浅谈深圳复合地层盾构法施工重难点控制

2014-12-04辛书杰XINShujie

建筑机械化 2014年11期

关键词：风化号线盾构

辛书杰/XIN Shu-jie

（中铁隧道集团有限公司专用设备中心，河南洛阳 471000）

随着国民经济的发展,越来越多的城市地铁及地下工程采用先进的盾构法施工,因为盾构刀盘和刀具对地层的适应范围很窄,当遇到地质情况发生突变时,掘进会受到很大的影响,甚至会造成设备的严重损坏。隧道施工还要尽量减少对周围环境(地表及建筑物)的影响。

1 工程概况

1.1 工程范围

深圳市地铁11号线车红区间线路沿深南大道和白石路布设，主要包括1个中间风井、左右线盾构区间隧道6 871.356单线延米、1座联络通道兼废水泵房、7座联络通道（其中6号位于中间风井、8号位于中间始发井）、洞门8个、端头加固4处、农林南人行天桥加固区、凤塘河干渠加固区及下穿地铁1号线竹侨区间加固区各1处（图1）。线路最小曲线半径600m，线间距13～37.6m；隧道最大纵坡28‰，最小纵坡4‰，隧道轨面埋深13.0～28.65m。车红区间全长约5 448m，隧道内径6 000mm，拟采用4台∅6 980mm盾构施工，区间穿越主要不良地质和特殊岩土，沿线紧邻或穿越1号线、竹子林车辆段等多处建（构）筑物及欢乐海岸人工湖等重要建（构）筑物和地表水体，且为深圳首次采用∅6 980mm盾构施工，盾构性能及可靠性备受关注。

1.2 工程地质

区间拟建场地原地貌为剥蚀残丘（台地）间冲沟以及滨海滩涂地貌单元，现已填筑或推平，现状为道路、住宅区等，地形平坦。该地段建筑不多，交通繁忙。区间隧道主要穿越地层为：<4-11>砾砂、<7-1>砾质粘性土、<8-1>全风化粗粒花岗岩、<8-2>强风化粗粒花岗岩、<8-3>中风化粗粒花岗岩。

不良地质：①区间多处揭示有风化球，共有12个孔揭示，风化球厚度在0.4～4.1m之间，区间内花岗岩风化球十分发育；②基岩突起里程K 5+083～K 5+480范围地质图显示有微风化岩层突起，基岩突起附近，基岩面起伏较大，软硬不均现象严重；球状风化体：区间在MKZ2-SZZ-03（YCK 4+515）揭示有球状风化体（孤石）发育，厚度1.8m；③抛填片石部分地段为抛石挤淤形成，块石直径0.20～1.50m，主要零星分布在滨海滩涂地貌人工造海区（YCK 6+320m～YCK 6+919m），厚度最大约6.0m；④区间范围内揭露到3条断层，受断层挤压、张扭等影响，岩体较破碎且风化不均，残积土及全风化岩中常夹块状强风化及中等风化岩块，里程K 6+520～K 6+700范围有断层穿越。

本工程沿线场地普遍分布有软土、填石、液化砂土、球状风化、基岩突起、断裂破碎带等不良地质，对施工造成较大困难。若处理不当，可能引起基坑及隧道坍塌、地面沉陷等工程灾害，进而危及邻近建筑物、管线等周边环境及人员安全。

1.3 地表及建筑物

本标段下穿、上穿多众多既有建构筑物。区间下穿地铁1号线车竹区间、凤塘河干渠、丰盛町过街道、农林南人行天桥、广深高速立交桥、竹子林过街道；上穿地铁1号线竹侨区间、1号线竹子林车辆段、欢乐海岸别墅等。

2 工程重难点及对策

2.1 球状风化、基岩突起地层施工对策

盾构区间球状风化、基岩突起分布十分广泛，且探测难度非常大，是施工中的高风险点，如何提前发现并预处理是本工程的重难点。本工程地处深圳市沿海，根据设计地质资料，11号线盾构隧道花岗岩风化球十分发育，风化球厚度0.4～4.1m，天然抗压强度为92.5～131MPa，平均值108MPa，盾构强行掘进势必造成隧道管片破损、隧道中心线偏移、刀具卡死、刀盘开裂甚至盾构损坏等许多难以预料的问题。

