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地铁区间叠线隧道下穿洪湖盾构法施工技术


(浙江省交通规划设计研究院

0引言
    随着轨道交通线网规模的不断扩大及运营服务标准的提高,不同线路间的换乘及联络日益频繁。同时,受既有周边环境的制约,区间隧道间的空间关系变得更加复杂,不仅出现了十字形或小角度交叉,而且左右线上下平行重叠的区间隧道也相继在上海、北京、深圳、杭州等城市的轨道交通工程中出现,由于地铁建设环境复杂,地铁区间叠线隧道盾构法施工也不可避免要下穿既有建筑物,给设计与施工带来了巨大的困难。本文在分析笋洪区间下穿洪湖施工风险的基础上,重点介绍地铁区间叠线隧道下穿湖泊盾构法施工技术,为今后类似工程提供技术参考。
1工程概况
    笋洪区间线路靠近洪湖站末端约250m处穿越洪湖,穿越部分为南半区,总面积约30万m2,景观较少,为洪湖公园的次要景区。湖面下穿段右线隧道埋深5.5~7m,左线隧道埋深14~18m。左线隧道主要位于微风化(长150m)、中风化、强风化层中;右线隧道位于全风化、强风化、砾质粘性土中;上方主要为淤泥质粘土、粉质粘土、粗砂、砾砂、卵砾、圆砾。
2叠线隧道下穿洪湖施工风险分析
    隧道顶部覆土多为淤泥质粉质粘土、砂质粘性土、粗砂、砾砂、卵砾,局部地段圆砾和砾砂已进入右线(上洞)隧道开挖范围;土体含水量丰富,渗透系数高;湖水覆盖面积大;极易发生坍塌、透水事故,保压困难,人员进仓换刀和处理孤石风险很高。右线(上洞)隧道洪湖东侧下穿段覆土浅(厚度小于6m,段长为60m),其覆盖层为沙层和淤泥层,此段盾构掘进土压平衡难以建立,压力低时开挖面坍塌,地表沉降;压力高时隧道顶覆土隆起。若最大隆起值得不到有效控制,土压力易击穿有效隔水层,产生透水裂缝,湖水倒灌、喷涌,严重影响隧道和施工安全。另外,隧道运营后,湖底清淤等开挖施工会进一步减小覆盖层厚度,对地铁运营造成重大威胁,存在较大的安全隐患。左线(下层)隧道穿湖段存在约为150m长的硬岩段,根据地勘报告,其天然抗压强度最大为114MPa(湖区最大为99.6MPa)。左线盾构穿越硬岩段长、硬岩强度大,此硬岩段的掘进会引起盾构刀具严重磨损、掘进速度慢等一系列问题。区间隧道过洪湖段为小净距重叠隧道,左右线隧道间夹持土层厚度为3~4m,受开挖扰动影响大,地层承载力不足,上洞隧道施工过程中极易引发下洞隧道变形,严重影响已完成隧道的稳定性。同时,下层隧道施工将不可避免地扰动上部地层,导致地层强度显著下降,透水性增强,大大增加右线隧道的施工风险。
3叠线隧道下穿洪湖施工技术
3.1砂层、地下水及地表水的处理
    (1)围堰、排水措施。为保证隧道上方无湖水,在隧道下游做一个防水围堰,在荷花池泄水口处也做一个截水围堰,然后抽干两围堰之间的水,采用5根Φ1000mm的混凝土管连通,如图1所示。
 
