土压盾构近距离并行在建隧道施工方案与措施

2021-12-16赵俊杰

城市道桥与防洪 2021年11期

李博，赵俊杰

（1.中铁二十一局集团轨道交通工程有限公司，山东济南 250000；2.上海工程技术大学城市轨道交通学院，上海市 201620）

0 引言

伴随我国城市地铁建设的日益发展，地铁线路日益增多。在一些城市，多条地铁线路同时施工的局面比比皆是，新建盾构隧道穿越既有建筑物或多条隧道并行施工的情况愈来愈频繁。盾构掘进必将对周围地层产生一定的扰动，从而影响周边结构物的安全性和稳定性。虽说我国已经在盾构法用于地铁隧道建设中累积了丰富的经验[1-2]，但由于地质条件的差异性和不确定性,以及地下工程周边环境的复杂性等因素的影响[3]，地铁盾构近距离穿越既有隧道或者新建构筑物问题仍然是盾构施工中经常遇到的难点问题[4-6]。

兰州地铁2 号线出入线暗挖隧道与主线公定区间盾构隧道在接收端存在并行段，暗挖和盾构施工的原设计方案为“暗挖完成后再行盾构施工”。由于受拆迁、地质条件和环境等因素影响，暗挖施工进度滞后，从而影响主线盾构施工进度。为保证主线公定区间隧道如期贯通，将原设计方案变更为“左线接收端影响范围45 m 暗挖暂停开挖，待盾构贯通后，再行开挖”。为保证盾构施工出洞安全风险可控，对影响范围内暗挖区域采取了深孔无收缩双液（WSS）注浆等措施。同时，为防止管片侧移现象发生，对盾构管片采用了增加环向支撑，另并行施工影响范围45 m 内布设测斜孔，以实时监测盾构掘进过程对暗挖隧道的影响。以下将结合具体工程概况和施工过程监测，对该施工方案和措施的效果进行分析和探讨。

1 工程概况

兰州市城市轨道交通2 号线一期工程2-KC-2标段，西起公交五公司站，东至定西路站。沿线包含公交五公司站、公交五公司站～定西路站区间、定西路站、排洪南路停车场、停车场出入场线。

公交五公司站～定西路站区间，右线长827.998 m，左线长732.794 m。该区间起于公交五公司站大里程端，以地下方式敷设，沿火车站东路与排洪南路停车场出入线并行，后下穿排洪沟，止于定西路站小里程端。公定盾构区间与出入场线暗挖隧道的位置关系如图1、图2 所示。

图1 盾构区间与出入场线位置平面示意图

图2 盾构区间与出入场线位置断面示意图（单位：mm）

其中，对于区间与停车场出入线并行段，原设计施工方案为：

（1）出入场线暗挖区间先贯通（衬砌完成），然后盾构下穿和并行通过。

（2）公定区间左线接收端45 m 范围地上和地下无加固处理措施。

（3）对于暗挖区间，在L/RK 0+024.300～L/RK 0+069.300 范围内采用径向注浆方式对盾构与暗挖隧道间土体进行加固处理。注浆管长度2.5 m，环向间距1.2 m，纵向间距1.2 m。采用水泥浆注浆，注浆管采用φ32×3.25 钢焊管。加固后，土体的无侧限抗压强度不应小于10 kPa。

由于受拆迁、地质条件和环境等因素影响，暗挖隧道施工进度滞后，从而影响主线盾构施工进度。为保证主线公定区间隧道如期贯通，将原设计方案变更为“左线接收端影响范围45 m 暗挖暂停开挖，待盾构贯通后，再行开挖”。具体变更实施方案及其对应处理措施如下所述。

2 变更后施工方案及措施

变更后工序方案：公定区间左线盾构先行出洞，与左线盾构并行段45 m 暗挖隧道暂停开挖，待左线盾构贯通后再行施工。

变更后施工安全应对措施涉及范围为：公定区间盾构隧道接收端45 m，即并行段。暗挖和盾构分别采用不同的施工处理措施。

（1）暗挖区间施工应对措施

a.北侧边洞，从车站往东30 m 范围，进行洞内深孔W SS 注浆，拱顶上2 m，拱底下1 m，暗挖结构外扩2 m 范围内注浆。同时取消本次变更范围内（北侧边洞）掌子面超前注浆，以及与盾构正线小净距径向注浆。其中，WSS 全断面注浆设计图如图3、图4所示。

图3 WSS 全断面注浆横断面图

图4 WSS 全断面注浆平面图（单位：mm）

b.中导洞中隔墙施工完后的临时换撑须及时架设。

c.增加与正线区域夹土层的土体测斜孔布置，车站端须加密布置。中导洞内增加水平位移监测点。盾构通过时须增加监测频率。

（2）公定盾构区间施工应对措施

a.暗挖隧道开挖前对成型管片增加环向支撑措施。为防止暗挖隧道后期开挖过程已成型管片一侧开挖卸载，造成管片侧移现象发生，在暗挖隧道开挖前对成型管片增加环向支撑措施，每2 环布置环向钢支撑进行管片稳定性加固。环向钢支撑结构及布置图如图5 所示。

