CN110500112A - 土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，涉及盾构领域，主要包括降水设计及施工、大断面暗挖施工技术、小断面浅埋暗挖快速施工技术、盾构施工并行段控制技术和盾构施工叠交段控制技术。减弱地下水对填土、淤泥质粘土、洪积/坡积粘土的弱化，有效的保障了并行叠交段施工的顺利进行。

Description

土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法

技术领域

本发明涉及一种土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，主要涉及盾构领域。

背景技术

通过工程地质、水文地质、岩土工程和环境影响的分析，可知并行叠交段施工存在着非常多的工程问题，如果在施工期间不能合理的对上述问题进行处理，将导致工程事故的发生。主要的重难点风险如下：

1)填土结构较松散，均质性差，易产生坍塌，部分施工穿过较厚的填土段；

2)粉砂岩、泥质粉砂岩层围岩自稳能力差，在地下工程施工扰动作用下，容易使粉砂岩在水的作用下发生颗粒流失，造成地层损失，开挖面容易发生坍塌；

3)泥岩、粉砂质泥岩层围岩稳定性和整体性较好，但围岩风干易开裂，再吸水易崩解，且具有强膨胀性；

4)在盾尾注浆过程中，如注浆压力、注浆液配比不适，极易引起地表沉降或隆起；

5)隧道范围内地层存在泥岩，盾构在掘进时，容易在刀盘上形成泥饼，使掌子面上出现不见刀，泥磨土的情况，导致进尺缓慢；

6)当盾构引起的地面塌陷与隆起过大时，将使附近既有建筑物变形或沉降增大，影响其安全与正常使用；对于地下管网，将因地层变形而产生弯曲与破坏；

7)互层地层引起掌子面正面压力不均，影响盾构轴线的控制。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，减弱地下水对填土、淤泥质粘土、洪积/坡积粘土的弱化，有效的保障了并行叠交段施工的顺利进行。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：包括降水设计及施工、大断面暗挖施工技术、小断面浅埋暗挖快速施工技术、盾构施工并行段控制技术和盾构施工叠交段控制技术。

本发明的技术原理及有益效果如下：

减弱地下水对填土、淤泥质粘土、洪积/坡积粘土的弱化，降低具有膨胀性的泥岩的胀缩破坏，防止富水砂岩破坏涌水，对软弱土如填土、淤泥质粘土、洪积/坡积粘土进行预加固，减低正线与出入段线并行部分的相互影响，增加软弱围岩中的开挖稳定性，有效的保障了并行叠交段施工的顺利进行。

进一步，所述降水设计及施工如下包括芯管制作准备、钻机进场、定位安装、开孔、下护口管、钻进、终孔后冲孔换浆、下井管、稀释泥浆、填滤料、止水封孔、洗井、下泵试抽、合理安排排水管路及电缆电路、试验、正式抽水和记录；

所述填滤料：井管到位后将泥浆稀释到1.05左右，在稀释泥浆时井管管口应密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。稀释泥浆比重在1.05后关小泵量，填入10～20mm砾石过滤层至距孔口2m处。填滤料时，先盖好井口，采用人工从井管四周均匀缓慢地填入，同时，采用注水填料，缓慢填料。

进一步，大断面暗挖施工技术如下：采用三台阶法，台阶采用短台阶，上半断面初期支护包括：超前小导管、初喷混凝土、安设锚杆、挂钢筋网、立格栅钢架、喷混凝土至设计厚度；

当围岩地质较差、开挖工作面不稳定时，采用短进尺或上下台阶错开开挖或预留核心土措施，采用喷射混凝土或玻璃纤维锚杆对开挖工作面进行加固；

盾构区间与暗挖隧道净距小于4m的范围设置隔离桩，确保盾构安全通过正在开挖的暗挖隧道，减小盾构隧道施工过程两隧道的相互影响。

进一步，小断面浅埋暗挖快速施工技术包括台阶法开挖和土方开挖；

台阶法包括上台阶开挖与支护、下台阶开挖与支护和仰拱开挖与支护；

上台阶开挖与支护施工顺序：临时封闭掌子面(视围岩情况)、超前小导管打入、超前小导管注浆加固地层、留核心土开挖上台阶土方、测量开挖断面轮廓、初喷砼40mm、安装钢架、打设锁脚锚管、安装纵向连接筋、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度；

下台阶开挖与支护施工顺序：左侧边墙土方开挖、测量开挖断面轮廓、初喷40mm厚砼、安装钢架、打设锚杆、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度、右侧边墙土方开挖、测量开挖断面轮廓、初喷40mm厚砼、安装钢架、打设锚杆、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度；

仰拱开挖与支护施工顺序：隧底土方开挖、测量开挖断面轮廓、初喷砼40mm、安装型钢拱架、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度，仰拱一次开挖长度不得大于3m，挖至设计轮廓后，立即安装钢架、喷射混凝。

