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1、19小间距重叠隧道盾构法施工工艺工法小间距重叠隧道盾构法施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-DT-0419-2011城市轨道交通工程有限公司 李霄辉1.前言1.1 工艺工法概况根据地铁设计规范（GB50157）中“10.1.10 盾构法施工的平行隧道（“地铁设计规范-条文说明（GB50157）中“10.1.10 这里所指的平行隧道，是指在一定区段内，两座或两座以上的隧道在平面或里面平行修筑的隧道。”）间的净距，应根据工程地质条件、埋置深度、盾构类型等因素确定，且不宜小于隧道外轮廓直径。当因功能需要或其他原因不能满足上述要求时，应在设计和施工中采取必要的措施。”的规定，当两隧道之间的近距小于一倍

2、洞径时，两隧道施工相互影响较大，尤其是在软弱地层中，因此对于软弱地质条件下重叠隧道采用盾构法施工则必须解决两个方面的关键性问题：1重叠隧道施工相互影响问题。2重叠隧道施工对地层及地面建(构)筑物二次扰动的影响问题。本工法即在软弱地质条件下，当两单线盾构隧道净距小于一倍洞径时，通过采取一定的技术措施，以保证在隧道掘进过程中确保隧道结构安全和周边环境安全的一系列施工方法，且实践证明，对于重叠隧道，在施工质量控制和施工成本方面采用“先下后上”施工顺序要优于“先上后下”。1.2 工艺原理本工法工艺原理是通过采取一定的技术措施，从加强隧道管片强度和刚度、提高夹层土体强度和减小盾构施工对周边环境扰动三个方

3、面来解决重叠隧道施工所面临的两个关键性问题，从而保证重叠隧道施工安全和质量。2.工艺工法特点2.1通过提高管片含筋量和加强连接螺栓的措施可在不影响管片正常生产工艺前提下增强隧道管片强度和整体结构刚度，具有高效、快捷、直接的特点。2.2通过夹层土体注浆技术可在不干扰地面交通和周边环境的前提下实现提高夹层土体强度的目的，相对于地面注浆、旋喷和搅拌等加固技术具有环保、经济和加固效果可靠的特点。2.3采用轮式液压支撑台车可随盾构掘进实现对先建隧道连续不间断支撑的目的，相对于支架、钢环等固定支撑措施具有方便、快捷、连续和节省人工的特点。3.适用范围本工法适用于广深地区粉质粘土层和花岗岩全、强风化层或类似

4、地层中，两平行或重叠隧道净距大于等于1.6m，隧道外径为6.0m，管片厚度为30cm，采用盾构法进行隧道施工。4.主要引用标准4.1盾构法隧道施工与验收规范（GB50446）4.2地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）4.3城市轨道交通技术规范（GB50490）4.4地下防水工程质量验收规范（GBA50208）5.施工方法本工法从加强隧道管片强度和刚度、提高夹层土体强度和减小盾构施工对周边环境扰动三个方面来解决重叠隧道施工所面临的两个关键性问题，从而保证重叠隧道施工安全和质量。施工方法如下：5.1 先建隧道结构及刚度加强5.1.1螺栓加强根据模拟研究结论：“下洞管片结构内力受上洞施工影响

5、，存在临时性和盾构及工作面前后一定范围内的局域性，经检算，受临时荷载和内力影响，纵向螺栓的抗弯、抗剪强度不足” 。对重叠隧道段管片纵、横向连接螺栓均采取加强措施：螺栓由通常设计的5.8级M24提高到8.8级M27，提高了管片螺栓的抗弯和抗剪强度，进而提高相邻管片纵向连接力和抵抗上下错动的能力。5.1.2管片加强措施根据隧道施工的相互影响分析，在盾构机掘进推力下，刀盘前方的土体发生挤压塑性变形，变形向四周扩展，当隧道净距小于3.0m时，先建隧道管片应力在土体挤压下增大，超过了常规隧道管片设计施工应力，因此需对先施工隧道管片进行加强处理，以抵消施工应力增加产生的影响。因此对重叠隧道的管片进行必要的

