趙巧蘭

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 工程概況

深圳地鐵3號(hào)線紅嶺站—老街站區(qū)間由左右分修的兩條單線隧道組成，受老街站的控制(為滿足與1號(hào)線同站臺(tái)平行換乘的方式，車站采用上下重疊的側(cè)式站臺(tái)形式)，左右線以14 m的線間距從紅嶺站平行出發(fā)，以R=400 m的曲線下穿多幢房屋后到達(dá)寶安南路。之后左右線在平面上線間距逐漸縮小，縱斷面上軌面高程差逐漸增大，下穿變電站、筆架山渠和多幢房屋后以左線在上、右線在下的上下重疊方式抵達(dá)桂圓路。過(guò)桂園路后左右線一直上下重疊，以R=350 m的曲線下穿布吉河、星港中心預(yù)留通道和廣深鐵路橋后，左右線隧道以1.6 m的凈距接入老街站。區(qū)間右線長(zhǎng)1 261 m、左線長(zhǎng)1 272.059 m，左右線隧道上下重疊及過(guò)渡段長(zhǎng)度約380雙延米。區(qū)間隧道下穿廣深鐵路橋時(shí)，對(duì)廣深鐵路橋的橋樁進(jìn)行了托換。

區(qū)間隧道下穿布吉河時(shí)呈上下重疊狀態(tài)，河床底與上方的左線隧道間凈距約6 m;其余位置區(qū)間左線隧道的覆土厚度10.35～13.0 m、右線隧道的覆土厚度10.35～33.5 m，隧道埋深變化較大。區(qū)間隧道左右線均有約280 m的長(zhǎng)度位于全斷面微風(fēng)化花崗巖地層中，且右線隧道有約40 m的長(zhǎng)度段全斷面微風(fēng)化花崗巖地層的飽和單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到159 MPa，區(qū)間隧道其余段基本位于花崗巖殘積層、花崗巖全、強(qiáng)、中風(fēng)化層中，地下水豐富，補(bǔ)給快。

區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，紅嶺站東端設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井，老街站西端設(shè)盾構(gòu)接收井，采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)從紅嶺站掘進(jìn)至老街站后吊出。區(qū)間設(shè)聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房1座，設(shè)右線廢水泵房1座，聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房均采用礦山法施工。

2 工程重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

紅嶺站—老街站區(qū)間隧道所處的周邊環(huán)境、工程及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，且本區(qū)間存在小凈距上、下重疊及過(guò)渡段，高強(qiáng)度微風(fēng)化硬巖掘進(jìn)段等，主要工程重點(diǎn)及難點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。

(1)對(duì)下穿密集的建(構(gòu))筑物及管線的保護(hù)

區(qū)間隧道穿越地段商業(yè)繁榮、人流密集、道路縱橫交錯(cuò)(主要道路有紅嶺中路、紅桂路、寶安南路、桂圓路、解放路)，地面交通繁忙，道路下管線密集;隧道下穿了40多幢房屋建筑，房屋基礎(chǔ)多為獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ);部分房屋為磚混結(jié)構(gòu);隧道還下穿了筆架山渠、布吉河、星港中心預(yù)留地鐵通道及廣深鐵路橋。筆架山渠為混凝土結(jié)構(gòu)，距隧道結(jié)構(gòu)約10.0 m;區(qū)間隧道下穿廣深鐵路橋19號(hào)橋墩樁基，共16根樁需進(jìn)行托換，其中1、2、3線橋橋樁均為4根φ550 mm的預(yù)制打入摩擦樁、4線橋橋樁為4根φ800 mm鉆孔灌注摩擦樁。

區(qū)間隧道所穿越地層大部分段落為花崗巖或花崗片麻巖的殘積層和全、強(qiáng)風(fēng)化地層，地下水豐富，補(bǔ)給快;地層土質(zhì)不均，局部夾硬的團(tuán)塊或同一開挖斷面上軟下硬;另外區(qū)間隧道存在380雙延米的上下重疊及過(guò)渡段，重疊隧道的施工對(duì)地面沉降會(huì)產(chǎn)生疊加影響，施工過(guò)程對(duì)地面建(構(gòu))筑物的最大沉降和不均勻沉降控制難度大。