进一步，盾构施工并行段控制技术如下：在暗挖隧道与盾构区间之间施作隔离桩，暗挖隧道与盾构区间的净距小于4m时，在两个结构物之间设置隔离桩，两个掌子面回合的位置选择在隔离桩段，盾构才能掘进通过，暗挖隧道停止开挖后，喷锚封闭掌子面，在上台阶底部设置型钢横撑，横撑中间位置设置竖撑，横撑和竖撑间距与钢拱架相同，与钢拱架焊接，横撑之间喷射混凝土，使上台阶封闭成环，下台阶和仰拱应开挖到同一位置，并初支封闭成环。

进一步，盾构施工叠交段控制技术如下：包括碴土改良、工程降水处理和注浆处理。

进一步，碴土改良如下：在粘土地层中掘进中，分别向刀盘面、土仓和螺旋输送机注入泡沫；富水地段和其它含水地层掘进时，向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土，并增加对螺旋输送机内注入膨润土；在砂岩层地层掘进时，向刀盘面、土仓内注入泥浆。

进一步，工程降水处理如下：降水井中心距暗挖隧道边缘2.3-2.5m，在折返线隔离桩设置区域，降水井设于两隔离桩外侧桩间，沿隧道纵向两排错开布置。

进一步，注浆处理包括出段线注浆加固：区间隧道穿过范围内及隧道顶部的填土层，对上述土层进行地面钢花管全断面预注浆加固；施工前进行工艺性钢花管注浆试验，以检验地层注浆工艺的适用性，并经检验效果达到设计要求后大面积开展注浆施工。

进一步，注浆处理包括入段线注浆加固：采用地面钢花管后退式注浆对隧道穿越的地层进行挤密和充填注浆，注浆孔间距2m×2m，前后两排错开布置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中7幅，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为出段线降水井布置图；

图2为入段线降水井布置图；

图3为出段线注浆加固范围平面图；

图4为出段线注浆加固纵断面图；

图5为出段线地层加固剖面图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的较佳实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

1隔离桩施工

设计在折返线隧道与正线隧道间设置了φ1200@1500钢筋混凝土隔离桩，长62.45米(RCK0+169.55～RCK0+232.00段)，隔离桩与折返线暗挖隧道净距为0.5m，上、下桩端的嵌固深度均为6m，隔离桩先行完成施工。

1.1施工工序

(1)桩位偏差、轴线和垂直轴线方向不宜大于50mm，桩身垂直度偏差不宜大于0.5％。

(2)钻孔灌注桩可采用泥浆护壁法施工，必要时可采用钢套筒护壁；钻孔桩清孔后必须控制桩底浮渣厚度不大于200mm。

(3)钢筋笼宜分段制作，在起吊、运输、安装中应采取措施防止变形，吊点宜设于加强箍筋部位，分段沉放时，纵筋的连接必须采用焊接，要特别注意焊接质量，钢筋焊接接头连接区段的长度为35d且不小于500mm，同一截面上接头数量不大于50％。

(4)钻孔灌注桩应采取隔桩施工，并应在灌注混凝土24h后且相邻桩体混凝土达到70％以上设计强度后，方可成孔施工。

(5)沉放钢筋笼时，上下节主筋须对正连接牢固，并经检查合格后，方可继续下沉。

(6)混凝土灌注中，导管应始终埋在混凝土中，严禁导管提出混凝土面；导管应保持埋入混凝土浇筑面以下2～3m，一次提管不得超过6m，应防止钢筋笼上浮。

(7)桩受力钢筋的混凝土保护层厚度为70mm，其厚度偏差不宜大于20mm。

(8)钢筋笼直径偏差不宜大于10mm，钢筋笼长度偏差不宜大于50mm，主筋间距偏差不宜大于10mm，箍筋间距偏差不宜大于20mm。

(9)在填土层、砂层中施工时，为防止槽壁出现失稳现象，应根据地质条件选用合理的泥浆配比，必要时刻加大泥浆比重，掺加膨润土。

(10)钢筋笼宜整体吊装，钢筋笼吊放应严格保证预埋件高程，钢筋笼入槽后至浇注混凝土时总停置时间不应超过4小时。

(11)施工完成的混凝土灌注桩需采用低应变动测法检测桩身完整性，检测数量不宜少于总桩数的20％，且不得少于5根；当根据低应变动测法判定的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，应采用钻芯法补充检测检测，数量不宜少于总桩数的2％，且不得少于3根。

2降水设计及施工

为降低隧道拱顶及侧壁所受水压力，确保隧道干作业环境施工，在暗挖施工期间进行降水。沿线地形起伏较大，水位埋深随地形起伏而变化，根据降水试验方案布置降水井。在隧道两侧各设置一排纵向降水井，降水井钻孔直径800mm，井直径400mm，t＝4mm，降水井深入隧道底下深度15m，单侧降水井间距为10m和15m，降水井沿隧道两排错开布置。

1)降水井施工工序

准备工作(芯管制作)-钻机进场-定位安装-开孔-下护口管-钻进-终孔后冲孔换浆-下井管-稀释泥浆-填滤料-止水封孔-洗井-下泵试抽-合理安排排水管路及电缆电路-试验-正式抽水-记录。