图5 环向钢支撑结构横断面布置与设计

b.接收端加强监测并增设变形监测点。在调整施工工序后，原有盾构施工地表点、管线点、建筑物点的加强监测，同时在左线接收端增设4 个测斜孔监测点。测点布设原则是：接收端地表点按照每10 m一个断面，每个断面上布设9 个点，每个点间距5 m，并在两个断面中间增设一个隧道中心线点；管线监测点同样按照10 m 进行布设，建筑物点在建筑物四角以及每边增加测点，间距不超过20 m。各监测点布置断面如图6、图7 所示。

图6 各监测点布置平面（单位：mm）

图7 各监测点布置断面（单位：mm）

3 施工过程监测及效果评价

根据上述施工方案，左线盾构并行段45 m 范围内先行施工。整个施工从2020年10月30 日开始至2020年11月3 日，并行段施工结束。在施工过程中，对暗挖区隧道净空收敛、拱顶沉降、地面沉降和土层水平位移进行了实时监测。各项监测结果分别如下各图所示。

（1）暗挖隧道各测点净空收敛和变化规律

暗挖隧道各测点净空收敛和变化规律如图8 所示。

图8 暗挖隧道各测点净空收敛变化曲线

如图8 所示，布设在拱腰处的净空监测点，每隔15 m 一断面设净空收敛测线。在盾构先行施工过程中，从盾构并行段开始，10月31 日各测点收剑值较大，且各测点值较分散，到在11月2 日盾构施工通过并行段后，收敛值逐渐减小，各测点值相对较集中。盾构推时过程中对并行段的暗挖隧道净空也产生了一定的影响，但影响程度较小，暗挖隧道整体相对稳定。

（2）暗挖隧道拱顶沉降值和变化规律

暗挖隧道拱顶沉降值和变化规律曲线如图9 所示。

图9 暗挖隧道拱顶各测点沉降值及变化曲线

如图9 所示，沿北侧边洞隧道轴线45 m 范围内每隔15m 在拱顶设一测点作沉降曲线。在并行段10月31 日盾构推进开始时，隧道拱顶各测点沉降值最大值3.1 m m。随着盾构的推进至盾构出洞，各沉降值均逐渐减小，并趋于稳定。各测点累积沉降值也有差异，越靠近盾构暗挖隧道部分拱顶沉降值越大，变化也越明显。由此可见，盾构近距离并行施工造成了在建暗挖隧道下沉，但是沉降值较小，在合理范围内，不会对衬砌结构造成损伤或破坏。这也进一步体现了在暗挖区段采取WSS 全断面注浆加固措施效果明显，对阻止暗挖隧道沉降或变形发挥了关键作用。

（3）盾构接收端地表沉降变化曲线

盾构接收端地表沉降变化曲线如图10 所示。

图10 盾构接收端地表沉降值及变化曲线

如图10 所示，以接收端610 环地表横断面在隧道中轴线上设一监测点，后3 m 一个间距向两边各设两个监测点作地表沉降曲线。在盾构接收端施工中，各测点产生了明显的地表沉降。从10月31 日开始至11月3 日，盾构推进过程中，地表沉降值累积近40 mm，单日增长速率高。11月3 日到11月7 日期间，地表沉降基本趋于稳定。这说明，盾构接收端施工对地表沉降影响较大。从现场情况来看，沉降较大的部分原因是接收端覆土相对较浅，且地表浅层有一地下水管渗漏使土体软化。另外，相比较而言，盾构施工对接收端地表沉降的影响相对于暗挖隧道拱顶沉降非常显著。这也从另外一个角度体现了并行段暗挖隧道采用WSS 全断面注浆加固拱施对阻止隧道拱顶沉降的有效性。

（4）土体不同深度水平位移变化规律

在施工过程中，盾构接收端共增设4 个测斜孔，对土体不同深度水平位移进行加强监测。从10月30日开始监测至11月7 日全过程监测盾构并行段施工过程，在4 个孔均监测到了土体水平位移的明显变化，总体变化规律基本一致。其中近暗挖隧道区的3 号测斜孔监测数据如图11 所示。

图11 施工中土体沿深度水平位移变化曲线

由图11 可见，布设在各层土的中部或界面上的土体分层水平位移监测点，沿不同的深度，土体水平位移变化差异较大，整体呈现水平位移随深度不断增加的趋势，并在深度13～14 m 处水平位移出现最大值，该区域正是处于盾构隧道埋深区域。从10月31 日盾构开始推进至11月3 日出洞期间，水平位移增长较大；11月3 日至至11月7 日期间水平位移增长较少，基本趋于稳定。这一变化规律与图10 所示的地表沉降规律一致，但是累积最大水平位移仅为8.2 mm，相对于地表最大沉降其值较小。这可说明本文所述的施工方案与措施对于土体水平位移的控制效果明显。