(2)對(duì)砂層及富水性地層段的處理

本段區(qū)間下穿布吉河及其古河道，通過(guò)了一段飽和含水砂層，地下水發(fā)育(承壓水)，地下水有一定壓力和流速，在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，地下水帶著砂礫很容易從盾構(gòu)機(jī)的螺旋輸送機(jī)中涌出，從而使掌子面垮塌，造成地面塌陷，發(fā)生施工事故。

(3)在高強(qiáng)度微風(fēng)化花崗巖中的掘進(jìn)

本段區(qū)間隧道在里程YDK7+130.000～YDK7+927.800段位于花崗巖的微風(fēng)化巖層中，微風(fēng)化花崗巖的飽和單軸試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度f(wàn)r=30.60～159.0 MPa，其中盾構(gòu)機(jī)在高強(qiáng)度微風(fēng)化花崗巖中掘進(jìn)長(zhǎng)度約為400 m。當(dāng)巖石強(qiáng)度超過(guò)100 MPa時(shí)，盾構(gòu)掘進(jìn)將十分困難，對(duì)盾構(gòu)的刀盤及刀具磨損嚴(yán)重，需經(jīng)常更換刀具。

(4)上軟下硬地層中的掘進(jìn)

本段區(qū)間隧道長(zhǎng)度范圍內(nèi)巖面起伏較大、隧道埋深變化較大，整個(gè)區(qū)間存在幾百米的上軟下硬地段。盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，容易對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具造成損壞，盾構(gòu)機(jī)發(fā)生偏移或被卡住，在軟層超挖，引起土層擾動(dòng)或缺失，注漿不及時(shí)，易產(chǎn)生地面沉降甚至塌陷。若盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力過(guò)大，還會(huì)引起地面隆起。

(5)重疊隧道段的設(shè)計(jì)

由于1號(hào)線和3號(hào)線在老街站換乘，為滿足與1號(hào)線方便、快捷的換乘，3號(hào)線老街站采用左右線上下重疊的側(cè)式站臺(tái)方式，與之相適應(yīng)，車站兩端的區(qū)間也由左右平行逐漸過(guò)渡到上下重疊的結(jié)構(gòu)型式，受區(qū)間沿途的環(huán)境條件影響，本區(qū)間上下重疊及過(guò)渡段總長(zhǎng)度約380 m，需對(duì)重疊隧道上下洞的相互影響、先后施工順序、兩隧道間最小凈距的取值以及上下洞的加強(qiáng)處理措施進(jìn)行分析研究。

(6)對(duì)廣深鐵路橋托換后舊樁的處理

區(qū)間隧道下穿廣深鐵路橋19號(hào)橋墩樁基，共16根橋樁侵入?yún)^(qū)間隧道輪廓范圍內(nèi)，進(jìn)行了托換，其中1、2、3線19號(hào)墩既有橋樁均為4根φ550 mm的預(yù)制打入摩擦樁、4線19號(hào)墩既有橋樁為4根φ800 mm鉆孔灌注摩擦樁，需考慮盾構(gòu)機(jī)通過(guò)橋樁時(shí)的處理措施。

3 設(shè)計(jì)方案

本區(qū)間隧道通過(guò)地段的地質(zhì)條件復(fù)雜，地層起伏較大，主要從花崗巖的可塑狀殘積土、硬塑狀殘積土、全、強(qiáng)風(fēng)化地層中穿越，局部地段從中、微風(fēng)化巖層和砂層中穿越。另外，區(qū)間隧道要穿過(guò)布吉河古河道和布吉河，地層的富水性、透水性均較強(qiáng)，對(duì)隧道施工影響較大。區(qū)間隧道下穿密集的建筑群，建筑物絕大部分為6～8層的獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)，地面沉降控制嚴(yán)格。另外，區(qū)間隧道還下穿筆架山渠、星港中心預(yù)留地鐵通道及廣深鐵路橋。綜合考慮區(qū)間隧道所處的周邊環(huán)境、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，區(qū)間隧道設(shè)計(jì)采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，盾構(gòu)機(jī)的配置要滿足在高強(qiáng)度微風(fēng)化花崗巖中的掘進(jìn)要求。

針對(duì)本區(qū)間的重難點(diǎn)問題，采取了如下的解決方案。

3.1 對(duì)下穿密集的建(構(gòu))筑物及管線的保護(hù)

(1)建立完善的變位監(jiān)制系統(tǒng)，在隧道的兩側(cè)、房屋基礎(chǔ)及周邊埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)、全面的跟蹤測(cè)量，實(shí)行信息化施工。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)的掘進(jìn)施工參數(shù)，以驗(yàn)證選擇施工參數(shù)的合理性，保持盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定，從而從盾構(gòu)施工工藝上控制地層損失，減少建筑物變形。