2)降水井工艺

降水井外径为φ800m，中心抽水芯管为φ400mm壁厚4mm钢管，在管底上500mm开φ20mm间距200mm×200mm的圆孔，交错梅花型布置，管外包裹两层60木镀锌铁丝滤网；在钢管与孔壁间填充砾石滤水层，滤料采用直径为10～20mm砾石，地面以下2m用直径20～30mm的风干粘土球夯实至地面。

成孔：降水井外径为φ800m，采用旋挖机成孔的方法，其施工质量和验收标准同围护桩成孔工艺。

清孔换浆：钻孔钻进至设计标高后，清除孔内杂物，同时将孔内泥浆密度逐步调至1.10，孔底沉淤厚度小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。

下芯管：管子进场后，按设计要求进行加工，包裹滤网。按设计井深事先将井管排列、组合，下管时降水井的底部按标高严格控制。井管应平稳入孔，每节井管的两端口要找平，其下端有45度坡角，焊接时二节井管应从二个方向找直，并有二人对称焊接，确保焊接垂直，完整无隙，保证焊接强度，以免脱落。

为了保证井管不靠在井壁上和保证滤水层厚度，在滤水芯管上下部各加一组扶正器4块，使滤水管居中，保证环状填料间隙厚度，过滤器应刷洗干净，过滤器孔径均匀且不小于2cm，外包两层60目滤网。下管要准确到位。自然落下，稍转动落到位，不可强力压下，以免损坏过滤结构。

填砾料：井管到位后将泥浆稀释到1.05左右，在稀释泥浆时井管管口应密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。稀释泥浆比重在1.05后关小泵量，填入10～20mm砾石过滤层至距孔口2m处。填滤料时，先盖好井口，采用人工从井管四周均匀缓慢地填入，禁止整车滤料从一个方向倒入，同时，采用注水填料，填料应缓慢，不得快速集中倾倒，造成井管外围局部堵塞，无法成井而形成废井。

洗井：下管填滤料层后及时洗井，以避免泥浆和砂土砾料凝固造成洗井困难。洗井采用空压机洗井方法，即利用空压机向钢管底部注入高压空气流，同时用污水泵往孔外排浆，空压机的排气量不小于7m³/min，压力不低于0.5Mpa，洗井必须洗到水清砂净为止。

井口封闭：为防止泥浆及地表污水从管外流入井内，地面以下2m用直径20～30mm的风干粘土球夯实至地面，水泥砂浆抹面封口。

降水井运行：准确测定各井口和地面标高，测定静止水位，安排好抽水设备、电缆及排水管道作试运行，以保证抽水系统完好。抽出来的水应排入场外市政管道中，以免抽出的水就地回渗，影响降水效果，坑内的降雨积水应立即排出坑外，尽量减少大气降水和坑内积水的入渗。

3)关键技术小结

开挖前须保证至少二周以上的预抽水时间，保证地下水位降至隧底以下1m。

抽排出来的水应排入场外市政管道中，以免抽出的水回渗。

滤料回填是降水井施工的核心环节，应从芯管四周缓慢倒入，填料应缓慢，不得快速集中倾倒，保证芯管四周回填均匀密实。

降水运行阶段，应备用发电机，防止断电而降水中断。

降水期间应监测周边建构筑物变形情况。

3大断面暗挖施工技术

地下水主要有两种类型：分别为上层滞水和基岩裂隙水。上层滞水位于沿线人工填土和坡积粘性土层中，透水性、富水性弱，因填料和压实程度的差异很不均匀。主要是受大气降水补给，排泄主要为大气蒸发；上层滞水的水位、水量、埋深受补给条件影响，变化较大，稳定水位埋深0.6～12.0m,水位埋深标高为79.05～93.13m。基岩裂隙水主要赋存于下伏第三系半成岩泥质粉砂岩、粉砂岩⑦2-3层的裂隙中，具承压性，富水性差，属弱透水层。稳定水位埋深2.5～12.3m，水位埋深标高为74.25～92.28m。基岩裂隙水补给来源主要来自大气降水的入渗补给，沿含水层渗流排泄。

开挖工法设计采用CRD法，但可根据实际围岩情况进行调整，进洞后所揭示的围岩自稳能力较好，地下水含量很少，因此调整为三台阶法。

根据工筹计划，盾构区间与暗挖隧道不可避免地平行施工，为确保盾构安全通过正在开挖的暗挖隧道，减小盾构隧道施工过程两隧道的相互影响，同时隔离桩兼做暗挖隧道初支锚杆锚固端，在盾构区间与暗挖隧道净距小于4m的范围设置隔离桩，桩径1200mm，桩间距1500mm，嵌入隧底深度6m。

3.1施工工序工艺

上台阶开挖，循环进尺0.5m，围岩较差时可缩小循环进尺。

上半断面初期支护，包括：超前小导管、初喷混凝土、安设锚杆、挂钢筋网、立格栅钢架、喷混凝土至设计厚度共六道工序。

①超前小导管：超前小导管采用A42热轧无缝钢管，壁厚3.5mm，L＝3.0m，环向间距400mm，纵向间距1500mm，设于拱部120°范围内，外插角7～10°。

