盾构重叠段施工技术

于 海 生

(中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏 南京 210000)

1 概述

在现在城市轨道交通建设中，小净距上下重叠盾构地铁隧道施工案例越来越多，在施工过程中，由于先后成型隧道之间的相互影响，后建隧道在施工过程中，其受到的周边荷载会发生显著变化，从而引起内力和变形也随之发生变化，增加了施工难度[1-4]。为尽量避免和减少对相邻隧道的扰动和影响[5-7]，以武汉地铁5号线复兴路站—彭刘杨路站区间小净距重叠段的盾构施工为例，总结该工程的实践经验，为今后类似工程的施工提供一定的参考价值。

2 工程概况

武汉5号线三标复兴路站—彭刘杨路站盾构区间右线总长587.599 m，左线总长582.920 m，区间从复兴路站始发，彭刘杨路站接收，右线区间覆土厚度10 m～15 m、左线区间覆土厚度8.3 m～11 m。区间隧道断面主要穿越③-3淤泥质粉质黏土、③-4淤泥质黏土、⑩-1b粉质黏土层、⑩-2黏

土加碎石层，隧顶地质为③-1粉质黏土、⑩-2黏土加碎石层(见图1)。

区间隧道在右DK12+300～右DK12+520里程范围内为避开拟建市政隧道，线路上下错开(左线在上，右线在下)，左右线隧道空间净距小于0.7倍盾构直径，重叠隧道段主要穿越⑩-2黏土加碎石及⑩-2b粉质黏土地层，左线隧道埋深8.3 m～10 m。

3 工程重难点

1)左右线隧道上下重叠间距小，空间净距2.5 m，距离长，过渡段及重叠段(小于0.7倍盾构直径)达220 m，线路左线650 m曲线半径，右线700曲线半径，盾构姿态控制困难。2)该隧道区间沿线穿越软弱地层，其覆土浅，地面穿越大量棚户区，且侧穿首义师苑高层住宅，所以地面掘进时对沉降控制的要求异常严格。3)后建隧道在盾构掘进时将会造成沉降二次叠加，并对先建隧道结构造成影响。

4 施工部署

4.1 施工原则

为了能够在盾构掘进的过程中减小对先建隧道管片结构的影响和沉降的二次叠加影响，采用“先下后上”的施工顺序，同时右线(下线隧道)管片结构内设置临时支撑体系以降低对既有隧道的影响，右线(下线隧道)盾构掘进必须超前掘进100 m。

4.2 施工步骤

总体施工步骤为：

1)右线隧道(下线隧道)盾构掘进；2)双线隧道夹层土体注浆及洞内二次注浆加固；3)右线隧道洞内支撑台车移动加固；4)左线隧道(上线隧道)盾构掘进；5)左线隧道二次注浆加固；6)右线隧道临时支撑体系拆除。

5 盾构施工关键技术

5.1 盾构掘进控制技术

由于隧道处于软弱地层且地面建筑物密布，盾构掘进参数严格要求。

1)参数控制。土仓压力根据覆土厚度及各土层的物理特性计算确定，并结合地面沉降情况适当调整，以刀盘前方地面不隆起为土压设置原则。左线(上线隧道)具体控制参数为0.10 MPa～0.12 MPa，刀盘转速1.0 r/min～1.3 r/min，刀盘扭矩1 200 kN·m～1 500 kN·m；掘进速度20 mm/min～30 mm/min；总推力8 000 kN～1 000 kN。

2)出土量控制。以理论出土量为控制值，每环出土量偏差不超过2 m3，在盾构掘进过程中安排专人检查出土量，严禁超挖、欠挖。

3)纠偏控制。盾构掘进纠偏原则为“勤纠、少纠”，掘进阶段隧道轴线偏离设计轴线不得大于±50 mm，应避免大幅度的轴线纠偏动作。

4)注浆控制。根据地面沉降情况实时调整注浆量，同步注浆每环注浆量不少于6 m3。并且及时根据地表沉降及出土量情况进行二次注浆。

5.2 重叠段注浆加固措施

为避免上洞施工时破坏夹层土体的强度从而发生失稳、下沉现象，需要对右线(下线隧道)夹层土体也进行注浆处理。夹层土体注浆加固如图2所示。

此段施工所用管片需增设注浆孔，每环增设20孔，注浆加固范围为右线左上90°范围内。管片外3 m线以内的土体，通过钢花管向地层进行注浆，可有效提高土体强度。在重叠隧道范围内，右线(下线)与左线(上线)施工时，均需对夹层土体进行注浆。