(2)根據(jù)房屋的結(jié)構(gòu)型式及與隧道的關(guān)系，制定房屋最大沉降量、沉降差的警戒值和控制值。

(3)在曲線段，為減少盾構(gòu)軸線與線路軸線偏角過(guò)大，造成因超挖及地層損失過(guò)大而引起的地面變形，需放慢掘進(jìn)速度，勤糾偏、小糾偏，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。

(4)在襯砌環(huán)脫出盾尾的同時(shí)，及時(shí)同步壓漿，并適當(dāng)加大壓漿量，填充隧道和地層間的建筑空隙;同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)盾尾的密封。在盾構(gòu)后約5環(huán)處再向襯砌背面進(jìn)行二次注漿，以彌補(bǔ)同步壓漿的不足。

(5)采用以上措施后，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息，當(dāng)房屋沉降較大并接近控制值時(shí)，應(yīng)停止盾構(gòu)掘進(jìn)，從地面在基礎(chǔ)下方布置豎向或斜向袖閥注漿管，根據(jù)量測(cè)反饋資料進(jìn)行跟蹤注漿，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿(漿液配合比1∶1;水泥漿水灰比1∶1，水玻璃模數(shù)m=2.6，濃度Be'=35)。注漿過(guò)程中應(yīng)注意控制注漿壓力，防止注漿壓力過(guò)大，造成對(duì)房屋基礎(chǔ)的破壞。

3.2 對(duì)砂層及富水性地層段的處理

(1)下穿布吉河段的處理措施

區(qū)間隧道以左線在上、右線在下的上下重疊狀態(tài)下穿布吉河，布吉河河床距左線隧道頂最小厚度約6 m，左右線隧道間凈距為2.6～3.4 m。布吉河河面寬度31 m，四季流水不斷，河水深隨季節(jié)與下雨量變化而變化，深度一般在0.5 m左右。下穿布吉河段右線隧道穿越地層為全斷面微風(fēng)化花崗巖層，布吉河對(duì)其施工影響較小;左線隧道穿越地層上部為殘積層和全風(fēng)化花崗巖層、下部為中至微風(fēng)化花崗巖層的軟硬不均地層，且隧道頂部主要為透水性很強(qiáng)的砂層，因此布吉河對(duì)左線隧道施工影響較大。

為保證盾構(gòu)機(jī)順利通過(guò)布吉河段，對(duì)布吉河范圍內(nèi)地層進(jìn)行預(yù)加固處理，為達(dá)到較好的加固效果，根據(jù)地層條件，采用三重管旋噴樁對(duì)布吉河底土體進(jìn)行加固。加固范圍:橫向?qū)挾热?8 m，即隧道洞身及兩側(cè)各6 m范圍;深度為上至布吉河底、下至中風(fēng)化花崗巖層頂;長(zhǎng)度為布吉河河道及兩側(cè)河堤的范圍。加固順序:采取先外后內(nèi)的施工順序，即先進(jìn)行外圍施工，后進(jìn)行內(nèi)部施工，以使加固漿液固結(jié)在加固區(qū)內(nèi)，確保加固質(zhì)量。加固完成后要求加固土體28 d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥2 MPa，滲透系數(shù)≤10-6cm/s。由于布吉河常年有水，通過(guò)在布吉河河道內(nèi)倒邊筑島圍堰完成了布吉河的加固施工。

(2)星港中心—老街站段地層加固

該段左、右線隧道呈左線在上、右線在下的上下重疊狀態(tài)，左線隧道覆土厚度約10 m，上下隧道間凈距為1.6～1.8 m。該段要穿越已完成樁基托換的廣深鐵路橋，受管線遷改、廣深鐵路橋樁基托換施工及老街站施工的影響，該段環(huán)境條件尤其復(fù)雜。左線隧道所穿越地層為中粗砂層和殘積層、右線隧道所穿越地層為殘積層和全風(fēng)化花崗片麻巖層，局部為上軟下硬地層，上下隧道間所夾地層為殘積層和全風(fēng)化花崗片麻巖層。星港中心—老街站間隧道長(zhǎng)50 m，其中老街站盾構(gòu)端頭旋噴樁加固段長(zhǎng)6 m，該加固段和廣深鐵路橋樁基托換地基加固處理段連成一體共長(zhǎng)31.5 m，剩下的19.5 m長(zhǎng)段落，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)之前，采用φ600@450 mm的密排旋噴樁從地面進(jìn)行加固處理，加固寬度范圍為盾構(gòu)隧道及其兩側(cè)各3 m的范圍、加固深度范圍為上隧道頂以上3 m至下隧道底以下3 m的范圍，加固后要求加固土體的28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1.5 MPa，滲透系數(shù)小于10-6cm/s。

