CN105332710B - 适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法，所述的上下重叠隧道包括隧道直径相同、隧道长度大致相等的上洞隧道和下洞隧道，上洞隧道和下洞隧道均分别均是以管片形成隧道结构，上洞隧道和下洞隧道之间的垂直净距小于0.7D(盾构直径)，隧道长度大于1000m，其盾构施工方法是按常规盾构施工方法完成下洞隧道后，通过盾构高空始发平台、上下隧道夹层土体深孔注浆加固、下洞隧道支撑钢环加固、盾构高空接收平台等措施，来减少上洞隧道的盾构施工对成型下洞隧道的影响和重叠隧道沉降二次叠加效应，确保下洞隧道变形和地面沉降可控。重叠隧道盾构施工方法，对同类盾构隧道工程及深层密集地下空间开发利用具有十分重要参考价值及实际意义。

Description

适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法

技术领域

本发明为一种重叠隧道施工方法，具体地说是一种用于重叠隧道盾构的合理、安全、可靠的施工方法，属于市政隧道工程领域。此方法适用于类似工程重叠隧道盾构施工。

背景技术

随着中国经济及城市的发展城市功能分区更明显，交通流量增大，但可利用的地面土地资源却越来越有限甚至不足以支撑工程建设，原来在城市交通规划建设中因地质条件复杂或场地不足周边环境复杂等因素避开的区域，现在必须面对。地铁线路在穿越城市中心或是老区时遇到场地条件狭小，周边环境复杂的区域采取重叠隧道的线路设计就是这种情况的一种典型体现。

重叠隧道盾构施工案例较少，技术研究处于起步阶段，在很多关键技术和应用条件的研究还处于空白且技术封闭。现有国内外的研究大都以数值模拟分析、沉降监测、模型试验等方式考察了应力变化、沉降关系、隧道结构几何参数、地层性质、隧道埋深等关系，其中尤其是数值模拟得到的结论较多但是缺乏可供施工阶段参考的行之有效的理论和措施。

前期在深圳、北京、武汉出现的单洞双层重叠隧道均是处于地质条件较好地段，且重叠段线路最长不过数百米。到目前为止国内还没有成型的理论和实用的工艺可以套用在类似的工程施工中，尤其是在地质条件比较恶劣，周边环境复杂的条件下重叠隧道盾构施工还是亟待解决的一大技术难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，结合天津地区软弱土层，本发明提出了一种适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法，按常规盾构施工方法完成下洞隧道后，通过盾构高空始发平台、上下隧道夹层土体深孔注浆加固、下洞隧道支撑钢环加固、盾构高空接收平台等措施，来减少上洞隧道的盾构机施工对成型下洞隧道的影响和重叠隧道沉降二次叠加效应，确保下洞隧道变形和地面沉降可控。本发明上下重叠隧道施工方法对同类盾构隧道工程及深层密集地下空间开发利用具有十分重要参考价值及实际意义。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法，其中，上下重叠隧道是指线路以上下重叠形式布置的盾构隧道，包括隧道直径相同、隧道长度基本相等的上洞隧道和下洞隧道；所述上洞隧道和下洞隧道均是以管片形成隧道结构，上洞隧道和下洞隧道之间的垂直净距小于0.7D，其中，D为隧道内径，该重叠隧道的隧道长度大于1000m。在上下重叠隧道的一端设有盾构始发井，在上下重叠隧道的另一端设有盾构接收井，该上下重叠隧道按照以下步骤施工：

步骤一、采用盾构法并按照《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008要求完成下洞隧道的施工；

步骤二、通过下洞隧道管片对上洞隧道和下洞隧道之间的夹层土体进行深孔注浆加固，加固半径为管片外3m，深孔注浆加固过程中，出现下述情形之一时，停止注浆，完成该深孔注浆加固：

A、当出现下洞隧道管片收敛达到10mm、隧道上浮、管片错台、管片出现裂纹和地面隆起中的任何一种情况；

B、注浆口压力维持在1.0MPa，出现浆液难以注入状态的时间为3～5分钟；

C、单孔进浆量达到平均设计压浆量的1.5～2倍，且此时的进浆量为正常注浆量的20％；

D、由地面沉降监测系统、建筑物监测系统、桥梁监测系统、铁路监测系统和管线监测系统之一发出监测报警时；

步骤三、在盾构始发井搭设盾构高空始发平台，所述盾构高空始发平台是通过盾构始发井搭设的钢柱梁结构用于盾构机始发，之后在该盾构高空始发平台上组装盾构机，同时在下洞隧道内安装若干套支撑钢环，支撑钢环的外径与下洞隧道管片内径一致，所述支撑钢环由三节支撑钢环分节构成，安装时，先将三节拼装成整体钢环，每节之间用高强连接螺栓连接，用人工安装钢环到管片上，通过支撑钢环腰部节点设置的扁平千斤顶调节，使支撑钢环与下洞隧道管片之间紧密贴合，相邻支撑钢环的间距为520mm，最后用工字钢将若干套支撑钢环纵向连接成一体；若干套支撑钢环的支撑范围为盾构机前30m至盾构机后80m；

