湖泊下双线隧道曲线段盾构相向平行推进施工技术研究

董远响

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司,上海 200063）

0 引言

随着经济的发展，我国正在大规模地开展城市市政工程建设，尤其城市轨道交通建设更是如火如荼。盾构法以建设速度快、施工安全、对地面建筑及交通干扰小的优势成为城市地下工程建设的首选[1]。

1 工程概述

1.1 工程概况

区间左线长1 912.772 m，右线长1 927.966 m，其中约1.3 km穿越阳澄湖，隧道距离阳澄湖底最小距离为10.2 m。受施工场地限制，左右线两台盾构机分别从中间风井小里程端和济学路站大里程端始发，相向推进，平行交汇位置位于湖底半径450 m圆曲线段，线间距约13.6～14.6 m，管片净间距为7～8 m。交汇停机时，两盾构机刀盘相距30环，右线（内隧道）掘进至315环，线路处于7.791‰下坡阶段，左线（外隧道）掘进至1 219环，线路处于7.662%上坡阶段。盾构施工平面示意图如图1。

图1 济学路站～中间风井区间盾构施工平面示意图

1.2 水文地质条件

交汇段地层自上而下主要为：③1黏土、③2粉质黏土、③3黏质粉土、④2粉砂夹粉土、⑤1粉质黏土、⑥1粉质黏土、⑥2粉质黏土。交汇停机位置盾构机所处土层为⑤1粉质黏土层、⑥1黏土（少量），交汇段地质剖面图如图2。左右线交汇时盾构机停机位置地下水对盾构机施工影响较小，上部阳澄湖水深约2.4 m，隧道顶距离湖底距离约10.4 m。

图2 交汇段地质横剖图

2 重难点分析

（1）针对盾构曲线段相向平行推进特殊的施工方法，如何减小交汇段隧道间的相互影响，防止管片产生横向位移和盾构机姿态变化，是一项难点。

（2）交汇位置位于径450 m圆曲线段，确定内外两条拐角隧道的推进顺序，是一项重点。

（3）曲线段两盾构对穿施工，交汇段中部土体应力场将产生交错和重叠现象，易使中间土体不稳定，导致出土量及土体稳定变化，出现中间土体空洞及地面坍塌状况[2]，因此减少对土体的扰动也是一项难点。

（4）交汇施工可能导致洞内测量基座扰动，影响盾构掘进测量精度，造成测量数据偏差较大，确保对穿施工测量基座稳定，是一项重点。

3 盾构湖底曲线段相向平行推进施工技术

3.1 总体方案

为降低盾构施工时的双向叠加影响，在左右线两台盾构机刀盘相隔30环时，右线（曲线内侧隧道）隧道一台盾构先停机保压，左线（曲线外侧隧道）隧道盾构匀速推进，当两盾构机盾尾错开10环后，内隧道盾构复推，完成平行交汇施工，平行交汇示意图如图3。

图3 平行交汇施工示意图

3.2 测量准备

（1）交汇施工里程复测。在两台盾构机交汇施工前，内隧道盾构机停机后需对两台盾构机的里程进行复测。复测所用的控制点需从地面业主交桩的大网平面及高程控制点传递至隧道内进行复测，为盾构交汇段的掘进和绘制掘进动态图提供依据。

（2）管片姿态及错台测量。内隧道盾构停机后，对停机隧道管片姿态及错台初始值进行测量，以便和交汇时的测量值进行对比分析，判断外隧道盾构机推进的挤压力及单侧卸载后地层的反作用力对内隧道的影响情况。

3.3 内隧道盾构停机风险控制

（1）盾构机交汇区段隧道顶部为④2粉砂夹粉土，下部为⑥1粉质黏土，典型的上软下硬土层，且盾构处于湖底，湖底水系发育，局部缺少隔水的黏土层。考虑盾构机停机期间盾体可能轻微上漂，盾构停机姿态略微低于设计高程，高程控制在切口-15 mm，盾尾-20 mm；水平姿态与设计轴线偏差控制在±10 mm，且切口与盾尾偏差不大于10 mm，在盾构机到达预停机位置前10环时开始进行姿态的调整。

（2）盾构机停机前1环，减小泡沫剂的注入量控制进入仓内的气泡量，同时减少出土量。停机后螺旋内的渣土反旋到土仓内，并向土仓内注入适量优质钠基膨润土，充分搅拌使膨润土浆液能够与仓内渣土混合均匀，气泡散发，增加土仓内实土体积，使盾构机顶部土仓压力宜比理论压力高0.01～0.02 MPa。如土仓压力下降低于警戒值时，则向土仓内注入膨润土泥浆，从而缓慢升高土仓压力至设定值，避免交汇施工停机过程中土压减小，造成刀盘前掌子面坍塌[3]。

（3）针对该项目盾构长距离下穿湖泊和相向平行推进，两台盾构机均在螺旋机入土口处安装前端手动闸门，并且盾尾采用加长设计，设置4道盾尾刷设计（3道采用钢丝刷，1道为钢板刷），停机后及时关闭手动闸门。在最后一环外弧面采用特制弧形钢板插入管片迎千斤顶面，用千斤顶顶住，确保停机阶段盾尾密封安全，防止停机时螺旋机和盾尾渗漏。