3.3 在高強(qiáng)度微風(fēng)化花崗巖中的掘進(jìn)

首先針對(duì)該區(qū)間地層進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)選型，選用硬巖盾構(gòu)機(jī)，刀盤厚度和強(qiáng)度均較通常盾構(gòu)機(jī)刀盤有所增加，相對(duì)破巖能力有所增強(qiáng)。在微風(fēng)化花崗巖地層中掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)可以使用敞開模式，采取小推力、高轉(zhuǎn)速，以滾刀破巖為主的掘進(jìn)模式;掘進(jìn)過(guò)程中向土倉(cāng)內(nèi)注入泡沫，減小刀盤的扭矩，減小刀具的磨損量;掘進(jìn)期間經(jīng)常、有計(jì)劃地檢查刀具狀況，避免造成刀具偏磨、刀盤磨損;注意保持盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和保證注漿量，控制管片姿態(tài)，避免管片上浮;利用降低推進(jìn)速度、刀盤正反轉(zhuǎn)等措施對(duì)盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行滾動(dòng)角的控制。

3.4 上軟下硬地層中的掘進(jìn)

在上軟下硬地層中掘進(jìn)，為保護(hù)盾構(gòu)及其刀具，不宜追求太高的施工進(jìn)度。在此地層掘進(jìn)必須控制掘進(jìn)參數(shù)，推力不宜太大，刀盤轉(zhuǎn)數(shù)不宜太快，刀具貫入量不宜太深。同時(shí)掘進(jìn)期間要經(jīng)常、有計(jì)劃地檢查刀具、刀盤狀況。具體措施如下。

(1)及時(shí)檢查刀具磨損狀況并及時(shí)更換，在進(jìn)入上軟下硬地層之前必須提前停機(jī)，對(duì)刀具做全面的檢查，確保刀具的完好性。

(2)對(duì)上軟下硬的地層，不宜建立土壓平衡時(shí)，采用氣壓輔助方式掘進(jìn)，控制地層沉降。減小貫入量，降低掘進(jìn)速度。

(3)要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)。

(4)注意泡沫劑等改善土體及刀具環(huán)境的添加劑使用。

(5)要注意對(duì)每環(huán)出土量的控制。

(6)加大地面沉降監(jiān)測(cè)和周邊建筑物監(jiān)測(cè)的頻率，并及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)合理調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

3.5 重疊隧道段的設(shè)計(jì)

(1)兩隧道間最小凈距的取值

根據(jù)計(jì)算分析及工程類比，本次設(shè)計(jì)重疊隧道段兩隧道間最小凈距按1.6 m考慮，即上下隧道最小軌面高差取7.6 m。

(2)上下洞的先后施工順序

采用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)重疊隧道段施工順序進(jìn)行研究，研究結(jié)論為:先上洞再下洞的沉降量和管片內(nèi)力都略小于先下洞再上洞，但差別很小，且無(wú)論采用哪種施工順序，先期施工隧道均會(huì)因后期隧道施工過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)盾首的擠壓和盾尾的地層損失而發(fā)生徑向變形和縱向撓曲，但這些均可以通過(guò)對(duì)盾構(gòu)管片的加強(qiáng)及施工過(guò)程中對(duì)先期施工隧道采取縱、徑向加固措施等來(lái)保證先期施工隧道的安全。因此，兩種施工順序均應(yīng)為可行方案，但也都具有風(fēng)險(xiǎn)。但考慮先上洞再下洞施工工序相當(dāng)于在重疊隧道下洞上方附加了已建成建筑物，安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)更高，從而推薦了“先下后上”的施工順序。