②初喷：采用C25早强混凝土，厚300mm，在拱部开挖完成后立即进行，以封闭、找平开挖面防止表面剥离坍落为目的，初喷厚度40mm。

③安设锚杆：边墙设C22砂浆锚杆(或A42砂浆锚管壁厚3.5mm)，L＝3.0m，环向间距1.0×1.0m，梅花型布置，在初喷之后挂网之前进行安设，安设部位及数量按设计图布置。

④挂网：钢筋网采用φ8×φ8，网格间距150×150mm，该层钢筋网在初喷安设锚杆之后，架立钢架前铺设。钢筋网喷射混凝土保护层厚度不小于20mm。

⑤立格栅钢架：格栅钢架分节加工而成，立设时紧贴围岩，拱脚设置在原状岩层，并打设锁脚锚管，两排钢架间沿周边间距1m设φ22纵向连接筋，使其成为一整体结构，改善受力状态。

⑥喷射砼包裹钢架：采用湿喷方式，复喷分几次达到包裹钢架至设计厚度。

严格控制台阶长度，上半断面开挖进尺3～5m后，开挖下台阶，每循环进尺0.5m，形成初支整环闭合。下台阶及仰拱初期支护，施工工序、工艺同上台阶施工。

3.2关键技术

A.遵循浅埋暗挖法的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。”十八字方针。

B.根据围岩条件，合理确定台阶长度和高度，围岩稳定性较差时，应采用短台阶，台阶长度控制在一倍洞径。

C.当围岩地质较差、开挖工作面不稳定时，采用短进尺或上下台阶错开开挖或预留核心土措施，必要时采用喷射混凝土或玻璃纤维锚杆对开挖工作面进行加固。

保证监控量测的频次，以监控量测指导施工

3.3实施效果分析

屯里入段线折返线段暗挖隧道于2014年5月1日从小里程端进洞，2014年8月10日从大里程端进洞，2014年10月31日初支贯通(上台阶贯通)，2014年11月18日初支全部封闭，开挖平均进度为0.54m/d/洞口，2014年11月19日开始衬砌，2015年3月20日二衬浇筑完成(春节放假20天)，开挖进度较为正常。

收敛变形最大值为27.2mm(规范要求≤35mm)，拱顶沉降最大值为46.4mm(规范要求≤50mm)，地表沉降最大值为19.6mm(规范要求≤30mm)，从监控量测数据分析，开挖引起的隧道变形较小，都在规范允许范围内。

3.4技术总结

A.大断面浅埋暗挖隧道是高风险工程，而且盾构区间与暗挖隧道近距离平行施工，为了确保安全，设计院采用了CRD开挖工法，但屯里入段线是1号线首通段的控制性工程，如采用CRD法，则明显无法按期移交铺轨，因此在多次研究讨论后，决定调整为三台阶法，同时加强地表注浆、降水、隔离桩等辅助措施，且在盾构与暗挖掌子面会合时增加临时加固初支措施，这些措施保障了隧道开挖的稳定，为1号线东段开通赢得了宝贵的工期。

B.CRD法调整为三台阶法能实施成功关键是辅助工法的合理应用，而辅助工法中降水尤为关键，第三系砂岩泥岩的地质特征就是遇水软化，而在无水的情况下则呈现自稳性较好的状态，在实际开挖过程中反映非常明显，掌子面围岩自稳性较好，而受施工用水浸泡的仰拱则软化严重。因此降水成功是三台阶法顺利实施的最根本保障，本工程可以作为砂岩泥岩降水的典型成功案例。

C.通过在盾构区间与暗挖隧道之间增设隔离桩，有效地阻断了两个隧道施工引起的应力传递，但实践证明，两个隧道净距小于一倍洞径时且大于4m时，盾构掘进对既有初支成型的暗挖隧道影响也非常小，当然和围岩等级有很大的关系，盾构成功穿越非隔离桩区域的暗挖隧道，本工程具有一定的借鉴价值。

4小断面浅埋暗挖快速施工技术

4.1台阶法开挖

⑴上台阶开挖与支护

上台阶开挖采用环形开挖预留核心土，开挖前在拱部进行超前小导管注浆支护，环形开挖每循环长度0.5～1.0m，开挖完成后即初喷40mm厚砼，然后架立型钢拱架，挂钢筋网，喷射混凝土至设计厚度。

核心土应留不小于1:1坡度，并不得出现反坡。上台阶开挖高度在4.4m左右，核心土高度2.5m，核心土距离两侧边墙宽2.0m左右，沿隧道掘进方向长度3～5m，核心土的形状在保证维持掌子面稳定的前提下，兼作为工作平台，以便于进行钢架安装、喷射混凝土操作为宜。

上台阶施工顺序：临时封闭掌子面(视围岩情况)-超前小导管打入-超前小导管注浆加固地层-留核心土开挖上台阶土方-测量开挖断面轮廓-初喷砼40mm-安装钢架-打设锁脚锚管-安装纵向连接筋-挂钢筋网-复喷砼至设计厚度。