6、设计调整，主要措施为增大管片含筋量，下行隧道(右线)管片钢筋含量宜由常规设计的152kg/m3提高到227kg/m3，上行隧道(左线)从152kg/m3提高到204kg/m3，增加的途径是原管片纵向钢筋10加大至14。该项措施通过模拟和计算确定，满足设计要求。5.1.3 自行式轮式液压支撑台车支撑措施1理论分析根据模拟分析结论，重叠隧道在施工阶段的所要解决的主要矛盾就是在上行隧道施工过程中，对下行隧道设置临时支撑，且临时支撑体系必须满足以下三个要求：1）抵抗上行隧道施工过程中，盾体下方下行隧道管片环缝之间的因垂直错动产生的剪力。 2）提高下行隧道纵向刚度，减小下行隧道垂直弯曲变形。 3）下行隧

7、道影响范围（24m）内的支撑不能卸力，必须提供持续支撑。 根据上述要求建立支撑模型如图： 图1 支撑体系模型 图2 支撑体系与管片的关系2支撑台车支撑原理自行式轮式液压支撑台车工作原理如下图所示。 图3 先下后上支撑示意图 图4 先上后下支撑示意图3 自行式轮式液压支撑台车支撑特点1）满足对下洞的支撑要求。2）可提前对管片施加一定的预顶力（10kN），使支撑与管片紧密接触，防止因支撑不到位导致管片发生错动。3）可利用盾构施工运输轨道自行行走，与后施工隧道盾构机实现同步前进，实现长距离重叠隧道施工过程中连续不间断提供支撑力。4）支撑台车的移动速度最大10cm/min，高于盾构掘进速度，可实现快速

8、施工。5.2 夹层土体加固5.2.1 地层加固方案针对重叠隧道上部地面为繁华地段，或重叠隧道大部分位于建筑物下方，或由于地面交通繁忙，难以进行地面垂直加固情况下，隧道夹层土体加固均采用洞内注浆的方法。重叠隧道管片增设预留注浆孔，将钢花管从注浆孔处插入土体，对土体进行注浆加固。 图5 管片增加注浆预留孔图图6 32钢花管大样图图7 重叠隧道夹土体加固图图 图8 近接重叠隧道夹土体加固图5.2.2 夹土体加固施工1 加固要求：重叠隧道上下洞间所夹地层为残积层和全风化花岗片麻岩层；应对上下洞间所夹土体进行注浆加固处理。具体为：在下洞掘进过程中，应首先加大同步注浆量和注浆压力，以保证盾尾的土体与管片空

9、隙及相邻土体的密实性；在二次注浆孔中设置一定长度的注浆管，深入地层中，通过注浆管向上下洞间所夹土体进行注浆，以提高夹土体的强度，浆液采用水泥-水玻璃双液浆（浆液配合比1：1；水泥浆水灰比1：1，水玻璃模数m=2.6，浓度Be=35），要求加固后的土体无侧限抗压强度不小于0.4MPa。在上洞施工中也应加大同步注浆和二次注浆量，并采用同样的方式向洞间所夹土体进行注浆。实际施工中由于采用双液浆，浆液扩散难度大，注浆量难以达到设计要求，最后双液浆改为单液浆（水泥:水1:1）。2 加固施工顺序：“先下后上”施工顺序夹土体加固施工顺序见图9图12。“先上后下”施工顺序夹土体加固施工顺序与“先下后上”相反。

10、图9 第一阶段：先施工下行隧道 图10 第二阶段：从下洞对夹土体注浆加固图11 第三阶段：施工上行隧道图12 第四阶段：从上洞对夹土体注浆加固5.2.3 夹土体加固效果检查对夹层土体加固效果的检查主要采用地质雷达来检查加固的密实度和均匀性，辅以一定数量的钻孔取芯进行试验验证。地质雷达检测为全覆盖，取芯检测频率为1断面/50环，每个断面取3个孔。5.3 盾构施工控制5.3.1 “先下后上”施工顺序下盾构掘进施工参数盾构掘进参数 ：土仓压力：0.72.1bar（根据覆土厚度及信息反馈确定）；转 速：1.01.1/rpm；刀具贯入量：2030 mm/r左右；扭 矩：9001000 kNm(过重要建筑