區(qū)間采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)從紅嶺站先后始發(fā)后掘進(jìn)至老街站后吊出，右線盾構(gòu)機(jī)2008年11月14日始發(fā)、左線盾構(gòu)機(jī)2009年6月10日始發(fā)，雖然右線盾構(gòu)機(jī)提前了7個(gè)月始發(fā)，但因受盾構(gòu)機(jī)機(jī)況和區(qū)間隧道穿越地層的影響，至2009年9月初，左右線隧道均掘進(jìn)至500 m長(zhǎng)度時(shí)，左線隧道已超過(guò)右線隧道，受工期影響，最終本區(qū)間重疊隧道段采用了“先上后下”的施工順序。

(3)重疊隧道上下洞的相互影響

對(duì)于重疊隧道，當(dāng)后行隧道施工時(shí)，必然會(huì)對(duì)已建成的先行隧道產(chǎn)生影響。本區(qū)間重疊隧道段采用“先上后下”的施工順序，通過(guò)數(shù)值模擬分析，得出如下研究結(jié)論。

重疊隧道施工過(guò)程中，做好掘進(jìn)管理，嚴(yán)格控制施工參數(shù)，對(duì)于減小地層擾動(dòng)和對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響，控制地表沉降都是首要對(duì)策。

適當(dāng)增加上洞隧道的柔性，減小剛度，可有效降低上洞結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

為有效降低下洞施工對(duì)上洞既有結(jié)構(gòu)的影響，可在下洞盾構(gòu)機(jī)工作面前后一定范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的上洞結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)，增加縱向剛度，并承擔(dān)施工過(guò)程中的臨時(shí)剪力和彎矩。

下洞施工過(guò)程中，上洞螺栓所受剪力較大，須采用高強(qiáng)螺栓。

隨著下洞盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，地表發(fā)生位移的范圍增大，盾構(gòu)機(jī)后的地表點(diǎn)沉降值增加;在盾構(gòu)機(jī)前的一定范圍內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生地表隆起;距隧道中線左、右各25 m范圍均處于沉降槽范圍。

在下洞盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中，上洞盾構(gòu)隧道產(chǎn)生了類似地表隆起的位移，使上洞盾構(gòu)拱頂處受拉、拱底處受壓，即上洞盾構(gòu)隧道整體在下洞盾構(gòu)機(jī)附近受負(fù)彎矩作用。

上洞列車通過(guò)時(shí)，下洞所受到的振動(dòng)速度、結(jié)構(gòu)內(nèi)力均很小，不會(huì)對(duì)下洞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞。

(4)上下洞的加強(qiáng)措施

①結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施

根據(jù)重疊隧道上下洞的相互影響分析結(jié)果，上下洞的襯砌結(jié)構(gòu)均做了加強(qiáng)處理?？紤]到管片模板的成本，盾構(gòu)管片厚度、寬度均與單洞情況相同，采用厚300 mm，分為6塊的1.5 m寬通用環(huán)，通過(guò)加大管片配筋量和加強(qiáng)管片之間的連接螺栓，來(lái)滿足管片的各項(xiàng)受力要求。具體為:對(duì)上下洞管片主筋及分布筋均進(jìn)行加強(qiáng)，主筋采用8φ20 mm+4φ22 mm，分布筋采用 φ14 mm;管片連接螺栓:上下洞、環(huán)縱向均采用M27、8.8級(jí)連接螺栓。同時(shí)，管片采用錯(cuò)縫拼裝方式，以增大襯砌的空間剛度。

②上下洞間土體的加固

本區(qū)間上下重疊及過(guò)渡段長(zhǎng)度約380 m，其中有220 m上下洞間所夾地層為微風(fēng)化巖層，無(wú)需進(jìn)行加固處理;有160 m上下洞間所夾地層為殘積層和全風(fēng)化花崗片麻巖層，對(duì)上下洞間所夾土體進(jìn)行了注漿加固處理。具體為:在上洞掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)首先加大同步注漿量和注漿壓力，以保證盾尾的土體與管片空隙及相鄰?fù)馏w的密實(shí)性;在二次注漿孔中設(shè)置一定長(zhǎng)度的注漿管，深入地層中，通過(guò)注漿管向上下洞間所夾土體進(jìn)行注漿，以提高夾土體的強(qiáng)度，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿(漿液配合比1∶1;水泥漿水灰比1∶1，水玻璃模數(shù)m=2.6，濃度Be'=35)，要求加固后的土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.4 MPa。在下洞施工中也應(yīng)加大同步注漿和二次注漿量，并采用同樣的方式向洞間所夾土體進(jìn)行注漿。

