CN109458185A - 上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，属于盾构施工领域，包括施工叠交隧道的下部区间隧道并对所述下部区间隧道进行同步注浆加固和及时顶部二次注浆加固；在所述下部区间隧道内的叠交段进行预加固措施并形成永久型结构用于对上部区间隧道施工时进行稳定支撑；施工叠交隧道的上部区间隧道并对所述上部区间隧道进行同步注浆加固，且在上部区间隧道盾构掘进时对下部区间隧道进行同步临时支撑加固；在所述上部区间隧道内的叠交段进行全断面注浆加固。本发明可以对叠交隧道施工的上下区间隧道都起到很好的加固作用，保证了叠交隧道施工的全面稳定，还降低了风险，减少对地面交通、建筑物的干扰。

Description

上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，适用于地下工程建设，具体涉及一种上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展，我国一些发达地区已经进入了大规模开发利用地下空间的时代，而地铁的建设将是我国21世纪城市地下空间开发的重点，在城市地铁网的建设中必然存在区间隧道相互穿越的工程问题，即将区间隧道上下重叠或交叉设置，然而要确保此类区间隧道施工的安全是该类工程所面临的主要难题。

针对地铁修建时上部隧道和下部隧道同时施工的情况，隧道叠交上部隧道和下部隧道都面临施工风险，若先施工上部隧道，下部隧道施工时引起上部隧道沉降对隧道安全极为不利且难以控制；若先施工下部隧道，上部隧道施工时对地面沉降有两次叠加的影响，并且由于上部隧道的开挖卸载，下部隧道存在偏压现象；在上部隧道施工过程中，由于机械设备等的振动作用，对下部隧道的支护有较大的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，以对叠交隧道施工的上下区间隧道都起到很好的加固作用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，

施工叠交隧道的下部区间隧道并对所述下部区间隧道进行同步注浆加固和及时顶部二次注浆加固；

在所述下部区间隧道内的叠交段进行预加固措施并形成永久型结构用于对上部区间隧道施工时进行稳定支撑；

施工叠交隧道的上部区间隧道并对所述上部区间隧道进行同步注浆加固，且在上部区间隧道盾构掘进时对下部区间隧道进行同步临时支撑加固；

在所述上部区间隧道内的叠交段进行全断面注浆加固。

进一步，在所述下部区间隧道内的叠交段进行预加固措施的管片选型上使用高强管片及配套的高强螺栓。

进一步，对所述下部区间隧道施工时采用钻注一体机在竖直面内进行±180°的旋转钻注浆。

进一步，对所述下部区间隧道进行注浆加固的范围为管片腰部以上，角度为202.5°，孔深为管片外3.5m。

进一步，在所述下部区间隧道盾构掘进通过叠交段时，拼装增设预埋注浆孔型管片，一环16个注浆孔，每个孔之间为22.5°，并通过注浆孔向隧道外围地层注浆加固施工。

进一步，所述临时支撑加固的结构采用穿行式移动支撑台车和可拆卸式钢支架组装。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明可以对叠交隧道施工的上下区间隧道都起到很好的加固作用，保证了叠交隧道施工的全面稳定，还降低了风险，减少对地面交通、建筑物的干扰。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明施工方法的流程示意图；

图2为叠交隧道的典型断面图；

图3为钻注一体机拖车台架断面图；

图4为下部区间隧道的叠交段管片注浆孔分布图。

具体实施方式

以下将接合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

以某工程轨道交通建设的规划设计为例，地铁1号线和2号线在火车站站—朝阳广场站区间交汇，为最大限度地方便市民出行，朝阳广场站和火车站均设计成同站台换乘，这样市民不出站即可实现1、2号线左、右线8个方向的同站台换乘，但由于两站换乘1、2号线的方向不一样，这就使得火朝、朝火区间将出现四条隧道呈“扭麻花”状四次在朝阳桥交汇重叠。具体的，火朝区间起点为火车站站，终点为朝阳广场站，左线长度为650.539m，右线长度为747.299m。左右线由两段直线和三段曲线构成，最小曲线半径为R450m，线间距为0m～39m。区间隧道在朝阳桥和朝阳站北端区段具有较长的重叠，在朝阳溪附近，一号线右线上跨二号线左右线，上骑至一号线左线，形成斜交隧道。重叠段竖向净间距2m，线路最大坡度为23‰。右线隧道埋深约14.5～16.5m，左线隧道埋深14.5～24.5m，朝阳溪底隧顶覆土厚度约4.0m。本区间线路左线为单向坡，右线为人字坡。朝火区间左线长度646.614m，右线长度646.766m。左线长度为646.613m，右线长度为646.767m，由三段直线和三段曲线构成，最小曲线半径为R450m，线间距为0.0m～11.5m。区间在朝阳站北端具有较长的重叠隧道，长度约200m。另线路在朝阳桥附近，一号线右线上跨二号线左右线，上骑至一号线左线，形成斜交隧道，如图2断面所示。线路最大坡度为28‰(坡长250m)。右线隧道埋深约10.9～16.5m，左线隧道埋深11.2～24.3m，朝阳溪底隧顶覆土厚度约13.5m。本区间线路纵向为V字坡。根据线路设计，区间上下、斜交重叠主要发生在朝阳溪桥附近，到达朝阳广场站北端呈上下完成重叠(右线在上，左线在下,上下隧道净间距为2.0m)，交叉区域最小间距为1.85m。在这极其复杂地层中隧道叠交段隧道群施工对掘进参数的选择，以及同步注浆、出渣量控制、管片上浮、建(构)筑物沉降控制等易发生变化的边界条件提出了很高的要求。