⑵下台阶开挖与支护

在上台阶开挖支护完成3～5m且上台阶初期支护结构基本稳定，喷射混凝土达到设计强度的70％以上时进行下台阶开挖，中间留核心土，核心土高度2.0m，核心土距离两侧边墙宽2.0m左右，沿隧道掘进方向长度3～5m，开挖台阶。下台阶采用边墙单侧交错方式开挖，不得使上部结构同时悬空。即先开挖一侧的边墙，开挖步距为一至两榀钢架间距，挖至设计轮廓后，立即安装钢架、打设锚杆、挂网喷射混凝土；一侧的边墙支护完毕后再进行另一侧边墙的开挖及支护。

下台阶施工顺序：左侧边墙土方开挖-测量开挖断面轮廓-初喷40mm厚砼-安装钢架-打设锚杆-挂钢筋网-复喷砼至设计厚度-右侧边墙土方开挖-测量开挖断面轮廓-初喷40mm厚砼-安装钢架-打设锚杆-挂钢筋网-复喷砼至设计厚度

⑶仰拱开挖与支护

根据监测结果情况，在下台阶开挖支护完成5～8m后开始进行仰拱开挖、支护封闭成环施工。

仰拱施工顺序：隧底土方开挖-测量开挖断面轮廓-初喷砼40mm-安装型钢拱架-挂钢筋网-复喷砼至设计厚度。仰拱一次开挖长度不得大于3m，挖至设计轮廓后，立即安装钢架、喷射混凝土。

4.1.2土方开挖与运输

⑴土方开挖

入段线双线隧道与单线隧道相接处利用1#竖井完成隧道施工。施工中根据隧道围岩地质及水文条件及周边环境选择合理的开挖方法，选择原则是较少对周边环境及围岩扰动,并及时施作初期支护和初支背后注浆。开挖采用人工、风动机具、小型挖掘机掘进，开挖预留核心土。开挖后立即组织装碴运输，运输采用无轨运输，运至井窝，利用电动葫芦提升系统垂直提升至地面存碴土场，利用夜间集中外运至弃土场。

严格控制进尺长度，严格遵循“短进尺，强支护”的原则，每开挖0.5m～1.0m及时锚喷支护架设钢拱架。

⑵土石方外运

土石方外运严格按照南宁市区碴土外运有关规定办理。运碴车辆配置加盖碴土外运专用车辆，按照施工组织设计所核定的日出土量，结合夜间外运时间，安排碴土运输专用车辆计划。弃土场地选择具备雨季弃土条件的弃土点，同时坚决服从业主对土方的调配要求。按照南宁市有关文明施工要求，运碴车辆驶出施工场地或弃土场必须冲洗干净后才能上路，并由专人负责检查督促，实行责任到人。考虑到市区施工影响市容和增加附近交通压力，弃土外运时间原则上在夜间22：30-5：30进行，如有特殊情况需在夜间延长时间弃土外运时，将严格按规定办理有关准运手续。

⑶运输管理

通过仰拱施工地段时，为避免仰拱施工对其它工序的干扰，拟采用搭设架空平台过渡，即车辆通过搭设在仰拱施工地段的架空平台过渡到已浇注仰拱并达到通车强度地段，仰拱落底清理及浇筑混凝土均在该平台下进行，待平台下仰拱施工结束，混凝土强度达到通车强度后，再向前移动平台，如此周而复始循环推进。

为提高出渣效率，缩短循环时间，保证安全，采取如下措施：

a、加强装运渣设备维护保养，备足易损配件，发现故障及时排除。b、设专人养护道路，保持道路平整、无积水，定期铺渣维修。尤其雨季，设专人及时排除不安全隐患。c、加强洞内排水与照明，保持洞内有良好照明和路况。d、加强通风，保证洞内空气新鲜。e、教育出渣汽车司机遵守交通规则，礼貌行车，严禁带故障行车和酒后驾车。f、由于通视状况差，隧道施工过程中，在洞内安装信号灯，按照轻车让重车原则，由专职调度员组织洞内运输车辆的行驶，避免塞车，维持交通秩序。g、弃渣场采用推土机平整，专人指挥倒渣。h、施工便道经常洒水，防止尘土飞扬。

5盾构施工并行段控制技术

根据工程筹划，百花岭站～佛子岭站盾构区间必须与暗挖隧道同步施工，盾构掘进不可避免地通过正在开挖的暗挖隧道，因此如何防止盾构掘进通过时暗挖初支的失稳和如何防止暗挖隧道通过已成型区间隧道管片的变形超限，是本工程最大风险之一。

1)施工工序工艺

在暗挖隧道与盾构区间之间施作隔离桩，暗挖隧道与盾构区间的净距小于4m时，在两个结构物之间设置隔离桩，以隔断地应力传递。

选择合理的暗挖暂停的位置，为了尽量降低暗挖与盾构的交叉影响，两个掌子面回合的位置应选择在隔离桩段，即暗挖掌子面进入隔离桩区域后，盾构才能掘进通过。

暗挖隧道停止开挖后，喷锚封闭掌子面，在上台阶底部设置型钢横撑，横撑中间位置设置竖撑，横撑和竖撑间距与钢拱架相同，与钢拱架焊接，横撑之间喷射混凝土，使上台阶封闭成环。下台阶和仰拱应开挖到同一位置，并初支封闭成环。