③上洞臨時(shí)保護(hù)支架

上洞隧道貫通后，將為重疊隧道定制的液壓支撐臺(tái)車(由4節(jié)組成，總長(zhǎng)22.5 m)從紅嶺站下井、組裝，推進(jìn)至上洞隧道內(nèi)，各個(gè)支撐臺(tái)車之間采用型鋼連接，將四節(jié)支撐臺(tái)車連成一個(gè)剛性體，對(duì)上洞隧道管片進(jìn)行支撐。下洞隧道掘進(jìn)過(guò)程中，保持盾體刀盤位于剛性液壓臺(tái)車1/3處相對(duì)位置不變，液壓支撐臺(tái)車隨盾構(gòu)機(jī)同步向前推進(jìn)，直至下洞隧道貫通。通過(guò)支撐臺(tái)車增加上洞隧道縱向剛度，從而減小上洞隧道變形。

(5)對(duì)廣深鐵路橋托換后舊樁的處理

為避免對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)造成障礙，經(jīng)分析研究，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前對(duì)廣深鐵路橋19號(hào)橋墩的舊樁分別采取了如下處理措施:1、2、3線橋共12根φ550 mm的預(yù)制打入摩擦樁，采用特制套管鉆機(jī)進(jìn)行拔除;4線橋4根φ800 mm鉆孔灌注摩擦樁，采用人工挖孔樁進(jìn)行破除。

4 工程實(shí)施與初設(shè)方案的差異

(1)對(duì)線路進(jìn)行了調(diào)整

2009年7月經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)發(fā)現(xiàn)，受區(qū)間隧道穿越地層左右軟硬不均、盾構(gòu)機(jī)機(jī)況較差及盾構(gòu)機(jī)刀具磨損嚴(yán)重等諸多因素影響，本區(qū)間右線隧道在160環(huán)處向曲線外側(cè)最大偏移185 mm，在300環(huán)(切口環(huán))處向曲線內(nèi)側(cè)偏移199 mm，為避免對(duì)已完成的隧道進(jìn)行改造，通過(guò)對(duì)線路方案進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)區(qū)間隧道內(nèi)的設(shè)備布置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使得發(fā)生偏移的區(qū)間隧道滿足使用要求。

(2)布吉河河床的加固處理

區(qū)間隧道以上下重疊狀態(tài)下穿布吉河，河床距上洞左線隧道頂最小距離約6 m，上下隧道間凈距為2.6～3.4 m。右線隧道在該段穿越地層為全斷面＜12-4＞微風(fēng)化花崗巖層，左線隧道在該段穿越地層上部為殘積層和全風(fēng)化花崗巖層、下部為中至微風(fēng)化花崗巖層的軟硬不均地層，且隧道頂部主要為透水性很強(qiáng)的砂層。初步設(shè)計(jì)階段未對(duì)布吉河河床進(jìn)行加固處理，施工階段經(jīng)反復(fù)分析論證，并與類似工程對(duì)比，為規(guī)避工程風(fēng)險(xiǎn)，在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)前采用三重管旋噴樁對(duì)布吉河底土體進(jìn)行了加固處理。

(3)星港中心地下室圍護(hù)結(jié)構(gòu)處理

星港中心的建設(shè)超前于地鐵3號(hào)線的建設(shè)，在星港中心設(shè)計(jì)階段根據(jù)地鐵線網(wǎng)規(guī)劃，為3號(hào)線預(yù)留了通道，初步設(shè)計(jì)階段因主觀認(rèn)為星港中心的預(yù)留通道會(huì)滿足地鐵區(qū)間隧道的穿越要求，未對(duì)星港中心的資料進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查分析，設(shè)計(jì)文件中未包含區(qū)間隧道穿越星港中心預(yù)留通道的相關(guān)處理措施。施工階段對(duì)星港中心資料進(jìn)行搜集后發(fā)現(xiàn)，星港中心基礎(chǔ)為樁基，建設(shè)時(shí)已按地鐵規(guī)劃在樁基礎(chǔ)中間預(yù)留出10 m的通道;星港中心地下室的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm@1 300 mm的鉆孔灌注樁+錨索外支撐的支護(hù)方式，圍護(hù)樁主筋采用φ28 mm、φ25 mm鋼筋，樁外側(cè)采用φ900 mm旋噴樁作為止水帷幕，布吉河側(cè)基坑圍護(hù)樁每樁豎向設(shè)2道拉錨，解放路側(cè)基坑圍護(hù)樁每隔一樁每樁豎向設(shè)2道拉錨;圍護(hù)樁和部分錨索已侵入隧道范圍內(nèi)。因圍護(hù)樁鋼筋和錨索盾構(gòu)機(jī)均難以切削，綜合考慮工期因素，最終確定了采用緊貼星港中心圍護(hù)樁在其外側(cè)拉深槽的方式將侵入盾構(gòu)隧道輪廓范圍內(nèi)的圍護(hù)樁和錨索一并處理掉的處理方案，在布吉河側(cè)和解放路側(cè)各設(shè)置一施工豎井進(jìn)行星港中心基坑圍護(hù)樁和錨索的處理，豎井圍護(hù)樁僅施作三面，星港中心側(cè)利用星港中心基坑圍護(hù)樁。豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 200@1 300 mm鉆孔灌注樁，樁間采用φ600 mm三重管旋噴樁進(jìn)行止水。豎井圍護(hù)樁在紅—老區(qū)間盾構(gòu)隧道輪廓范圍內(nèi)采用玻璃纖維筋，其余部位采用普通鋼筋。

