盾构隧道上跨人防地道施工技术

于加云，齐成成，袁云辉

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

国内地下空间建设发展迅速，但由于城市发展前期未落实有序发展的规划[1]，经常出现前期工程遗留障碍物的情况，给后续工程带来较大影响。作为一种特殊地下建筑物，有工程技术人员针对盾构隧道遇到人防工程的案例进行了研究分析。黄洋[2]介绍了采用混凝土回灌填充废弃人防工程；赵春生等[3]、张磊[4]介绍了矿山法破除人防工程再盾构空推的施工技术；张浩亮[5]、杨俊龙[6]进行了盾构下穿人防通道的沉降规律分析。本文以绍兴地铁1号线盾构隧道工程为背景，详细介绍了盾构长距离复杂穿越既有人防工程的施工技术，相对于其他盾构隧道穿越人防工程，本工程需大范围保留人防地道的使用功能及连通功能。

1 工程概况

绍兴地铁1号线塔山站—城南大道站区间约200 m上跨塔山人防地道。塔山人防地道建造于1978年，主要由横跨解放南路的两条主通道和沿南北向的连通道构成。见图1。

图1 隧道区间与人防地道位置关系

北侧主通道1宽度约2.25 m，采用条石衬砌，与隧道净距5.4 m，目前作为电缆通道使用；南侧主通道3宽度约2.5 m，采用条石衬砌，存在积水、积泥现象，与区间隧底净距1.5~4.9 m，目前出口封闭，呈废弃状态；南北连通道2宽度约4.5～6.0 m，均为中风化灰岩天然毛洞，20世纪80年代修建停滞，衬砌未施工，积水现象严重、局部深度约1 m，顶部局部有岩石坍落痕迹，与隧道净距4.8～5.4 m。

上跨人防地道段隧道处于黏土层、强风化凝灰岩、中风化凝灰岩中，岩石饱和单轴抗压强度28.1~61 MPa，基岩裂隙水丰富。隧道采用复合式土压平衡盾构施工。

2 工程难点分析

地铁长期运营过程中轨道振动对人防地道产生不利影响，如：条石衬砌在长期反复振动作用下有掉落的风险。此外，现场踏勘后发现人防地道所处地层虽然为中风化岩层，但所处位置为塔山脚下，地下水丰富，地道内积水、积泥现象严重且凝灰岩在长期水作用下易软化、掉块，存在安全隐患。

3 人防地道改造方案

在维持现有人防通道功能的基础上，为确保地铁及人防地道在全生命周期内处于安全状态，提出以下方案：

1）北侧主通道1目前兼做电缆通道处于正常使用期，为了减小地铁施工、运营与人防通道的相互影响，需采取结构改造的措施进行加强；

2）南北连通道2需保留人防通道的连通功能，不得全部回填，需采取周边填充中间预留通道的方式进行结构加固，预留通道宽度1.2 m；

3）鉴于南侧主通道3地面出口封闭，使用功能已丧失，采取全部回填的方式进行结构改造。

3.1 北侧主通道1

为防止原条石衬砌在长期振动作用下发生脱落，拟在洞内增加一道支护。基于现场施工条件，对比锚喷支护、模筑衬砌及钢架支护：锚喷支护不具备挂网条件且锚杆施工扰动现有条石衬砌；洞内无法下放模筑衬砌机械设备。最终选择采用钢格栅+网片+喷射混凝土支护形式，人工配合小型卷扬机从洞口坡道内运入工程材料。

3.2 南北连通道2

南北连通道2洞内尺寸较小且不规则、拐角较大，不满足施工机械进入条件；另外洞内已有较大范围顶部岩体坍塌，需对洞内进行抽水并施工找平层，以满足人工通行的基本需求。

为不影响人防地道的连通功能，采用Q235拱形钢模板，壁厚6 mm、拱侧壁宽度1.2 m、钢模板单环宽1.5 m，节与节之间采用螺栓连接；钢模板定位后，增设型钢拱架并设置临时支撑，以承受灌注混凝土的施工荷载；然后在地面引孔分段灌入C15混凝土。整个立模及浇筑工程需分段进行，每段长10 m，端部施作止浆墙，一段完成后，拆除临时支撑及钢模板，形成中间1.2 m宽预留通道后，再进行下一段施工。见图2。