盾构机缓慢通过，降低推力，选择低速高扭矩的模式，并加强暗挖隧道的监测频率。

2)关键技术小结

A.选择暗挖与盾构掌子面回合位置非常重要，必须保证在隔离桩区域。

B.以监控量测为施工指导，增加监测频率，一旦发现初支变形异常，立即停止掘进，加固初支。

6盾构施工叠交段控制技术

6.1碴土改良

1)碴土改良的方法

本标段地层主要为粉土、粉质粘土，为了防止掘进过程中产生泥饼、涌水、涌砂，增强碴土和易性，在粘土掘进过程中注入泡沫，在粉土层必要时注入泥浆。

2)泡沫剂的使用

泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入。泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3％，水97％。泡沫组成：90～95％压缩空气和5～10％泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量计算：一般为300～600L/m³，盾构机在通过特殊地层时，泡沬加量要根据实际情况进行调整。

3)泥浆的使用

盾构在含水量高的地层、砂层中推进时可考虑在土仓注入泥浆。

其配合比为：水：膨润土：粉煤灰：添加剂＝4：1：1：0.1，加泥量为20％～30％出土量。注入压力与盾构的土仓压力一致或略高。

配比和注入量根据地质条件及施工情况及时加以调整。

4)碴土改良的主要技术措施

在粘土地层中掘进中，主要是稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘扭矩。拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行碴土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。

富水地段和其它含水地层掘进时，主要是要防止涌水、降低刀盘扭矩，拟向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土，并增加对螺旋输送机内注入膨润土，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止涌水。膨润土添加量根据具体情况确定。如果按通常方式不能有效防止螺旋输送机闸门喷碴、涌水时，将保压泵通过管道对接在螺旋输送机闸门上，建立土压平衡状态，避免因地下水压力过大而在螺旋输送机出口发生喷涌。

在砂岩层地层掘进时，主要是防止涌水、涌砂，保证开挖面稳定，拟向刀盘面、土仓内注入泥浆，增加碴土和易性，建立合适土压，保证开挖面的稳定。

6.2工程降水处理

如图1和图2，入段线RDK0+169.550～300.000(130.45m)段降水井深入隧道底以下15m，单侧降水井间距为10m，共26口井；RDK0+300～520(220m)段降水井深入隧道底以下15m，单侧降水井间距为15m，共30口；RDK0+520.000～935.878(415.88m)段降水井深入隧道底以下13m，单侧降水井间距为15m，共55口；CDK0+127.700～540.027(412.327m)段降水井深入隧道底以下13m，单侧降水井间距为15m，共54口。

降水井中心距暗挖隧道边缘2.4m，在折返线隔离桩设置区域，降水井设于两隔离桩外侧桩间，沿隧道纵向两排错开布置。钻孔直径800mm，井管采用φ325，壁厚5mm钢管，钢管开孔直径20mm，外包2层60目金属丝滤网，滤水层采用粒径不大于20mm的级配碎石。

经检验，降水井降水效果良好，达到了预期的目的。

6.3注浆处理

出入段隧道埋深浅，且穿越岩层差，受水及掘进扰动极易发生隧道坍塌冒顶现象，给施工造成极大的困难和安全隐患，加之出入段部分线路需在百佛正线盾构到达前完成初支施工，以确保相互间的施工安全和工程质量，稍有差池将影响百佛区间的正常掘进，最终影响全线洞通的工期节点目标的实现。因此，根据实际地层情况，在出入段线相应部位进行地面注浆加固处理。

1)出段线注浆加固

①、本区间隧道穿过范围内及隧道顶部的填土层，根据地质勘察资料评价，未经处理的填土层作为隧道围岩，稳定性极差，几乎无自稳能力，拟对上述土层进行地面钢花管全断面预注浆加固；叠交重叠段钢花管打设深度应严格控制，钢花管不得侵入到盾构掘进范围；施工前应进行工艺性钢花管注浆试验，以检验地层注浆工艺的适用性，并经检验效果达到设计要求后方可大面积开展注浆施工。

②、注浆管采用壁厚t＝3.5mm的钢管。注浆管应深入加固土层以下0.5m。加固范围采用水泥浆加固，注浆管间距2.0m(错开布置)。

③、注浆参数：注浆浆液采用水泥液浆，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比0.5：1～1：1，注浆压力1.0～3.0MPa，注浆压力逐步提升，达到注浆终压后稳压10min，注浆泵排量应控制在10～100L/min，注浆参数及压力供试验前参考，实际注浆参数根据现场试验注浆效果后确定。

④、注浆加固应连续进行，因故中断时，间断时间应小于浆液的初凝时间。

⑤、地面加固完毕后，应在注浆加固体强度达75％或者注浆结束28d(水泥浆)后对加固体进行质量检验，建议采用标贯试验进行检验，注浆检验点不宜少于注浆孔数的1％且不少于3点。检验点应布置在有代表性的孔位、施工中出现异常的部位(如不连续加固部位)。

⑥、加固后土层标贯应≥30，若达不到设计要求，应及时弥补。

⑦、注浆加固平面范围为隧道外边缘线外扩2m；竖向范围为出段线隧道顶以上5m至填土层底部范围内的土体。平面有效加固范围约为10.4m，竖向有效加固范围约为1.5～13.5m。

