小净距重叠区间盾构施工技术

小净距重叠区间盾构施工技术（武汉市汉阳市政建设集团公司 虞志鹏 汪定国）【摘要】随着城市轨道交通建设快速发展，城市地下空间开发利用规模不断扩大，地下工程的近接施工越来越多。本文针对武汉市轨道交通二号线一期工程18B标土建工程洪山广场站中南路站区间盾构隧道工程实践，通过采取相应施工技术措施，合理控制了盾构近距离穿越已建隧道(构筑物)时所引起的地层位移和对盾构结构本身的影响，保证了已建隧道(构筑物)和盾构隧道结构自身安全及使用功能和新建盾构的顺利掘进，对于地铁建设和城市地下空间开发利用具有十分重要的指导作用。【关键词】地铁 盾构 小净距 重叠区间1工程概况1.1工程概况武汉市轨道交通二号线一期工程18B标土建工程，工程包括车站和区间，洪山广场站位于洪山广场西侧广场下，为2号线与4号线换乘站。洪山广场站中南路站区间隧道，区间始于洪山广场南端，基本沿中南路道路中心布置，区间采用盾构法施工。2号线区间左线里程范围为ZK18+705.000ZK19+394.340，线路长689.34m，2号线区间右线里程范围为ZK18+705.210ZK19+397.560，线路长692.35m，线路总长1381.69m（双线）。4号线区间左线里程范围为ZK18+703.898ZK19+413.900，线路长710.002m，4号线区间右线里程范围为右ZK18+703.898ZK19+408.900，线路长705.002m，线路总长1415.004m（双线）。1.2工程地质、水文情况该段为长江三级阶地地貌，上部为中密填土，中部 7-2、7-2a、10-2、13-2为第四系粘性土，下部16a为三叠系石灰岩。石灰岩上部有溶洞发育，填土中有少量地下水，溶洞中地下水水量较大。隧道洞顶埋深1123m，隧道通过的地层主要为18c-3泥岩、17f-1 钙质泥岩，16a-3石灰岩、13-2粘土，11-1粉砂、10-2碎石粘土，7-2 粉质粘土；隧道以上的地层由上至下依次为1-1杂填土、1-2 素填土、7-2a粉质粘土。2工程特点洪中区间2、4号线在洪山广场站均为左右线上下重叠布置，2号线出洪山广场站后，左、右线首先平面分开，经350m曲线半径后，水平线间距拉大到10m，经430m平行段后，两线间距逐渐减小到8m，与中南路站相接。在纵剖面上，2号线左、右线在平面分开的同时，分别以22、20下坡为四号线左线上跨创造空间条件，之后左线以4、2上坡进入中南路车站；右线以4、21.5、2连续上坡进入中南路车站。区间总长705m。4号线出洪山广场站后，因中南路下穿隧道的影响，为保证隧道施工的覆土厚度要求，左、右线平面保持上下重叠布置，分别以15、24下坡下穿中南路下穿隧道的U型槽结构。之后左右线平面分开，左线以28上坡连续上跨2号线左右线隧道，以23.75、2下坡进入中南路车站；右线以12.1、2上坡进入中南路车站。区间总长709m。2、4号线到达中南路车站后，4号线左右线分别位于2号线两侧，在同一平面出洞。2、4号线左右线上下重叠净距近1.5m，重叠长度近50m，施工中采用先下后上的原则。详见图2洪山广场中南路站线路平面图。图2洪山广场中南路站线路平面图3施工技术措施3.1盾构区间注浆加固图3.1.1-1 2号线区间隧道土体加固剖面示意图施工中采用“先下后上”的原则，后施工隧道施工会对先施工隧道管片受力产生不利影响，施工中可能出现管片裂缝不满足规范要求的情况，对管片采取加强措施，两隧道夹层土体全部注浆加固。3.1.1加固范围2号线：左线：左DK19+030.000左DK19+150.000隧道周圈加固，加固厚度不小于1.5m。右线：右DK18+700.605右DK19+200.000隧道周圈加固，加固厚度不小于1.5m；右DK19+200.000右DK19+400.845隧道底部240范围内加固，加固厚度不小于1.5m。详见图3.1.1-1 2号线区间隧道土体加固剖面示意图，图3.1.1-2 2号线区间隧道土体加固剖面示意图。图3.1.1-2 2号线区间隧道土体加固剖面示意图4号线：左线：左DK16+740.000左DK17+240.923隧道下部120范围内加固，加固厚度不小于1.5m。详见图3.1.1-3 4号线区间隧道土体加固剖面示意图。