11、物加固段曾达到1800 kNm)；总 推 力：9000 12000 kN （过重要建筑物加固段达到1700023000kN）。理论排土量：46.4m3/环；同步注浆压力：0.35MPa；同步注浆量：5.3m3/环。二次注浆压力：0.50MPa；二次注浆量：1.6m3/环。5.3.2 “先上后下”施工顺序下盾构掘进施工参数盾构掘进参数 ：土仓压力：1.92.2bar（根据覆土厚度及信息反馈确定） ；转 速：1.01.1/rpm；刀具贯入量：2030 mm/r左右；扭 矩：9001000 kNm（过重要建筑物加固段曾达到1800 kNm）；总 推 力：900012000 kN（过重要建筑物加固段达

12、到1700023000kN）。理论排土量：46.4m3/环；同步注浆压力：0.35MPa；同步注浆量：5.3m3/环。二次注浆压力：0.50MPa；二次注浆量：1.6m3/环。5.3.3 施工对比通过参数对比可知，重叠隧道施工采用“先下后上”和“先上后下”两种不同的施工顺序，盾构控制措施最大的区别在于土仓压力不同，其本质是由于盾构埋深不同因而其仓压有所不同。但在两种施工顺序下盾构施工均要遵循如下规律：连续、匀速、平稳、均衡掘进。6.工艺流程及操作要点6.1 施工工艺流程根据5.3.3，本工艺流程以“先下后上”施工顺序为主。6.2 操作要点6.2.1 先建隧道结构及刚度加强1 管片连接螺栓加强1

13、）定期进行连接螺栓强度检测，确保连接螺栓实际强度符合设计要求。2）严格按照频率进行连接螺栓形状及外观检查，确保符合设计要求。2 管片加强1） 对管片钢筋网片进行不定期抽检，确保管片含筋量符合设计要求。2） 定期对管片混凝土强度进行检测，确保混凝土强度符合设计要求。3） 加强管片混凝土振捣及养护（蒸养和水养）管理，严控混凝土施工质量。3 液压支撑台车支撑施工1）加强隧道支撑移动的组织管理，成立专门的重叠隧道支撑体系操作班，轮式台车支撑体系随盾构掘进分两班作业，每班4人（支撑油缸操作手1人、前进油缸操作手1人、操作工人2人），整个操作班由支撑油缸操作手负责日常管理。2）重叠隧道上洞隧道盾构队管理人

14、员负责对轮式支撑台车的移动及位置下具体指令。上洞隧道盾构机操作室必须与移动台车随时保持相互联系，如其中之一出现故障，则支撑台车及上洞盾构机必须停止向前推进，直至相互确认故障排除后方可恢复掘进和推进。3）支撑台车位于上洞隧道盾构机刀盘前7环后8环位置处，并随上洞隧道盾构掘进同步不卸力向前移动。4）在支撑台车移动过程中，如果整车推进不能实现时，则必须采用单车组移动方式，每循环次台车可向前移动400mm，每循环次所用时间不得多于20分钟，具体单车组移动方式如下图。图14 液压支撑台车循环移动示意图5）每组支撑油缸的初始压力表值设定为3MPa，最大不超过5MPa。6）左线盾构机与支撑台车之间的通信必须

15、时刻保持畅通，如一方通信出现故障时，首先应立即派人通知另一方，然后立即联系项目部进行维修。故障未排除之前，支撑台车及左线盾构机禁止向前推进。7）支撑台车操作人员加强对支撑台车的维护保养，在台车移动过程中注意及时清除前方障碍物，对破损的轮子要及时更换，对漏油的油管进行及时处理，一旦台车掉道，要及时对其进行复位，支撑台车上必须常备10吨手压千斤顶、1吨倒链、19、22、36的开口扳手及450的活动扳手至少各一把。8）液压支撑台车在支撑过程中要认真监视液压表读数变化和各个千斤顶工作状态，如果某个油缸出现漏油等卸载情况，则应立即关闭该油缸进、出油路阀门，立即电话通知左线盾构机停止掘进，直至故障排除后方