⑧、在施工前应核实地质情况，若与设计图纸不符应及时通知监理和设计单位，以便调整加固形式和范围。

⑨、施工过程中必须对关键工序加强监控量测工作，发现问题应及时处理，确保其施工影响范围内的建(构)筑物、地下管线的正常使用及施工安全。

⑩、出段线加固范围高坡岭路边有高于道路周边地形的新发现堆填建筑垃圾，注浆加固前应对该加固范围内的高于高坡岭路的新堆填建筑垃圾进行清运再注浆加固。

具体的注浆范围如图3、图4和图5所示：

2)入段线注浆加固

根据注浆试验结果，拟采用地面钢花管后退式注浆对隧道穿越的地层进行挤密和充填注浆，注浆孔间距2m×2m，前后两排错开布置，钻孔埋管深度18.5m～27m。隔离桩段加固范围为隧道两侧0.5m(至隔离桩边)，拱顶上9m，仰拱下2m。隔离桩外加固范围为隧道两侧3m，拱顶上9m，仰拱下2m。本区间隧道主要对穿过范围及隧道顶的填土层，泥煤层，砂岩层进行地面预注浆加固，注浆管采用壁厚t＝3.5mm的钢管。注浆管应深入加固土层以下0.5m。加固范围采用水泥浆加固，注浆管间距为纵向1.5m，横向间距1.45m(错开布置)。加固后土层标贯应≥70，若达不到设计要求，应及时弥补。横向有效加固范围约为14.3m，竖向有效加固范围约为13.5～19.2m。

出入段注浆布置表

在隧道开挖前15天完成拟开挖隧道地表注浆加固，开挖前洞内设水平探孔检验注浆效果，对局部注浆效果不理想部位，采用洞内超前小导管补充注浆方式进行加固。达到预定效果(围岩密实、无渗水)后，采用三步台阶法施工或者CRD法，预留临时中壁及临时仰拱连接条件，根据洞内监测情况，必要时恢复临时中壁和临时仰拱，以加快施工进度，在百佛盾构到达前完成折返线隧道初支，即“先盾构后暗挖”，避免“先暗挖后盾构”时引发暗挖施工安全风险及盾构成洞质量风险。注：CRD法初支成洞进度为20米/月，三步台阶法为40m/月。

6.4实施效果分析

出段线暗挖于2015年10月27日进入叠交段，11月22日通过叠交段，百佛区间盾构于2015年8月21日进入入段线暗挖掌子面并行影响段，8月29日通过并行影响段，根据监控量测数据显示，地表沉降最大为23mm，暗挖隧道净空收敛最大为17.2mm，拱顶沉降最大为37.7mm，盾构隧道管片收敛最大为5.2mm，管片隆沉最大为5.5mm，均满足规范标准，对监测数据进行分析，获得了不同地段不同工况下位移变化情况及其变化机理；验证了并行叠交段近接工程施工技术的正确性.因此，通过一系列技术和管理措施，盾构法隧道和浅埋暗挖法隧道在并行叠交段均保证了结构和施工安全质量。

3.6.5.总结及

入段线与正线隧道左线(右线)结构最小水平间距为2.296m，入段线与右线隧道结构最小竖向间距为2.124m；入段线(与折返线并行段)先行矿山法施工，初支施工完(砼达到设计强度)后，正线区间盾构才施工该并行段隧道，先左线后右线施工；在上下叠交段前后20m范围段，正线盾构先施工后，入段线区间才继续施工叠交段，正线施工时注意加强入段线初支水平和竖向变形监测；叠交段入段线施工前，需在下方已施工正线隧道内架设临时钢支撑，隧道内堆载压重，待入段线叠交段二衬施工完成后拆除，并注意加强正线隧道的水平和竖向变形及沉降监测；矿山法施工叠交段需做超前地质探孔(深度不小于6m)，当探孔围岩条件较差时采取洞内超前注浆加固在开挖施工。其中，入段线在里程RDK0+169.550至RDK0+232.000段与正线(左右线)间设置单排钢筋砼隔离桩，隔离桩应先于矿山法隧道初支施工。折返线段，在盾构通过时加强监测隧道初支水平和竖向变形情况，当变形随盾构推进逐渐增大时，需及时采取洞内架设水平钢管支撑，控制隧道水平变形。

出段线与正线隧道左线(右线)结构最小水平间距为3.373m(2.916m)，出段线与右线隧道结构最小竖向间距为2.134m；出段线近距离隧道段先行矿山法施工，初支施工完(砼达到设计强度)后，正线区间盾构才开始施工；在上下叠交段前后20m范围段，正线先施工后，出段线区间才继续施工叠交段，正线施工时注意加强出段线的监测；叠交段出段线施工前，需对下方已施工正线隧道内架设临时钢支撑，隧道内堆载压重，待出段线叠交段二衬施工完成后拆除，并注意加强正线的监测；矿山法施工叠交段需做超前地质探孔(深度不小于6m)，当探孔围岩条件较差时采取洞内超前注浆加固在开挖施工。