步骤四、在上洞隧道内的盾构机掘进施工过程中，下洞隧道内的支撑钢环与盾构机同向同步移动，盾构机采用机内推进油缸系统前进，下洞隧道内的支撑钢环采用人工拆装前行，通过盾构机自带的导向系统与人工测量相结合来控制盾构机和下洞隧道内支撑钢环的同步移动，直至完成上洞隧道的掘进；

步骤五、在盾构接收井搭设盾构高空接收平台，所述盾构高空接收平台是通过盾构接收井搭设的钢柱梁结构用以盾构机接收；

步骤六、盾构机接收完毕后，通过上洞隧道管片对上洞隧道和下洞隧道之间夹层土体进行深孔注浆加固，加固范围为过上洞隧道截面中心点所在水平面以下的半环部分，加固半径为管片外3m，直至完成该深孔注浆加固。

进一步讲，步骤二和步骤六中的深孔注浆加固是通过盾构掘进拼装的钢筋混凝土管片预留的16个注浆孔内打入的钢化管来进行注浆。

步骤二和步骤六中，注浆材料为42.5级普通硅酸盐水泥浆液或水泥-水玻璃浆液，注浆压力为0.4～1.0MPa，注浆量Q＝V×n×α×β，其中，V为加固土体体积，n为孔隙率，n＝e/(1+e)，e为孔隙比，α为填充系数，β为浆液消耗系数。当施工场合为粘性土时，填充系数α为0.8，浆液消耗系数β为1.1；当施工场合为砂性土时，填充系数α为0.9，浆液消耗系数β为1.2。

与现有技术相比，本发明施工方法的有益效果是：

1、本发明施工方法是通过在始发井、接收井搭设盾构高空始发平台和接收平台用于盾构始发和接收，盾构高空始发平台和接收平台均采用钢柱梁结构可以提供盾构机始发时的反作用力和抵消盾构接收时的推力，减少盾构始发和接收对始发井、接收井主体结构的影响。

2、本发明施工方法通过对上下重叠隧道夹层土体深孔注浆加固，可以提高隧道周围土体的承载力，减少上洞隧道盾构掘进对下洞隧道影响和后期运营的隧道沉降。

3、本发明施工方法通过对下洞隧道支撑钢环加固，以减小上洞盾构机掘进前后范围内下洞隧道管片的竖向、纵向位移和垂直弯曲变形等，解决施工过程中管片的纵向螺栓的抗弯、抗剪强度不足的问题。同时本发明施工方法中采用支撑钢环与隧道管片紧密贴合，不存在支撑不到位的情况。

4、本发明施工方法易掌握，实用性强，施工快捷，施工成本低。

附图说明

图1是上下重叠隧道示意图；

图2按常规施工方式施工下洞盾构隧道掘进；

图3下洞隧道深孔注浆加固；

图4搭设盾构高空始发平台和下洞隧道支撑钢环；

图5下洞隧道支撑钢环横向布置图

图6下洞隧道支撑钢环纵向布置图

图7下洞隧道支撑钢环和上洞盾构机同向同步施工；

图8搭设盾构高空接收平台和盾构机接收；

图9上洞隧道深孔注浆加固。

图中：10-上洞隧道，20-下洞隧道，30-盾构始发井，40-盾构接收井，50-盾构机，1-下洞隧道深孔注浆加固，2-盾构高空始发平台，3-支撑钢环，4-支撑钢环分节，5-高强连接螺栓，6-扁平千斤顶，7-18a工字钢，8-盾构高空接收平台，9-上洞隧道深孔注浆加固。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明中提及到的上下重叠隧道是指线路以上下重叠形式布置的盾构隧道，包括隧道直径相同、隧道长度基本相等的上洞隧道和下洞隧道；所述上洞隧道和下洞隧道均是以管片形成隧道结构，上洞隧道和下洞隧道之间的垂直净距小于0.7D，其中，D为隧道内径(也即盾构直径)，该重叠隧道的隧道长度大于1000m。在上下重叠隧道的一端设有盾构始发井，在上下重叠隧道的另一端设有盾构接收井。