图3.1.1-3 4号线区间隧道土体加固剖面示意图先对下洞进行加固，下洞加固完毕后再推进上洞，上洞的加固应在上洞二次注浆后；加固过程中应确保加固处与开挖面的距离在安全距离范围内。3.1.2加固设计参数区间隧道注浆加固采用38 t=3.0mm L=2.0m袖阀管，袖阀管由盾构管片吊装注浆孔打入，注浆采用42.5级普通硅酸盐水泥浆液或水泥-水玻璃浆液，注浆压力为0.51.0MPa，浆液配比根据现场试验进行确定，注浆压力可根据现场不同的地质情况进行调整。注浆加固施工完毕后，应对注浆加固体进行检验，应具有均质性、独立性，加固体无侧限抗压强度不小于0.8MPa，渗透系数应小于10-8/cm/sec。3.1.3施工注意事项（1）施工前必须对施工影响范围内的建（构）筑物、地下管线等的基础型式、埋深、结构现状情况进一步调查、落实、研究、分析和评估，制定合理的处理措施（拆迁、改移或加固预案等），并征得产权单位的确认，确保施工期间建（构）筑物、地下管线安全正常地使用及施工安全；（2）在靠近隧道管片时采用小压力控制注浆，注浆应遵循少量多次原则。注浆具体参数施工前应在地面对类似地层进行注浆试验，根据试验对参数做适当调整，并在施工中进行优化；（3）注浆过程中遇到承压水或在区间穿越岩溶地层附近遇到有承压性的岩溶水时，应做好注浆管的止水措施。打设注浆管时应做好对盾构管片的保护措施，打入注浆管后，应提前做好止浆措施；（4）施工时可根据具体袖阀管参数及施工工艺对管片外连接管构造及止水措施进行适当的调整；（5）注浆过程中防止出现窜浆、漏浆、跑浆现象；（6）管片注浆时预埋件外侧50mm混凝土应采用钻机开孔，严禁直接捅破；注浆过程中严格控制注浆压力，加强对管片结构的监测，当管片结构收敛达到10mm、隧道上浮、管片错台及出现裂纹或地面隆起时应立即停止注浆，并分析原因，及时调整方案。注浆终浆标准可采用注浆压力控制，达到设计终压后并稳定5min后可终浆（或采用地面注浆试验确定的注浆量的1.1倍控制）。注浆效果检验可采用无损物探检测，检测频率为10%。注浆完成结束后采取可靠措施封堵注浆孔，保证注浆位置不渗水；然后割除法兰盘，恢复颜色和管片一致，最后拧上配套O型圈密封盖。3.2门形钢支架加固后行隧道施工时对先行隧道纵向管片环间张开量影响较大，施工时对已施工的隧道纵向做整体加强，在隧道内采用门形钢支架并对其纵向相连，以加强管片的整体性。3.2.1钢支架使用范围和施工顺序（1）使用范围结合洪中区间4条隧道平面及竖向关系以及施工先后顺序等情况，设置三组钢支架，每组钢支架纵向长度为120m（即80环管片环向支架160环，纵向支架120m长）（详见图3.2.1钢支架加工示意图），钢支架使用范围如下：1）2号线右线整条隧道内循环使用；2）4号线右线隧道及2号线左线隧道，4号线右DK16+900.000右DK17+240.922范围循环使用，待完成后调至2号线左DK19+030.000左DK19+150.000范围固定使用；3）2号线右线隧道，2号线右DK19+070.000右DK19+190.000范围固定使用。（2）施工顺序1）水平近距离段隧道施工顺序为：先行隧道掘进、拼装增设预埋注浆孔管片同步及二次注浆利用预留孔插入袖阀管注浆洞内架设钢支架后行隧道正常掘进同步及二次注浆利用预留孔插入袖阀管注浆完成近距离推进段隧道施工拆除钢支架。2）上下重叠段及跨越段隧道施工顺序为：下行隧道掘进、拼装增设预埋注浆孔管片同步及二次注浆利用预留孔插入袖阀管注浆洞内架设钢支架上行隧道正常掘进同步及二次注浆利用预留孔插入袖阀管注浆完成上下重叠段隧道施工拆除钢支架。图3.2.1 钢支架加工示意图3.2.2钢支架安装要求（1）钢支架与隧道结构内壁预留50mm空隙采用三角硬木塞紧，三角硬木沿环向均布，且不少于16个，临近后行隧道侧适当加密，保证隧道管片整体受力均匀；为保证施工方便，钢支架考虑分段加工，接头采用M24螺栓连接；（2）纵向钢支架间采用螺栓连接，必要时设置帮焊角钢；（3）钢支架应在洞外加工成榀，并应进行整环试拼装，合格后编号，给洞内拼装创造条件。盾构运输轨道的高度应提前考虑洞内钢支架架设方便，避免后期施工麻烦；（4）支架布置形式及连接形式在保证控制管片变形的前提下，可以根据施工方便进行适当的调整；（5）钢支架架设应避开吊装注浆孔位置；（6）钢支架考虑循环利用，架设及使用过程中应注意钢支架的保护，避免后期因钢支架变形而无法继续使用。