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                                      地鐵區間疊線隧道下穿洪湖盾構法施工技術


                                      (浙江省交通規劃設計研究院

                                      0引言
                                          隨著軌道交通線網規模的不斷擴大及運營服務標準的提高,不同線路間的換乘及聯絡日益頻繁。同時,受既有周邊環境的制約,區間隧道間的空間關系變得更加復雜,不僅出現了十字形或小角度交叉,而且左右線上下平行重疊的區間隧道也相繼在上海、北京、深圳、杭州等城市的軌道交通工程中出現,由于地鐵建設環境復雜,地鐵區間疊線隧道盾構法施工也不可避免要下穿既有建筑物,給設計與施工帶來了巨大的困難。本文在分析筍洪區間下穿洪湖施工風險的基礎上,重點介紹地鐵區間疊線隧道下穿湖泊盾構法施工技術,為今后類似工程提供技術參考。
                                      1工程概況
                                          筍洪區間線路靠近洪湖站末端約250m處穿越洪湖,穿越部分為南半區,總面積約30萬m2,景觀較少,為洪湖公園的次要景區。湖面下穿段右線隧道埋深5.5~7m,左線隧道埋深14~18m。左線隧道主要位于微風化(長150m)、中風化、強風化層中;右線隧道位于全風化、強風化、礫質粘性土中;上方主要為淤泥質粘土、粉質粘土、粗砂、礫砂、卵礫、圓礫。
                                      2疊線隧道下穿洪湖施工風險分析
                                          隧道頂部覆土多為淤泥質粉質粘土、砂質粘性土、粗砂、礫砂、卵礫,局部地段圓礫和礫砂已進入右線(上洞)隧道開挖范圍;土體含水量豐富,滲透系數高;湖水覆蓋面積大;極易發生坍塌、透水事故,保壓困難,人員進倉換刀和處理孤石風險很高。右線(上洞)隧道洪湖東側下穿段覆土淺(厚度小于6m,段長為60m),其覆蓋層為沙層和淤泥層,此段盾構掘進土壓平衡難以建立,壓力低時開挖面坍塌,地表沉降;壓力高時隧道頂覆土隆起。若最大隆起值得不到有效控制,土壓力易擊穿有效隔水層,產生透水裂縫,湖水倒灌、噴涌,嚴重影響隧道和施工安全。另外,隧道運營后,湖底清淤等開挖施工會進一步減小覆蓋層厚度,對地鐵運營造成重大威脅,存在較大的安全隱患。左線(下層)隧道穿湖段存在約為150m長的硬巖段,根據地勘報告,其天然抗壓強度最大為114MPa(湖區最大為99.6MPa)。左線盾構穿越硬巖段長、硬巖強度大,此硬巖段的掘進會引起盾構刀具嚴重磨損、掘進速度慢等一系列問題。區間隧道過洪湖段為小凈距重疊隧道,左右線隧道間夾持土層厚度為3~4m,受開挖擾動影響大,地層承載力不足,上洞隧道施工過程中極易引發下洞隧道變形,嚴重影響已完成隧道的穩定性。同時,下層隧道施工將不可避免地擾動上部地層,導致地層強度顯著下降,透水性增強,大大增加右線隧道的施工風險。
                                      3疊線隧道下穿洪湖施工技術
                                      3.1砂層、地下水及地表水的處理
                                          (1)圍堰、排水措施。為保證隧道上方無湖水,在隧道下游做一個防水圍堰,在荷花池泄水口處也做一個截水圍堰,然后抽干兩圍堰之間的水,采用5根Φ1000mm的混凝土管連通,如圖1所示。
                                       