根据南宁地区特殊的地质情况和已有的总体施工方案，对出入段线矿山法暗挖施工采取了降水、地层注浆加固、隔离桩等辅助措施，为了减弱地下水对填土、淤泥质粘土、洪积/坡积粘土的弱化，降低具有膨胀性的泥岩的胀缩破坏，防止富水砂岩破坏涌水，采用了地表降水和结构防水措施；为了对软弱土如填土、淤泥质粘土、洪积/坡积粘土进行预加固，采用了地表注浆措施；为了减低正线与出入段线并行部分的相互影响，采用了隔离桩进行将部分区段的正线与出入段线隔开；为了增加软弱围岩中的开挖稳定性，采用了管棚法对部分区段进行了预支护。有效的保障了并行叠交段施工的顺利进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于，包括降水设计及施工、大断面暗挖施工技术、小断面浅埋暗挖快速施工技术、盾构施工并行段控制技术和盾构施工叠交段控制技术。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：所述降水设计及施工如下包括芯管制作准备、钻机进场、定位安装、开孔、下护口管、钻进、终孔后冲孔换浆、下井管、稀释泥浆、填滤料、止水封孔、洗井、下泵试抽、合理安排排水管路及电缆电路、试验、正式抽水和记录；

所述填滤料：井管到位后将泥浆稀释到1.05左右，在稀释泥浆时井管管口应密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。稀释泥浆比重在1.05后关小泵量，填入10～20mm砾石过滤层至距孔口2m处。填滤料时，先盖好井口，采用人工从井管四周均匀缓慢地填入，同时，采用注水填料，缓慢填料。

3.根据权利要求1所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：大断面暗挖施工技术如下：采用三台阶法，台阶采用短台阶，上半断面初期支护包括：超前小导管、初喷混凝土、安设锚杆、挂钢筋网、立格栅钢架、喷混凝土至设计厚度；

当围岩地质较差、开挖工作面不稳定时，采用短进尺或上下台阶错开开挖或预留核心土措施，采用喷射混凝土或玻璃纤维锚杆对开挖工作面进行加固；

盾构区间与暗挖隧道净距小于4m的范围设置隔离桩。

4.根据权利要求1所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：小断面浅埋暗挖快速施工技术包括台阶法开挖和土方开挖；

台阶法包括上台阶开挖与支护、下台阶开挖与支护和仰拱开挖与支护；

上台阶开挖与支护施工顺序：临时封闭掌子面(视围岩情况)、超前小导管打入、超前小导管注浆加固地层、留核心土开挖上台阶土方、测量开挖断面轮廓、初喷砼40mm、安装钢架、打设锁脚锚管、安装纵向连接筋、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度；

下台阶开挖与支护施工顺序：左侧边墙土方开挖、测量开挖断面轮廓、初喷40mm厚砼、安装钢架、打设锚杆、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度、右侧边墙土方开挖、测量开挖断面轮廓、初喷40mm厚砼、安装钢架、打设锚杆、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度；

仰拱开挖与支护施工顺序：隧底土方开挖、测量开挖断面轮廓、初喷砼40mm、安装型钢拱架、挂钢筋网、复喷砼至设计厚度，仰拱一次开挖长度不得大于3m，挖至设计轮廓后，立即安装钢架、喷射混凝。

5.根据权利要求1所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：盾构施工并行段控制技术如下：在暗挖隧道与盾构区间之间施作隔离桩，暗挖隧道与盾构区间的净距小于4m时，在两个结构物之间设置隔离桩，两个掌子面回合的位置选择在隔离桩段，盾构才能掘进通过，暗挖隧道停止开挖后，喷锚封闭掌子面，在上台阶底部设置型钢横撑，横撑中间位置设置竖撑，横撑和竖撑间距与钢拱架相同，与钢拱架焊接，横撑之间喷射混凝土，使上台阶封闭成环，下台阶和仰拱应开挖到同一位置，并初支封闭成环。

6.根据权利要求1所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：盾构施工叠交段控制技术如下：包括碴土改良、工程降水处理和注浆处理。

7.根据权利要求6所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：碴土改良如下：在粘土地层中掘进中，分别向刀盘面、土仓和螺旋输送机注入泡沫；富水地段和其它含水地层掘进时，向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土，并增加对螺旋输送机内注入膨润土；在砂岩层地层掘进时，向刀盘面、土仓内注入泥浆。

8.根据权利要求6所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：工程降水处理如下：降水井中心距暗挖隧道边缘2.3-2.5m，在折返线隔离桩设置区域，降水井设于两隔离桩外侧桩间，沿隧道纵向两排错开布置。

9.根据权利要求6所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：注浆处理包括出段线注浆加固：区间隧道穿过范围内及隧道顶部的填土层，对上述土层进行地面钢花管全断面预注浆加固；施工前进行工艺性钢花管注浆试验，以检验地层注浆工艺的适用性，并经检验效果达到设计要求后大面积开展注浆施工。

10.根据权利要求6所述的土压平衡盾构与浅埋暗挖法隧道平行叠交施工方法，其特征在于：注浆处理包括入段线注浆加固：采用地面钢花管后退式注浆对隧道穿越的地层进行挤密和充填注浆，注浆孔间距2m×2m，前后两排错开布置。