对策:①采用物探和钻探相结合的手段，对沿线地层进行勘探，争取最大限度的发现球状风化体和基岩突起地层；②根据地质勘查结果，针对不同情况，采用地面预爆破、人工开挖、掘进通过等手段，达到有计划、有预案的通过此类地段；③在球状风化预处理阶段，指定合理方案，强化方案的执行力，加强现场施工管理，步步为营，做到彻底处理；④在盾构制造阶段充分考虑盾构的掘进性能、强化并增加相关附属设备，从设备方面满足要求；⑤编制多套“过球状风化、基岩突起施工方案”，做到组织到位、管理有序、分工明确，并按照决策层、管理层、作业层的顺序逐级培训，先从思想上认识到位，再从操作上执行到位，达到“彻底发现、提前预判、处理到位、掘进有序”的目标。

2.2 近距离下穿地铁1号线的施工对策

近距离下穿地铁1号线区间是施工难点和高风险点。11号车红区间盾构下穿运营中的深圳市地铁1号线车竹区间，净距约1.44m。下穿1号线车辆段时埋深仅为4m，不足1倍洞径（图2）。由于地铁运营对沉降要求高，如果控制不当就有可能对地铁1号线产生影响，因此顺利下穿1号线既有隧道是本工程的一个施工控制重点。

图2 隧道下穿1号线车竹区间位置示意图

对策:①按照“高度重视，充分准备、严格控制、加强监测、快速通过、补浆加固”的原则进行掘进控制；②提前做好与地铁运营部门沟通，在对应位置布设监测点并测得初始值，并做好协调工作，保证监测工作的实施；③盾构通过前做好姿态控制、设备维修、物资材料准备、对施工人员进行交底，统一认识，全面做到施工准备，调整好施工计划，尽量安排在地铁停止运行阶段（夜间）下穿既有隧道；④盾构通过过程中加强掘进参数控制、同步注浆控制、做好碴土改良，控制好出碴量，避免超挖，保证管片背后回填密实；⑤盾构通过后继续做好监测工作，并及时进行补充注浆，控制后期沉降，对下穿段前后50米范围内渗漏地段及时处理。

2.3 近距离上穿1号线竹侨区间的对策

近距离上穿1号线竹侨区间是施工难点高风险点（图3）。11号车红区间在1号线竹侨城区间上跨地段为矿山法施工，断面6.2m×6.605m，初支厚度0.25m，二衬厚度0.3m，结构顶埋深约16m。11号线区间隧道拱部位于砾砂层中，最小覆土深度约10m，隧道拱顶部位处于砂层中，距离1号线隧道顶净距离仅1m，盾构掘进过程中土仓压力容易损失，从而引起地面塌陷，另外，上跨段掘进时盾构自重会对1号线隧道结构带来巨大的外部荷载。

图3 隧道上穿1号线竹侨区间位置示意图

对策:①结合场地条件，拟对隧道重叠部位的地层采用盾构通过前进行袖阀管注浆，通过改善土体密实度，以降低盾构浅埋段冒顶的施工风险，同时有利于降低盾构掘进时对既有隧道产生的附加应力，袖阀管布孔间距为1m，梅花形布置，加固体距离既有隧道结构净距按1m进行控制；②车红区间上穿1号线竹侨部位，由于1号线施工期间发生过塌方，进场后需重新补勘，进一步摸清塌方回填的范围以及孤石的分布情况；③对受影响地段进行全面整修，轨道扣件拧紧，轨距、水平调正、受影响地段每隔3对短轨枕设置1根绝缘轨距拉杆、受影响地段钢轨内侧安装防脱护轨、受影响地段设置警示标志、采用调高垫板调整轨面标高；④遵循“连续掘进、顺利通过”的原则、选用复合式盾构、选用熟练操作手、动态优化调整主要掘进参数（如土仓压力、推进速度、刀盘转速和推力等）、优化外加剂配比，改良泥膜、控制出土量、做好壁后同步注浆和二次注浆。

2.4 下穿凤塘河干渠施工对策

11号线盾构隧道下穿凤塘河干渠是本工程的重点 (图 4)。

凤塘河为2孔6.5m×4.2m的砼箱涵，埋深约5.5m，横跨于区间隧道左右线上方，处于素填土（砾质粘性土）层中，涵底处于砾质粘性土层中。距隧道顶部约5.32m。

对策:①盾构过前对凤塘河干渠下方土体进行双管旋喷桩加固，采用双管旋喷桩对凤塘河干渠底部进行加固，保证加固后的土体具有良好的均匀性、自立性、止水性；②盾构经过时，对建筑物变形加强监测，必要时扩大加固范围和深度，并增加其他有效的保护措施；③为有效控制凤塘河结构沉降，拟从车公庙站内打设水平向大管棚，间距0.4m。