达之前，必须搭设钢平台，以满足上部隧道盾构进洞需求。钢平台搭设在接收井原下部隧道盾构基座的位置上，钢平台下部有4排共16根φ800钢管柱支撑，辅以 10型钢剪刀撑增强整体性。φ800钢管柱支撑顶部为双榀56号工字钢，工字钢上部为双榀18号H型钢，再在18号H型钢上铺20 mm厚钢板，盾构接收托架安放在钢板上。上部隧道接收平台如图8所示。

图8 上部隧道接收平台（单位：mm）

2.3.2 盾构进洞段地基加固

上部隧道左线采用地面搅拌＋旋喷包角加固接收段土层。地面搅拌加固范围长度为11 m，结构顶部、两侧3 m及底部3 m的区域。结构上部3 m以上区域采用弱加固的加固方式，加固体指标qu28≥0.8 MPa，渗透系数不大于10-7cm/s。

地面搅拌加固采用桩径φ850@600的三轴搅拌桩机施工，水泥掺量25%，弱加固区（空桩）水泥掺量8%，梅花形布置，采用两搅两喷方式加固。

搅拌桩加固区与地下连续墙之间的缝隙（预留400～600 mm宽）采用两排φ800@400三重管双高压旋喷桩施工填补，同时在端头井角部和搅拌桩加固区角部相接处各设置4根高压旋喷桩进行包角处理。

2.3.3 上部盾构二次接收施工

上部盾构推进土压力以平衡状态土压力计算为准，出土量控制在理论量的98%，掘进速度20～40 mm/min，匀速推进至加固区。同步注浆采用可硬性浆液，上线隧道注浆控制在理论孔隙值的150%～200%，注浆压力不宜过大。

盾构仰俯角及隧道设计轴线坡度保持一致，接收基座安装高度低于盾构机刀盘20 mm，采用工字钢对接收基座前方和两侧进行加固。

洞门凿除前在洞门范围内打水平探孔检测土体加固的渗水性，达到设计要求后分块凿除洞门混凝土，保证进洞时无障碍物［11］。

盾构进洞采用二次进洞工艺。当盾尾进入加固区，在加固区和土体进行环箍止水。在盾构切口距洞门50 cm时，将土仓内的渣土排空，使土压力降到0。当盾尾约1.7 m留在洞圈内时，停止推进，完成第一次进洞，用弧形钢板对洞圈进行封堵，用预留的注浆管压注双浆液。浆液压注完毕，开始第二次进洞，直至盾构完全置于基座，再次用弧形钢板封堵洞圈压浆［12-13］。

3 施工监测

为监测进洞施工时对周边环境的影响以指导盾构施工，在盾构推进方向上，沿隧道中心线每20 m布设1个沉降测量断面，距离隧道轴线分别为2m、4m、6 m、12 m；以管线为基线，每15 m设1个观测点。

监测结果显示每个沉降断面的沉降曲线形状基本一致，均为穿越隧道正下方土体扰动最大；管线沉降表现为中间大、两端小，与盾构推进沉降槽的趋势一致。穿越正下方土体由于叠加二次扰动，加大了沉降量。穿越时间为3个月，地面及管线沉降范围均在＋10 mm～-30 mm，符合设计要求。

4 结论和展望

随着城市建设的快速发展，城市地下环境也日益复杂，各大城市轨道交通网络密度也进一步加强。受周边环境条件的限制及规划选线的经济性要求，必然会面临越来越多的重叠隧道盾构施工问题，这也对盾构隧道的施工增加了诸多挑战。

本文对天津地铁5号线成林道站-津塘路站区间隧道重叠进洞施工进行了详细介绍，针对工程的特点和地质环境风险，采用一系列工艺措施顺利完成盾构接收。监测结果表明，整个施工过程对周围环境的影响均控制在安全范围之内。