当2条地铁隧道如图1所示即为一上下重叠隧道，上洞隧道10与下洞隧道20平行前进走向时，在上下重叠隧道的两端设置盾构始发井30和盾构接收井40，用于盾构机50的始发和接收，该实施例中，上洞隧道10和下洞隧道20均分别包括有管片，管片外径φ6200mm、内径φ5500mm、管片厚度350mm、环宽1.2m，混凝土强度等级C50，抗渗等级P10，上洞隧道10和下洞隧道20之间的最小净距是2280mm，隧道长度为1500m。该上下重叠隧道施工的步骤如下：

步骤一、采用盾构法并按照《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)要求施工完成下洞隧道20的施工，如图2所示；

步骤二、通过下洞隧道管片对上洞隧道和下洞隧道之间的夹层土体进行下洞隧道深孔注浆加固1，如图3所示，该深孔注浆加固是通过盾构掘进拼装的钢筋混凝土管片(外径φ6200mm、内径φ5500mm、管片厚度350mm、环宽1.2m，混凝土强度等级C50，抗渗等级P10)预留的16个注浆孔打入的钢化管进行注浆；

注浆材料为42.5级普通硅酸盐水泥浆液或水泥-水玻璃浆液，注浆压力为0.4～1.0MPa，注浆量理论计算值如下所示：注浆量Q＝V×n×α×β，其中，V为加固土体体积，n为孔隙率，n＝e/(1+e)，e为孔隙比，α为填充系数，β为浆液消耗系数(当施工场合为粘性土时，填充系数α为0.8，浆液消耗系数β为1.1；当施工场合为砂性土时，填充系数α为0.9，浆液消耗系数β为1.2)。

注浆加固半径为管片外3m，采用注浆压力、注浆量和地面建筑物、管片的的变化控制为主，当达到以下条件之一时，应停止注浆，

当管片收敛达到10mm、隧道上浮、管片错台及出现裂纹或地面隆起时；

注浆口压力维持在1.0MPa，维持时间较长一般掌握为3～5分钟浆液难以注入时；

单孔进浆量达到平均设计压浆量的1.5～2倍，且进浆量明显减少时，通常是进浆量仅为正常注浆量的0.2倍时；

由地面沉降监测系统或建筑物监测系统或管线监测系统或铁路监测系统或桥梁监测系统发出监测报警时；

步骤三、在盾构始发井30搭设盾构高空始发平台2，所述盾构高空始发平台2是通过盾构始发井30搭设的钢柱梁结构用于盾构机50始发，如图4所示，之后在该盾构高空始发平台2上组装盾构机50，同时在下洞隧道20内安装由若干套支撑钢环3，支撑钢环3(该支撑钢环3的外径与管片内径相同，即支撑钢环3的外径为φ5500mm)由20a工字钢制作而成，将支撑钢环分成三节，如图4中所示，支撑钢环由三节支撑钢环分节4构成。安装时，先将三节拼装成整体钢环，每节之间用高强连接螺栓5连接，用人工安装钢环到管片上，通过支撑钢环腰部节点设置的扁平千斤顶6调节，使支撑钢环3与下洞隧道管片内表面密贴，支撑钢环3间距为520mm，最后用6道18a工字钢7将支撑钢环3纵向连接成一体。拆除时，先将6道18a工字钢7拆除，再松开扁平千斤顶6使钢环与管片松开，再拆除支撑钢环3，然后再分节运送到盾构机50前方安装，支撑钢环3的安装如图5和图6所示，

步骤四、在上洞隧道10内的盾构机50掘进施工过程中，如图7所示，下洞隧道20内的支撑钢环3与盾构机50同向同步移动，盾构机50采用机内推进油缸系统前进，下洞隧道20内的支撑钢环3利用人工拆装前行，支撑钢环3的支撑范围为盾构机50前30m至盾构机50后80m，通过盾构机50自带导向系统与人工测量相结合来控制盾构机50和下洞隧道20内支撑钢环3的同步移动。

步骤五、在盾构接收井40搭设盾构高空接收平台8，所述盾构高空接收平台8时通过盾构接收井40搭设的钢柱梁结构用以盾构机50接收，如图8所示；

步骤六、盾构机50接收完毕后，通过上洞隧道管片对上洞隧道和下洞隧道之间夹层土体进行上洞隧道深孔注浆加固9，该步骤中加固范围为上洞隧道10的截面中心点所处水平面以下的环形部分，如图9所示，加固半径为管片外3m，该深孔注浆加固的注浆材料、工艺参数与步骤二中下洞隧道20的深孔注浆材料和工艺参数相同，至此，完成上下重叠隧道施工。