5.3 重叠段隧道管片

本区间管片环宽1 500 mm，厚350 mm；分两种配筋，每一分段，取该段内最不利断面的配筋作为该段的统一配筋，在重叠段隧道管片进行加强(钢筋型号加强)，管片内侧配筋由22 mm三级螺纹钢加强为25 mm，管片外侧配筋由直径18 mm三级螺纹钢加强为直径20 mm，钢筋数量未进行增添。

本区间，在重叠隧道范围内管片为特殊设计，每片管片增设4个二次注浆孔，封顶块不增加(K块)，每环增设注浆孔数量为20个，可以有效的对重叠段隧道土体进行注浆加固。

5.4 洞内临时支撑台车加固

盾构隧道左线(上行隧道)隧道掘进过程中，必须对下行隧道(右线)隧道进行临时支撑加固，液压顶推移动台车需要满足以下要求：

1)可抵消左线在施工过程中盾体下方及右线管片产生的剪力；

2)能够提高右线整体刚度，并减小下行隧道因负载盾构机重量而产生的垂直受力导致管片的弯曲变形；

3)能够提供持续支撑，使得下行隧道影响范围内的支撑不能卸力。

5.4.1支撑台车主要技术参数

1)液压系统为3套液压站：顶推缸为柱塞泵两套，顶推轮为齿轮泵一套；

2)顶压橡胶轮液压系统：液压缸φ100 mm缸径，行程150 mm/200 mm，环向支点为9点、3点、12点，双轮结构，支点间距600 mm，单车双轮为8×3=24组，5组为120组双橡胶轮；11点、3点，支撑间距为1 200 mm，为单轮结构；液压油缸：单车组16个油缸，5车×16=80个，单缸顶推力10 t，工作压力12 MPa齿轮泵，系统压力可调。

3)柱塞泵液压系统为2套，主要为车组顶推缸配置，各车之间上下2组为4个油缸，4×4组=16个油缸，φ180缸径，行程400 mm，由一套操作系统控制与操作；另一套液压站为：a.后顶推缸两组两个油缸，φ180直径，行程100 mm。b.后顶推三脚架采用液压操作锁轨，液压缸直径为φ100，行程160 mm，共计4组8个油缸。各φ180缸径顶推力70 t，工作压力22 MPa，压力可调。

4)车组5套组，各车组长3.6 m，车间距1.2 m，合计总长22.8 m，车组结构相同。

5.4.2支撑台车移动方式

该支撑台车采用液压油缸做车顶推，采用橡胶轮做隧道支点，能够满足隧道掘进300 m最小曲线段的施工要求。

1)整体顶推移动：由三脚支架后顶推油缸作为主推油缸，将整体五车组做不卸载顶推位移，每次顶推位移800 mm～1 000 mm。

2)分车组顶推移动：由第四车组顶推第五车组移动，如此三推四、二推三、一推二与后三脚架推一的方式进行不卸载顶推移动。洞内支撑台车示意图如图3，图4所示。

6 区间监测

6.1 隧道结构监测数据

小净距右线隧道施工后，左线施工前，对右线隧道结构竖向位移、水平位移和净空收敛进行监测。根据数据反馈调整盾构掘进参数，监测控制值及监测速率见表1。通过各项监测数据显示，施工过程中以及掘进施工完成后，隧道结构未发现异常，满足规范要求及设计要求。

表1 下线隧道内监测控制值及监测速率

6.2 地表监测

后建隧道盾构掘进时将会造成沉降二次叠加，线路穿越地层为软弱地层，覆土浅，地面穿越大量棚户区，侧穿首义师苑高层住宅，地面掘进的沉降控制要求异常严格。根据数据反馈调整盾构掘进参数，监测控制值及监测速率见表2。

表2 监测控制值及监测速率

通过对重叠段隧道施工过程中及重叠隧道掘进施工完成后监测。地表沉降监测值如表3所示，制成地表沉降曲线如图5所示。地表沉降值均符合设计要求。

表3 地表沉降监测值 mm

7 结语

本文以武汉地铁5号线复兴路站—彭刘杨路站区间小净距重叠段盾构施工案例为背景，为使盾构掘进沉降的二次叠加得到有效控制，减少盾构掘进对先成型隧道管片结构的影响，隧道采取“先下后上”的施工顺序，选用加强型管片配筋，夹层土注浆加固，洞内临时支撑台车加固，盾构掘进控制，施工期间跟踪监测等手段，成功的实践经验和技术总结，为类似工程的施工提供了重要的参考价值。