(4)星港中心預(yù)留通道空洞處理

區(qū)間隧道施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，星港中心預(yù)留通道處隧道輪廓線至預(yù)留通道處地下室底板底3.6 m范圍全部為地下空洞，空洞寬度達(dá)預(yù)留通道兩側(cè)側(cè)墻，為保證施工的順利進(jìn)行同時(shí)為避免管片拼裝后上浮，經(jīng)研究決定對(duì)星港中心預(yù)留通道內(nèi)的空洞采取“先回填，后通過(guò)“的方案進(jìn)行處理，回填材料采用C20素混凝土，回填高度以保證管片拼裝后不上浮為準(zhǔn)。

(5)重疊隧道段施工順序調(diào)整

根據(jù)國(guó)內(nèi)的工程類比及理論模擬計(jì)算分析，初步設(shè)計(jì)階段重疊隧道段(左線在上、右線在下)推薦采用“先下后上”的施工順序，施工階段受先始發(fā)的右線盾構(gòu)機(jī)機(jī)況和區(qū)間隧道穿越地層的影響，為確保工期，經(jīng)采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施后，最終本區(qū)間重疊隧道段采用了“先上后下”的施工順序。區(qū)間右線盾構(gòu)機(jī)2008年11月14日始發(fā)，右線隧道2010年8月10日貫通;區(qū)間左線盾構(gòu)機(jī)2009年6月10始發(fā)，左線隧道2010年6月14日貫通。

(6)區(qū)間工程籌劃的調(diào)整

初步設(shè)計(jì)階段本區(qū)間擬投入1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，從紅嶺站右線下井始發(fā)掘進(jìn)至老街站吊出，然后盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)至紅嶺站，再次從紅嶺站右線下井，平移至左線始發(fā)掘進(jìn)至老街站吊出。針對(duì)本區(qū)間微風(fēng)化硬巖段落長(zhǎng)、巖石強(qiáng)度高的特點(diǎn)，施工單位定制了1臺(tái)相比海瑞克盾構(gòu)機(jī)刀盤厚度和強(qiáng)度有所增加、相對(duì)破巖能力有所增強(qiáng)的威爾特硬巖盾構(gòu)機(jī)，但受本臺(tái)盾構(gòu)機(jī)機(jī)況和區(qū)間隧道穿越地層的影響，該臺(tái)盾構(gòu)機(jī)2008年11月14日始發(fā)后，歷經(jīng)9個(gè)多月至2009年8月22日只掘進(jìn)了480 m。因單臺(tái)盾構(gòu)機(jī)已不能滿足工期要求，施工單位又投入另外1臺(tái)海瑞克盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行區(qū)間左線的施工，該盾構(gòu)機(jī)從紅嶺站右線下井后，平移至左線，2009年6月10日進(jìn)行始發(fā)。

(7)增加了盾構(gòu)接收平臺(tái)

初步設(shè)計(jì)階段，無(wú)論是本區(qū)間的設(shè)計(jì)還是老街站的設(shè)計(jì)文件中，均未對(duì)重疊隧道上洞盾構(gòu)機(jī)的接收進(jìn)行考慮，施工圖階段，經(jīng)計(jì)算分析及綜合研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)由鋼管立柱和型鋼縱橫梁組成的重疊隧道接收平臺(tái)，圓滿地完成了盾構(gòu)機(jī)的到達(dá)作業(yè)。