3.4 外隧道盾构掘进参数控制

外隧道盾构掘进对土体的扰动破坏了土体原始状态，隧道周围的土体应力会重新分布，引起周围地层的位移，会对内隧道和湖底产生影响。根据盾构掘进时两盾构机间的距离，将影响区划分为一般影响区（两盾构机刀盘相距30环到刀盘相遇区段）和重叠剧烈影响区（刀盘相遇到盾构机盾尾相距10环区段），外隧道盾构在不同区段掘进时必须严格控制推进参数，避免对地层扰动过大。

（1）土压力：合理设置土压力，土仓压力应能与地层土压力和静水压力平衡，并根据监测数据及时调整土压力值，以减少对土体的扰动。交汇段上土压控制值为0.18～0.19 MPa，停机时土压增0.01～0.02 MPa。

（2）推进速度：在盾构机交汇施工时应放慢推进速度，保持均匀、稳定，减小对土体的扰动。一般影响区推进速度控制在30～40 mm/min，重叠剧烈影响区速度控制在20～30 mm/min。

（3）出土量：理论计算出土量为每环43 m3，交汇重叠区域按照理论出土量98%控制，每环不大于出土42.5 m³。

（4）同步注浆：同步注浆采用准厚浆，每环开挖空隙的理论计算值为2.1 m3，每环注浆量一般为开挖空隙的210%～240%，一般区段每环的同步注浆量控制在4.4 m3，剧烈影响区每环的同步注浆量宜控制在5 m3，同步注浆压力控制在0.25～0.35 MPa，保证注浆饱满。通过增加注浆量和控制浆液配比，提高了浆液质量，保证隧道周边土体加固效果。为缩短浆液凝结时间，交汇段同步注浆浆液中每环添加50 kg速凝材料（通过现场试验），同步注浆初凝时间宜在5～6 h。

（5）二次补浆：二次注浆采用水泥单液浆，从盾尾后5环开始，尤其注意靠近内隧道侧二次补浆，交汇段二次补浆量宜为1.5 m3，补浆压力控制在0.4 MPa以内，采用注浆量和注浆压力双控。

3.5 双线曲线隧道盾构交汇防隧道偏移

（1）防止隧道管片出现较大错台。内隧道盾构机停机后，对交汇区段所有管片螺栓进行复拧，并对脱出盾构机盾尾前10环管片采用拉紧条拉紧，增加抵抗力。避免管片间出现较大错台，同时在管片纵向缝处粘贴错台便捷观察贴，方便观察管片错台情况，及时调整外隧道盾构推进参数。

（2）防止隧道轴线偏移。曲线段盾构交汇隧道间的相互影响主要为盾构推进挤压作用及盾构开挖卸载地层的反作用力。交汇施工时在采用同步注浆和二次注浆提高周边土体强度的基础上，在两刀盘相距50时，同时对两隧道盾尾后管片打环箍，每5环打一环环箍，外隧道推进时同样每5环打一环环箍，在管片背后形成止水环，同时对管片取到支撑作用，防止隧道轴线偏移。

（3）盾构相向掘进过程中，对停机区间的隧道轴线偏差进行测量，每掘进2环测量一次。

4 相向平行推进监测结果

（1）管片错台量。双曲线隧道盾构相向平行推进时，对交汇区段内隧道285～314环管片错台进行监测，管片错台变化情况见图4。内隧道复推后，对外隧道1 245～1 260环管片错台进行监测，管片错台情况见图5，其中管片错台变化最大值为2 mm。

图4 内隧道管片错台变化

图5 外隧道管片错台变化

（2）隧道收敛。相向平行推进交汇期间，由于隧道上方为阳澄湖，地表监测点无法布设，在右线（内隧道）260环至310环能通视的所有环布置隧道收敛测点，监测数据见表1。实施完成，相向平行交汇施工效果良好，实践表明：

表1 内隧道收敛

（1）湖底曲线段两盾构相向平行推进，在两台盾构机刀盘相隔30环时，内隧道盾构先停机保压，外隧道盾构匀速推进。当两盾构机盾尾错开10环后，内隧道盾构复推，完成平行交汇施工，是安全可行的。

（2）盾构曲线段相向平行交汇施工时，停机盾构机土仓压力宜增加0.01 MPa，推进盾构机速度宜在20～30 mm/min。

（3）对内隧道停机的盾构机盾尾的前10环管片采用拉紧条拉紧，每5环打一道环箍对管片进行支撑，对减小两台盾构的相互影响是有效的。

（4）在中心线间距大于13.6 m时，做好同步注浆、土体改良工作。设置合适的土仓压力，控制盾构掘进姿态、掘进速度和出土量，两台盾构湖底下曲线段相向平行施工，相互影响较小，交汇段成型隧道错台变化最大为2 mm，隧道收敛及拱底沉降情况良好。

监测数据显示隧道收敛测点数据变化较为平稳，无数据突变情况发生，隧道收敛变化最大为SLY306，累计变量为4 mm。

5 结束语

目前，盾构机湖底曲线段相向平行推进施工已顺利