    (2)砂层加固措施。对隧顶存在砂层且隧道与砂层间隔水层小于2m的砂层进行搅拌桩格栅加固。加固长度为120m,宽度为18m,深度分别为6m、3m,如图2所示。
 
3.2浅覆土筑岛施工
    对埋深小于6m的隧道顶部(18m)进行覆土,筑岛回填,以保证盾构有足够覆土条件。回填土厚度为3m,两侧放坡为1∶1。施工过程如下。
    (1)测量定位。采用全站仪测量筑岛位置,按照平面图放出控制位置,填筑过程中用水平仪测量填土标高。
    (2)基地处理。填筑前尽量清除围堰底湖床范围内的水草及杂草。
    (3)填料。填筑粘土计划采用洪湖站和田贝站开挖基坑土方,由自卸车运输至施工现场直接进入围堰,后退卸料;填筑时采用竖向填筑法填到湖水面以上,然后采用分层填筑法完成。
    (4)摊铺初平及碾压。填料由推土机采用进占法推至湖道内,分层填筑碾压,每层碾压高度为30cm,压实度不小于95%,为保证设计宽度,要求填筑宽度比设计宽度宽30~50cm。碾压采用16t压路机与推土机配合,进行分层压实。
    (5)修坡。采用挖掘机进行边坡修整。
    (6)堆填护坡沙袋。人工装好沙袋后用装载机运送,沿边坡进行人工堆码,堆码高度为1m,宽度为1m。
3.3上软下硬复合盾构掘进技术
    (1)掘进模式。在上软下硬地层掘进时,盾构机采用半敞开模式,即在土舱内保留1/2~1/3的碴土,然后向土舱内注入压缩空气及泡沫或膨润土来维持开挖面顶部土压,并进行辅助开挖。开挖面支护压力的控制以压力舱顶部支护压力测量值为准,而且极限支护压力的大小由顶部软弱土体的极限最小支护压力确定。
    (2)刀盘转速、掘进速度及贯入度。局部岩石强度较高,刀盘的滚刀受力较大,而软岩部分只需对掌子面进行切削即可破坏土层,应适当降低刀盘转速,控制贯入度,使刀具受到的瞬时冲击小于25t(安全荷载)[10]。应控制掘进速度为3mm·min-1,刀盘的转速在1.6r·min-1以下。
    (3)刀盘扭矩及油缸推力。由于局部存在的硬岩对刀具磨损严重,应减少刀具在连续工作时受到的冲击力。刀盘扭矩就是刀具在受到冲击力后的直接体现,所以降低刀盘扭矩实际是减少刀具所受到的冲击力。刀盘扭矩的最大值应保持在1700kN·m,推力在1000~1800t为宜。
    (4)掘进方向偏差控制。在上软下硬地层中进行盾构掘进,应根据地层分布情况制定初步的掘进参数,再利用导向系统调整、控制盾构机的掘进方向偏差。掘进中若偏离设计线路,应及时调整各项参数,逐环、小量纠偏,避免纠偏过猛引起盾构机蛇形前进,加剧刀具磨损,损坏已拼装管片和盾尾密封。另外,刀盘会与硬岩发生周期性的碰撞,应关注舱内及盾壳的声音,注意掘进参数的变化,防止“卡壳”。
3.4叠线隧道施工综合技术
    (1)夹持土注浆加固。夹持土注浆加固如图3所示。在盾构管片上预留额外的注浆孔,从注浆孔中插管注浆,浆液采用水泥浆。注浆完成后应预留后续注浆条件,根据监测结果决定是否跟踪注浆。
    (2)加强盾构同步注浆、二次注浆。同步注浆、二次注浆的注浆量为正常地段的2倍,压力为0.2~0.5MPa和0.3~0.6MPa。
    (3)下层隧道设移动支架。下隧道先掘进,上隧道后掘进。当上层隧道掘进时,在盾构机下方的下层隧道内设置活动支架支撑盾构管片,以确保下层隧道的安全。支撑范围为盾构机前后10m。
 
4结语
    盾构下穿洪湖施工过程中极易发生坍塌、透水事故,浅覆土保压困难,人员进仓风险很高,主要风险点为湖底下沙层、上软下硬、叠线和湖底浅埋段。本文主要介绍了叠线隧道下穿湖泊盾构施工技术,包括采用围堰排水和注浆加固处理砂层、浅覆土筑岛技术、上软下硬地层复合盾构掘进技术,叠线隧道段采用夹持土注浆加固、下层隧道设移动支架并加强盾构同步注浆和二次注浆的综合施工技术,为今后类似工程提供技术参考。
    参考文献:中国知网

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