工程地质及水文地质，根据祥勘资料，1号线火朝及2号线朝火区间施工区域揭露的为第四系和古近系地层，现由新到老简述如下：

①第四系(Q)，第四系覆盖层主要为上更新统望高组上段(Q³w²)地层，岩由上至下分别有棕红色、黄色斑状粘性土，黄色、灰色粉土，黄色、灰白色砂，黄灰色砾卵石层。

②古近系(E)，古近系(E)地层广泛分布于南宁盆地内，为一套半成岩的湖相沉积的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等碎屑岩，含有煤系，岩石固结成岩的程度差。

根据勘察报告及设计图纸可知，土压盾构穿越区域以粉质粘土②_5-2、粉土③₁、粉细砂④_1-1、圆砾层⑤_1-1、粉砂质泥岩⑦_1-1、泥质粉砂岩⑦_2-3地层为主，地质特征见表1。

表1加固区域地层分层及各层性状

如图1所示，本实施例提供的一种上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，包括：下部隧道施工后先对叠交段多孔隧道掘进段进行注浆加固预处理，加固管片外3.5m范围地层。其次在上部隧道盾构掘进时对下部隧道进行临时支撑加固，防止下部隧道管片上浮或者下沉导致管片错台、破损、偏离轴线。上部隧道盾构到达接收后上部隧道叠交段段进行全断面注浆加固处理。

1、下部隧道盾构掘进

下部隧道盾构掘进施工按照常规性“中速掘进、加强同步注浆、及时顶部二次注浆”原则，同步注浆凝结时间一般为8至10小时，盾构掘进参数可见下表2。在叠交段段管片选型上使用高强管片及高强螺栓，形成的永久结构对上部隧道施工时进行稳定支撑。

表2下部隧道掘进参数

掘进参数	设定值	备注
			土仓压力	略大于水压力+土压力	根据保压情况及地面监测情况调整
总推力	8000～15000KN	根据情况确定，保证推进速度小于50mm/min
			转速	1.3～1.6rpm/min	确保贯入度不大于40mm/rpm
注浆	空隙量150％-180％/环	注浆压力为仓压的120％-150％，加强顶部注浆
			泡沫注入量	20-30L	地层为圆砾层⑤<sub>1-1</sub>泥岩层⑦<sub>1-1</sub>
膨润土量	渣土量2％-5％	根据渣土性状确定
			出渣量	理论量*松散系数	根据地层变化控制渣土量，系数一般取1.1-1.4

1.1下部隧道地层加固

1)钻机组装及调试

钻注一体机采用一节拖车台架安装，台架上按照注浆加固需要设置相关辅助设施，如水箱、泵站、驱动电机(行走)等，钻注一体机拖车台架断面图见图3。注浆台车行走可通过电机驱动行走，也可采用电瓶机车拖动行走。

钻注一体机摆动缸驱动钻机在竖直面内进行±180°的旋转钻注浆，同时具有伸缩式钻孔注浆和自防水功能。根据已拼装管片孔位分布情况实时调整钻机角度，钻机定位时先将钻杆回收(约300mm行程)，将钻机角度摆置管片预设注浆孔位置，伸长钻杆，必要时增加钻杆，气腿式凿岩机采用隧道内多功能台架，台架固定在管片车上，由电瓶车带动行走。

2)注浆加固

盾构区间上下部隧道净间距小，下部隧道加固范围为管片腰部以上，角度为202.5°，孔深为管片外3.5m。加固施工工艺主要是：一、钻注一体机可实现边转边注、伸缩式注浆的功能；二、气腿式凿岩机的注浆顺序为：安装防喷装置→钻机定位→钻孔→拔出钻杆→安装无缝注浆钢管→注浆加固。