综上，本发明施工方法主要包括按常规方式施工完成下洞隧道20后，通过对上洞隧道和下洞隧道夹层土体注浆加固、下洞隧道支撑钢环加固、上洞隧道盾构高空始发与接收、上洞盾构机掘进参数控制等技术，来减少上洞隧道的盾构机施工对成型下洞隧道的影响和重叠隧道沉降二次叠加效应，确保下洞隧道变形和地面沉降可控，防止地面建(构)筑物破坏。本发明通过采取合理的施工顺序，并伴以适宜的加固措施，确定适合的施工参数，将施工过程中上下隧道之间相互影响及对周边环境的影响降到最低。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法，其中，上下重叠隧道是指线路以上下重叠形式布置的盾构隧道，包括隧道直径相同、隧道长度基本相等的上洞隧道和下洞隧道，其中，隧道长度大于1000m；所述上洞隧道和下洞隧道均是以管片形成隧道结构，上洞隧道和下洞隧道之间的垂直净距小于0.7D，其中，D为隧道内径，在上下重叠隧道的一端设有盾构始发井，在上下重叠隧道的另一端设有盾构接收井，其特征在于，该上下重叠隧道按照以下步骤施工：

步骤一、采用盾构法并按照《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008要求完成下洞隧道的施工；

步骤二、通过下洞隧道管片对上洞隧道和下洞隧道之间的夹层土体进行深孔注浆加固，加固半径为管片外3m，深孔注浆加固过程中，出现下述情形之一时，停止注浆，完成该深孔注浆加固：

A、当出现下洞隧道管片收敛达到10mm、隧道上浮、管片错台、管片出现裂纹和地面隆起中的任何一种情况；

B、注浆口压力维持在1.0MPa，出现浆液难以注入状态的时间为3～5分钟；

C、单孔进浆量达到平均设计压浆量的1.5～2倍，且此时的进浆量为注浆量的20％；

D、由地面沉降监测系统、建筑物监测系统、桥梁监测系统、铁路监测系统和管线监测系统之一发出监测报警时；

步骤三、在盾构始发井搭设盾构高空始发平台，所述盾构高空始发平台是通过盾构始发井搭设的钢柱梁结构用于盾构机始发，之后在该盾构高空始发平台上组装盾构机，同时在下洞隧道内安装若干套支撑钢环，支撑钢环的外径与下洞隧道管片内径一致，所述支撑钢环由三节支撑钢环分节构成，安装时，先将三节拼装成整体钢环，每节之间用高强连接螺栓连接，用人工安装钢环到管片上，通过支撑钢环腰部节点设置的扁平千斤顶调节，使支撑钢环与下洞隧道管片之间紧密贴合，相邻支撑钢环的间距为520mm，最后用工字钢将若干套支撑钢环纵向连接成一体；若干套支撑钢环的支撑范围为盾构机前30m至盾构机后80m；

步骤四、在上洞隧道内的盾构机掘进施工过程中，下洞隧道内的支撑钢环与盾构机同向同步移动，盾构机采用机内推进油缸系统前进，下洞隧道内的支撑钢环采用人工拆装前行，通过盾构机自带的导向系统与人工测量相结合来控制盾构机和下洞隧道内支撑钢环的同步移动，直至完成上洞隧道的掘进；

步骤五、在盾构接收井搭设盾构高空接收平台，所述盾构高空接收平台是通过盾构接收井搭设的钢柱梁结构用以盾构机接收；

步骤六、盾构机接收完毕后，通过上洞隧道管片对上洞隧道和下洞隧道之间夹层土体进行深孔注浆加固，加固范围为过上洞隧道截面中心点所在水平面以下的半环部分，加固半径为管片外3m，直至完成该深孔注浆加固。

2.根据权利要求1所述适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法，其中，步骤二和步骤六中的深孔注浆加固是通过盾构机掘进拼装的钢筋混凝土管片预留的16个注浆孔内打入的钢花管来进行注浆。

3.根据权利要求1所述适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法，其中，步骤二和步骤六中，注浆材料为42.5级普通硅酸盐水泥浆液或水泥-水玻璃浆液，注浆压力为0.4～1.0MPa，注浆量Q＝V×n×α×β，其中，V为加固土体体积，n为孔隙率，n＝e/(1+e)，e为孔隙比，α为填充系数，β为浆液消耗系数。

4.根据权利要求3所述适用于软弱地质下小净距长距离的上下重叠隧道施工方法，其中，施工场合为粘性土，填充系数α为0.8，浆液消耗系数β为1.1；施工场合为砂性土，填充系数α为0.9，浆液消耗系数β为1.2。