16、能恢复掘进。6.2.2 夹层土体注浆加固1 施工前，加工出长度1.2米的钢花管，花管一头削减，一头套丝。将注浆钢花管、水泥和水钻和二次注浆机等物资设备准备好后，运进隧道内。2 使用冲击钻，将管片吊装孔钻通。利用水钻打孔后，将钢花管顶入土体中（套丝部分留在隧道内）。3 使用二次注浆机注浆，注浆压力不大于1MPa，每孔注浆量不小于1.8m。4 注浆结束后，将留在隧道内的钢管顶入土体内。顶进困难，则将其割除。而后将带球阀的注浆头固定吊装孔内，把球阀关闭，防止浆液或水倒流。5 24小时后，将球阀和吊装头拆除，用堵漏灵将管片吊装孔封住。6 使用铜球阀，注意注浆孔的密封，以防漏浆、渗水；注浆完毕后，对注浆

17、管进行清洗，防止堵管，对铜球阀进行清洗，使其能循环使用。7 在上行隧道进行注浆加固施工时，通过对右线隧道内的监测数据反馈，随时调整注浆量、注浆压力及注浆部位。8 如注浆后隧道内沿注浆孔有渗漏现象发生，则要进行防水堵漏施工。9 重叠隧道夹层土体管片后注浆加固以下行隧道注浆加固为主，且加固范围、注浆压力、注浆扩散半径、注浆量等参数根据现场试验确定，对不同的地层施工参数根据试验做相应的调整。6.2.3 盾构施工控制1 施工前，根据隧道埋深，制定详细的施工计划和施工参数，尤其是土仓压力、推力、扭矩、同步注浆压力、掘进速度必须在掘进前通过计算和试验确定。2 施工中加强地面及先建隧道结构内力及变形监测，根

18、据监测情况动态调整和优化施工参数，确保先建隧道结构和地面建(构)筑物安全。3 盾构掘进过程中严格按照“连续、匀速、平稳、均衡掘进”的原则进行施工。4 施工中加强出土量控制，严禁超挖，避免因此地面沉降超限。5 施工中加强同步注浆管理，做到及时、足量。6 根据地面沉降监测情况，适时进行二次注浆，以控制地面沉降。7 加强管片螺栓复紧管理，管片螺栓紧固不少于3次，即拼装后紧固、管片脱出盾尾后复紧和浆液凝固后第三次复紧。7.劳动力组织所需劳动力见下表。表1 劳动力配置表序号作业班组作业内容作业人数1盾构作业队隧道掘进每班24人2支撑台车作业队推进台车每班2人3重叠隧道指挥指挥连络每班1人4精测队监控量测

19、8人8.主要机具设备 所需主要机具见下表：表2 主要机具配置表序号主要机械11或2台土压平衡盾构机22或4台出土电瓶车及配套渣斗3移动式钢拱架4自搅拌浆车5配套浆液搅拌站640吨龙门吊9.质量控制9.1 易出现的质量问题9.1.1 夹层土体注浆效果达不到设计要求。9.1.2 管片拼装质量较差，错台超限。9.1.3 管片螺栓复紧不够，导致后期出现错台和渗漏。9.2 保证措施9.2.1 夹层土体注浆质量保证措施1 严格控制注浆钢花管加工质量，确保注浆管长度、直径和注浆孔符合要求。2 对钢花管打入夹层土体的角度和深度进行严格检查，保证加固范围、深度和角度满足加固需求，确保加固体加固均匀，满足设计要求

20、。3 加强注浆浆液配合比管理，确保浆液质量符合要求。4 严格控制注浆压力和注浆量，避免因压力不够或注浆量不足导致加固效果不能满足施工需求。9.2.2 管片拼装质量保证措施1 严格控制盾构掘进姿态，使盾构掘进线形平顺，管片姿态能够尽量与隧道中心拟合。2 加强管片选型和拼装管理，确保拼装质量。3 加强螺栓紧固措施，增大管片摩擦力，避免因螺栓紧固力不够导致管片脱出盾尾后发生相互错动。4 严格控制盾构机推力，避免因盾构油缸推力差过大，导致管片发生错动。5 同步浆液尽量选用凝固时间短、强度增长快的配比，且注浆饱满，以使浆液能尽早凝固，从而限制管片发生错动。9.2.3 管片螺栓复紧保证措施1 严格按照复紧