①、加固设计，盾构掘进通过叠交段段时，拼装增设预埋注浆孔型管片，一环16个注浆孔，每个孔之间为22.5°通过注浆孔向隧道外围地层注浆加固施工，尤其是夹层土，叠交段段管片注浆孔分布见图4。

②、钻机定位，根据管片注浆孔进行钻机定位。

③、注浆施工，地层注浆加固主要是对扰动地层进行压密、填充及补强，避免上部隧道施工期间下部隧道管片、盾构机沉降及上部隧道施工完成后地面沉降。

a.注浆孔位顺序，下部隧道注浆加固按照施工顺序注浆，每次间隔1-2环。

b.注浆施工，注浆管采用外径32mm、壁厚3.5mm,长3.5m热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，在钢管前处设计活套管节，在活套内管管壁四周钻10mm压浆孔，通过钢管后退时将活套管拉开并通过注浆孔注浆，直到将管拔出为止。钻注一体机打设注浆管采用分段后退式注浆工艺，分段长度(步距)为50-80cm。气腿式凿岩机为常规性钻孔注浆。注浆时采用双液浆→单液浆→双液浆的注浆工艺进行。

注浆工艺方面：针对性对比了气腿式钻机、钻注一体机两种模式，钻注一体机可以持续进行注浆加固，钻机可以360度旋转，针对圆砾层具有不卡钻的优势，针对黏土或者稳定性较好地层优势不太明显。

2、上部隧道盾构掘进

1)掘进参数设定

隧道处于上行线，盾构掘进扰动过大将对下部已修建结构有一定的影响，为减少相互间影响，盾构掘进按照“快速掘进”的原则，期间姿态若需调整按照“多次小调”原则，同时降低掘进速度，详细的掘进参数见表3。

表3上部隧道掘进参数

掘进参数	设定值	备注
			土仓压力	水压力+土压力	根据保压情况及地面监测情况调整
总推力	8000～13000KN	根据情况确定，保证推进速度小于40mm/min
			转速	1.4～1.8rpm/min	确保贯入度不大于40mm/rpm
注浆	130％-150％m<sup>3</sup>/环	注浆压力为仓压的140％-160％，加强底部注浆
			泡沫注入量	20-30L	地层为圆砾层⑤<sub>1-1</sub>
膨润土量	渣土量4％-10％	根据渣土性状确定
			出渣量	理论量*松散系数	根据地层变化控制渣土量，系数一般取1.1-1.2

2)盾构姿态控制

在实际施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；因此及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

①、盾构机在每环推进的过程中，将盾构机姿态变化控制在±3mm以内。

②、掘进过程中盾构机的方向偏差应控制在±20mm以内；在缓和曲线段及圆曲线段，盾构机的方向偏差控制在±30mm以内。

3)同步注浆控制

由于掘进过程对土体扰动的增加，在推进时必须严格控制同步注浆量。同步注浆量采用注浆压力与注浆量双向控制，每环注浆量控制在空隙量的140％-185％，确保管片与地层间的空隙填充密实，同时应及时了解地面沉降监测情况，若沉降较大则应加大注浆量或者进行二次补注浆。注浆的凝结时间比下部隧道短，凝结时间为5至7小时。

4)下部隧道支撑作业

上部隧道盾构掘进时，下部隧道的支撑范围为盾构机刀盘前后30m。分别采用穿行式移动支撑台车和可拆卸式钢支架组装。

①、穿行式移动支撑台车

穿行式同步移动支撑台车组装顺序：预埋吊点→组装下部模板→组装主架→组装上部模板及侧模板→液压系统组装→电气系统组装→后续处理及整机调式。穿行式移动支撑台车支撑范围为30mm，台车自身配置电机、液压系统、穿行轨道等可实现自行移动，便捷快速，移动速度6.7m/min,移动期间可持续提供支撑力。

②、可拆卸式钢支架组装

a.连接型钢采用型钢，为便于安装，按每节长6m考虑(包含端头焊接钢板)。

b.钢支架与管片间设缓冲材料，固定于钢支架上，采用丁腈软木橡胶。

c.一次安装钢支架50榀(50环)，隧道通过将后部支架拆除迁移至前部再次安装，依次循环使用至上行隧道全部通过叠交段段后将其拆除。

可拆卸式钢支架采用人工组装模式，上部隧道通过钢支架支撑部位1/3处后，对后部进行拆除，使用平板车倒运送至隧道前端进行二次组装，一次性拆除支架不得超过上部隧道掘进施工部位长度，必须预留上部隧道盾构机刀盘后15m(10环)。