3.2.3施工注意事项对于上下重叠及跨越段在上行隧道推进过程中，加强监控量测，并在下行隧道中备好沙袋，根据监控量测数据，若下行隧道有上浮趋势，在下行隧道中摆放沙袋增加下行隧道负重。3.3二次补浆考虑4号线左线施工引起地表沉降较大，必要时采取背后二次补浆，注浆填充率不小于150%，管片补浆根据地质情况由注浆压力控制。管片补浆压力一般控制在0.300.40MPa。施工时，按5环/次注双液浆补强。3.4测量监测3.4.1测量监控目的及项目（1）测量监控目的采用监测系统对盾构隧道和地表的位移、变形等情况实时动态监测，重点考虑盾构施工深度及穿越土层的特性、受盾构穿越的建（构）筑物及邻近建（构）筑物结构特征以及与隧道的距离关系、近距离施工时后有隧道施工对先有隧道的影响监测。利用监测信息反馈指导施工，超前对已有隧道刚度加强及地层加固等，从而确保盾构近距离顺利掘进及既有隧道的正常使用。（2）测量监控项目监测项目包括：（1）洞内洞外观察；（2）隧道衬砌管片内力监测；（3）地表沉降；（4）地面建（构）筑物沉降；（5）管片周边收敛。3.4.2监测点埋设、测试与精度要求（1）主体结构与周边环境观察隧道施工后地层的工程地质特性、地表及地表裂缝情况。地下水类型、渗水量大小、位置、水质气味、颜色等。（2）隧道衬砌管片受力监测对于管片内力监测方案，按规范要求两个监测断面之间的距离不应超过50m，但由于衬砌内力监测是选测项目，因此，为降低监测费用，监测横断面的纵向间距增加到100m，共设7个监测断面。但为了确保所取得数据的合理、有效，在每个监测断面上布置较多的测点，如图3.4.2-1所示，即每个监测断面布设32只钢筋应力计，共需要应力计数量为7324896个。图3.4.2-1 钢筋计布置图（3）隧道地面沉降埋设方法：放出测点位置，钻穿路面，将普通水准标识送入路面以下。测试方法：沉降测量在施工影响范围之外布设23个高程起算点，且均与已知水准点定期联测，对起算点定期复核，确保起算点的准确性。测量采用精密水准仪，按国家二等水准要求观测。以附合或闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准控制点为基准，测算出各监测点标高。（见图3.2.2-2）图3.4.2-2地表沉降点埋设示意图 （4）周边建筑物沉降及位移埋设方法：建筑物监测点直接用电锤在建筑物外侧墙体上打洞，并将膨胀螺栓或道钉打入，或利用其原有沉降监测点。测量方法：每次观测宜形成闭合或附合观测路线，同时工作中按国家二等水准测量各限差要求进行测量，并符合国家二等水准的各项精度要求（见图3.4.2-3）。图3.4.2-3 周边建筑物测点埋设示意图（5）管片周边收敛埋设方法：按要求放出测点位置，在测点处钻孔，孔深约为8cm。在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可量测。布置详见图3.4.2-4。测量方法：采用收敛仪进行量测，量测时应记录环境温度，以便对测得数据进行修正。管片收敛管片沉降监测点a拱顶下沉图3.4.2-4收敛布置示意图3.4.3 监测频率与预警值基坑监测频率与预警值按下表3.4.3选取。盾构区间隧道监测频率与预警值表 表3.4.3监测项目监测仪器监测频率极限值监测精度累计值（mm）速率（mm/d）地面沉降水准仪掘进面距监测断面前后20m时1次/天；掘进面距监测断面前后50m 时1次/2天；掘进面距监测断面前后50m时1次/周；根据数据分析确定沉降基本稳定后，1次/月3030.1mm地面建（构）筑物沉降水准仪3030.1mm管片周边收敛收敛计环脱出盾尾后1次/天，距盾尾50m后1次/2天，100m后1次/周，基本稳定后1次/月2030.06mm管片沉降水准仪2030.1mm拱顶下沉水准仪、钢卷挂尺2030.1mm说明：极限值的70%为报警值，80%为警戒值。当出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率，并及时向委托方及相关单位报告监测结果：（1）监测数据达到报