                                          (2)砂層加固措施。對隧頂存在砂層且隧道與砂層間隔水層小于2m的砂層進行攪拌樁格柵加固。加固長度為120m,寬度為18m,深度分別為6m、3m,如圖2所示。
                                       
                                      3.2淺覆土筑島施工
                                          對埋深小于6m的隧道頂部(18m)進行覆土,筑島回填,以保證盾構有足夠覆土條件;靥钔梁穸葹椋常,兩側放坡為1∶1。施工過程如下。
                                          (1)測量定位。采用全站儀測量筑島位置,按照平面圖放出控制位置,填筑過程中用水平儀測量填土標高。
                                          (2)基地處理。填筑前盡量清除圍堰底湖床范圍內的水草及雜草。
                                          (3)填料。填筑粘土計劃采用洪湖站和田貝站開挖基坑土方,由自卸車運輸至施工現場直接進入圍堰,后退卸料;填筑時采用豎向填筑法填到湖水面以上,然后采用分層填筑法完成。
                                          (4)攤鋪初平及碾壓。填料由推土機采用進占法推至湖道內,分層填筑碾壓,每層碾壓高度為30cm,壓實度不小于95%,為保證設計寬度,要求填筑寬度比設計寬度寬30~50cm。碾壓采用16t壓路機與推土機配合,進行分層壓實。
                                          (5)修坡。采用挖掘機進行邊坡修整。
                                          (6)堆填護坡沙袋。人工裝好沙袋后用裝載機運送,沿邊坡進行人工堆碼,堆碼高度為1m,寬度為1m。
                                      3.3上軟下硬復合盾構掘進技術
                                          (1)掘進模式。在上軟下硬地層掘進時,盾構機采用半敞開模式,即在土艙內保留1/2~1/3的碴土,然后向土艙內注入壓縮空氣及泡沫或膨潤土來維持開挖面頂部土壓,并進行輔助開挖。開挖面支護壓力的控制以壓力艙頂部支護壓力測量值為準,而且極限支護壓力的大小由頂部軟弱土體的極限最小支護壓力確定。
                                          (2)刀盤轉速、掘進速度及貫入度。局部巖石強度較高,刀盤的滾刀受力較大,而軟巖部分只需對掌子面進行切削即可破壞土層,應適當降低刀盤轉速,控制貫入度,使刀具受到的瞬時沖擊小于25t(安全荷載)[10]。應控制掘進速度為3mm·min-1,刀盤的轉速在1.6r·min-1以下。
                                          (3)刀盤扭矩及油缸推力。由于局部存在的硬巖對刀具磨損嚴重,應減少刀具在連續工作時受到的沖擊力。刀盤扭矩就是刀具在受到沖擊力后的直接體現,所以降低刀盤扭矩實際是減少刀具所受到的沖擊力。刀盤扭矩的最大值應保持在1700kN·m,推力在1000~1800t為宜。
                                          (4)掘進方向偏差控制。在上軟下硬地層中進行盾構掘進,應根據地層分布情況制定初步的掘進參數,再利用導向系統調整、控制盾構機的掘進方向偏差。掘進中若偏離設計線路,應及時調整各項參數,逐環、小量糾偏,避免糾偏過猛引起盾構機蛇形前進,加劇刀具磨損,損壞已拼裝管片和盾尾密封。另外,刀盤會與硬巖發生周期性的碰撞,應關注艙內及盾殼的聲音,注意掘進參數的變化,防止“卡殼”。
                                      3.4疊線隧道施工綜合技術
                                          (1)夾持土注漿加固。夾持土注漿加固如圖3所示。在盾構管片上預留額外的注漿孔,從注漿孔中插管注漿,漿液采用水泥漿。注漿完成后應預留后續注漿條件,根據監測結果決定是否跟蹤注漿。
                                          (2)加強盾構同步注漿、二次注漿。同步注漿、二次注漿的注漿量為正常地段的2倍,壓力為0.2~0.5MPa和0.3~0.6MPa。
                                          (3)下層隧道設移動支架。下隧道先掘進,上隧道后掘進。當上層隧道掘進時,在盾構機下方的下層隧道內設置活動支架支撐盾構管片,以確保下層隧道的安全。支撐范圍為盾構機前后10m。
                                       
                                      4結語
                                          盾構下穿洪湖施工過程中極易發生坍塌、透水事故,淺覆土保壓困難,人員進倉風險很高,主要風險點為湖底下沙層、上軟下硬、疊線和湖底淺埋段。本文主要介紹了疊線隧道下穿湖泊盾構施工技術,包括采用圍堰排水和注漿加固處理砂層、淺覆土筑島技術、上軟下硬地層復合盾構掘進技術,疊線隧道段采用夾持土注漿加固、下層隧道設移動支架并加強盾構同步注漿和二次注漿的綜合施工技術,為今后類似工程提供技術參考。
                                          參考文獻:中國知網

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