图2 南北连通道2预留通道模板支护

具体施工工序：采用C15混凝土沿需填充的地道底铺筑约200 mm厚素混凝土垫层，作为施工作业面；在需充填加固的地道最远端砌筑封堵墙，防止跑浆、漏浆，封堵墙为砖砌结构，厚度300 mm；对地道加固区段按由远及近的顺序进行管节拼装、骨料及注浆填充工作；分段施工完成后，进入下一工作段，直至改造工程全部完成。见图3。

图3 施工工序

3.3 南侧主通道3

采用全断面充填法进行加固，施工工序同南北连通道2。

4 盾构掘进参数控制

4.1 刀盘配置

针对复合地层和全断面岩层施工，对刀盘和刀具进行了优化设计[7]。

刀盘为复合式，结构形式为辐条面板式，刀具可滚齿互换，整体刀盘开口率约40%。刀具配置：中心双刃滚刀4把、单刃滚刀33把、正面齿刀23把、边缘齿刀7把、仿行齿刀1把、切刀64把、边缘刮刀16把、保径刀8把、贝壳刀12把。

4.2 优化掘进参数

为防止盾构姿态在推进过程中发生较大偏差，降低盾构机推进速度：掘进速度为5～15 mm/min，刀盘转速为1.2 r/min。根据地质情况、隧道埋深及地面监测情况进行及时调整平均土压力，控制在0.12～0.15 MPa。

4.3 同步注浆及二次注浆

为保证空隙有效充填，防止人防地道发生较大变形，注浆压力取值为0.25～0.35 MPa。注浆量控制在8～10 m3/环，根据实际情况调整。同步注浆速度应与掘进速度匹配，按每完成1环1.2 m掘进的时间来确定其平均注浆速度。采用注浆压力和注浆量双指标控制，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设定值的85%。

同步注浆完成3 d后，采用探地雷达对注浆效果进行检测，针对注浆不充盈的区域进行二次注浆补强。水泥浆采用P42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1；水玻璃采用42°Bé的溶液与水按1∶1.5进行稀释。注入时水泥浆与水玻璃体积比为4∶1。

4.4 监控量测

盾构推进过程中，对地表及人防地道每天不少于2次监测，通过监测数据来调整盾构掘进参数。对于变形速率较大处，每4 h监测一次并及时进行二次注浆。

5 施工过程分析

5.1 计算模型

为验证支护效果及盾构参数设置，采用大型有限元数值分析软件MIDAS GTS对施工过程进行全面分析。见图4。

图4 工程模拟几何模型

5.2 材料参数

区间管片材料采用C50混凝土，人防地道衬砌材料C15混凝土，钢结构采用Q235B。根据地勘资料拟定模型各项参数，见表1和表2。

表1 土的物理力学参数

表2 材料力学参数

5.3 计算结果分析

分析步骤：初始模型建立，地应力释放；结构加固模型建立，验算施工荷载下加固结构受力；隧道掘进，分析掘进过程中的加固结构变形规律。

根据计算结果，南北连通道2支护变形最大，约1.4 mm；加固方案能满足各阶段施工安全。见图5。

图5 隧道完成后人防地道竖向位移

6 结语

通过绍兴地铁1号线盾构区间长距离复杂穿越人防地道的工程实例，结合现场环境、施工条件及人防功能等多方面需要，根据人防地道与盾构隧道的相互关系，提出了在维持既有人防使用功能的基础上的采取支护加强施工措施及盾构掘进参数施工控制措施并对相关措施进行了分析，证明了施工技术的有效性，对后续类似工程有借鉴作用。□■