21、要求，任何一环管片螺栓复紧不少于三次。2 管片螺栓紧固必须全部在盾构推进过程中进行，以保证紧固时管片在掘进推力作用下密贴效果最好。3 制定螺栓紧固扭矩标准值，并设专人对螺栓紧固力进行抽检，保证紧固质量。10.安全措施10.1 主要安全风险分析10.1.1 因夹层土体注浆不饱满，导致上洞施工时发生盾构栽头。10.1.2 盾构掘进参数控制不好，导致发生地面较大沉隆或结构发生破坏。10.1.3 下洞支撑台车与上洞盾构掘进速度不配备，导致下洞支撑力不足，造成下洞结构发生破坏。10.2 保证措施10.2.1夹层土体注浆质量保证措施同“9.2.1”。10.2.2 盾构掘进参数控制1 严格按照既定的参数进行

22、掘进。2 通过地面和下行隧道结构监测动态指导上行隧道盾构掘进参数控制，并确保监测数据能够及时，准确的送达掘进班组。3 选用经验丰富、责任心强的盾构操作司机，避免人为造成安全事故。10.2.3 上行隧道盾构掘进与下行隧道支撑台车同步保证措施1 在上、下行隧道盾构与台车之间设置可靠的联络设施，保证信息畅通。2 下行支撑台车移动指令应由上行盾构机操作室控制，盾构操作室应每间隔10分钟向台车班组通报一次里程位置和掘进状态，支撑台车班组应严格按照盾构机掘进速度设置台车移动速度。3 当下洞台车发生故障而无法移动时，应及时通知上行隧道盾构禁止掘进，直至故障排出回复移动为止。11.环保措施11.1工地建立集中

23、渣土堆放区，设置专门渣坑，严禁渣土任意堆放，污染环境。11.2砌筑专门污水沉淀池，并且定期对沉淀池清理，防止废水未经沉淀直接排至市政管网。11.3 渣坑周边围墙采取加高处理措施，防止渣土飞溅伤人。11.4 施工过程中造成的粉尘等需采取洒水措施，防止粉尘随意飘荡。11.5 始发或到达时在施工区域200米范围内需张贴安民告示，防止噪音扰民，同时在增设塑料格网，减弱噪音。12.应用实例12.1 工程简介深圳地铁3号线3101标段盾构区间包括【红岭站老街站】、【老街站晒布站】和【晒布站翠竹站】三个盾构区间。由于受老街站（车站采用上下重叠的侧式站台形式）控制，在红岭站老街站、老街站晒布站区间存在有长度分

24、别为361m和684m的上下重叠隧道（左线在上，右线在下），且部分处在R=350m的平面曲线上，下穿多幢房屋，左右线隧道最小净距为1.6m 。12.2 施工情况2009年5月7月：完成了“先下后上”顺序下老晒区间重叠隧道上洞施工。2010年7月308月10日：完成了“先上后下”顺序下红老区间重叠隧道下洞施工。12.3 工程结果评价深圳地铁3101标段重叠隧道，主要通过采取管片结构和刚度加强、夹层土体注浆加固和盾构施工掘进控制措施，安全、优质的顺利完成了【老街站晒布站】区间“先下后上”和【红岭站老街站】区间“先上后下”重叠隧道施工。实践证明重叠隧道采用“先下后上”和“先上后下”两种不同的施工顺序均可行，但同等条件下，采用“先下后上”在安全、质量和经济性方面均要优于“先上后下”施工顺序。12.4 建设效果及施工图片图15 夹层土体注浆 图16 轮式液压支撑台车图17 液压支撑台车进洞 图18 液压支撑台车支撑作业图19 红老区间采用“先上后下”顺序顺利贯通