5)现场监控、测量及监测

地面值班室设置盾构施工监控系统，值班人员与盾构司机24小时保持信息互动，同时建立信息化交流平台，监测人员每2小时发布监测数据，以便施工单位、建立、业主、第三方进行数据分析交流并指导现场施工。

盾构在开始叠交段段施工前对盾构机及管片里程、姿态进行复核。

①、盾构机到达叠交段段后对管片里程进行测量，确保盾构管片拼装里程满足设计要求。

②、盾构机进入叠交段段后，对姿态进行一次测量，确保满足设计线路，建议值为：水平：±15mm，竖直：±20mm，并对误差进行修正。

表4盾构区间重叠段监测项目

5)上部隧道盾构到达

因上部隧道距离车站底板7.5m，上部隧道盾构出洞时需在下方提供作业平台支撑，根据压力计算及方便施工，支撑系统采用可快速拆卸组装的φ609钢支撑作为立柱，横向间距为1.5米，纵向间距为2.0米(沿盾构掘进方向)，共计30根，然后在钢管柱上部搭设横纵双层400HW型钢，型钢上部铺设20mm厚钢板。钢管立柱间采用100mm槽钢连接，槽钢与钢管采用螺栓连接。接收架平台底部与型钢顶部钢板焊接牢固，对整个支撑系统进行加固，完成后即作为盾构出洞的接收平台。

6)上部隧道地层加固

由于盾构掘进、同步注浆等施工，对地层造成一定程度破坏而产生沉降，并且浆液的收缩变形也引起地面变形及土体侧向位移，受扰动土体重新固结产生地面沉降，因此在盾构掘进结束后进行上部隧道叠交段段注浆，注浆范围为360°全断面注浆。上部隧道注浆先施工底部注浆孔，底部注浆孔施工完成后施工侧墙注浆孔，最后施工顶部注浆孔，每次间隔1-2环。注浆的施工工艺与上部隧道相同。

实施效果分析

1号线朝火及2号线火朝区间四次下穿朝阳桥(1956年修建)，四次下穿完成后最大沉降点20mm，最小沉降点10mm，受力墩台之间沉降均满足设计要求。

重叠段施工主要分为：下行盾构掘进、钻孔注浆及注浆效果检查、上行隧道盾构掘进、上行隧道钻孔注浆及注浆效果检查、斜交隧道盾构掘进、斜交隧道注浆加固及效果检查、上部隧道(含斜交)掘进期间下部隧道监测等7大工序，施工过程中合理安排、提前进行工序管理，1号线火朝及2号线朝火区间叠交隧道段掘进施工按照计划完成。

重叠段盾构掘进单日6-9m，下部钢支架/支撑台车日进度9-12m，注浆加固1-3环/日。注浆加固采用“双液+单液+双液(复合)，隔环/孔跳注，随后反复注入”的模式有效降低了地下水对浆液的影响，同时也较好的达到了注浆效果。

掘进施工期间对下部成型隧道管片进行监测，收敛变形最大值为1mm，拱顶沉降最大值为1.4mm，地表沉降最大值为20mm，从监控量测数据分析，通过地层加固、安设钢支架/穿行式台车等措施有效降低了上部隧道开挖对下部隧道结构的影响，变形数字都在规范允许范围内。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，其特征在于，

施工叠交隧道的下部区间隧道并对所述下部区间隧道进行同步注浆加固和及时顶部二次注浆加固；

在所述下部区间隧道内的叠交段进行预加固措施并形成永久型结构用于对上部区间隧道施工时进行稳定支撑；

施工叠交隧道的上部区间隧道并对所述上部区间隧道进行同步注浆加固，且在上部区间隧道盾构掘进时对下部区间隧道进行同步临时支撑加固；

在所述上部区间隧道内的叠交段进行全断面注浆加固。

2.根据权利要求1所述的上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，其特征在于，在所述下部区间隧道内的叠交段进行预加固措施的管片选型上使用高强管片及配套的高强螺栓。

3.根据权利要求1所述的上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，其特征在于，对所述下部区间隧道施工时采用钻注一体机在竖直面内进行±180°的旋转钻注浆。

4.根据权利要求1所述的上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，其特征在于，对所述下部区间隧道进行注浆加固的范围为管片腰部以上，角度为202.5°，孔深为管片外3.5m。

5.根据权利要求1所述的上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，其特征在于，在所述下部区间隧道盾构掘进通过叠交段时，拼装增设预埋注浆孔型管片，一环16个注浆孔，每个孔之间为22.5°，并通过注浆孔向隧道外围地层注浆加固施工。

6.根据权利要求1所述的上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法，其特征在于，所述临时支撑加固的结构采用穿行式移动支撑台车和可拆卸式钢支架组装。