5 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及缺陷總結(jié)

5.1 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(1)盾構(gòu)機(jī)的機(jī)況對(duì)盾構(gòu)區(qū)間施工的順利程度影響較大

本區(qū)間原計(jì)劃投入一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)完成區(qū)間左右線的施工，因針對(duì)本區(qū)間地質(zhì)情況專門定制的威爾特硬巖盾構(gòu)機(jī)機(jī)況較差，造成區(qū)間右線施工緩慢，刀具更換頻繁，而且整個(gè)刀盤、刀箱變形嚴(yán)重，不得不在隧道掘進(jìn)過(guò)程中停機(jī)在地下進(jìn)行刀箱的割除、更換以及刀盤的加固，以致本區(qū)間右線1 215 m的長(zhǎng)度用了21個(gè)月的時(shí)間方掘進(jìn)完成。

(2)液壓支撐臺(tái)車的使用

重疊隧道段，為有效降低后行隧道施工對(duì)先行已建成隧道的影響，通過(guò)計(jì)算分析及工程類比，采取在先行隧道內(nèi)架設(shè)臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)，來(lái)承擔(dān)因后行隧道的近接施工對(duì)先行隧道所產(chǎn)生的附加荷載。根據(jù)計(jì)算，臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)只需在后行隧道施工影響范圍內(nèi)的先行隧道內(nèi)局部架設(shè)，隨著后行隧道盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，先行隧道內(nèi)的臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)必須提供持續(xù)支撐。對(duì)比類似工程中曾采用過(guò)的“一字撐”、“米字撐”、“十字撐加鋼環(huán)”方案，雖各種支撐方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力明確，但安裝和倒運(yùn)工作非常困難，針對(duì)本區(qū)間重疊隧道段落較長(zhǎng)的特點(diǎn)，經(jīng)多方研究討論，定制了針對(duì)重疊隧道的液壓支撐臺(tái)車，后行隧道掘進(jìn)過(guò)程中，先行隧道內(nèi)架設(shè)的液壓支撐臺(tái)車隨后行隧道盾構(gòu)機(jī)同步向前推進(jìn)，直至重疊隧道段施工完成。相對(duì)于其他臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)，液壓支撐臺(tái)車所增加費(fèi)用不多，但其在施工中向前移動(dòng)非常方便，并且實(shí)現(xiàn)了連續(xù)不間斷的支撐，且有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)先行隧道的保護(hù)。

5.2 設(shè)計(jì)不足及建議

(1)采用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)距離硬巖掘進(jìn)應(yīng)慎重

本區(qū)間右線長(zhǎng)1215 m，在硬巖中穿行時(shí)基本處于全斷面硬巖內(nèi)，全斷面硬巖段約占總長(zhǎng)的63.4%，使用的是威爾特盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)2008年11月14日始發(fā)，歷時(shí)21個(gè)月至2010年8月10日方貫通，平均每天掘進(jìn)長(zhǎng)度不到2 m;左線長(zhǎng)1274.4 m，全斷面硬巖段約占總長(zhǎng)的21%、上軟下硬段約占總長(zhǎng)度的34.5%，使用的是海瑞克盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)2009年6月10日始發(fā)，用時(shí)12個(gè)月至2010年6月14日貫通，平均每天掘進(jìn)長(zhǎng)度約3.5 m。本區(qū)間微風(fēng)化花崗巖的飽和單軸試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度f(wàn)r=30.60～159.0 MPa，其中盾構(gòu)機(jī)在高強(qiáng)度微風(fēng)化花崗巖中掘進(jìn)長(zhǎng)度約為400 m。

本區(qū)間左線采用的盾構(gòu)機(jī)機(jī)況非常好，在進(jìn)行本區(qū)間的掘進(jìn)前，僅用了3個(gè)月的時(shí)間就將長(zhǎng)830多m的、在殘積層和全、強(qiáng)風(fēng)化地層中穿行的區(qū)間掘進(jìn)完成，平均每天掘進(jìn)長(zhǎng)度9 m多，但在本區(qū)間掘進(jìn)時(shí)，受巖石強(qiáng)度影響，平均每天掘進(jìn)長(zhǎng)度僅約3.5 m。對(duì)于右線，因位于左線下方，巖石強(qiáng)度更高，盾構(gòu)機(jī)平均每天掘進(jìn)長(zhǎng)度不到2 m，這樣的掘進(jìn)速度雖和威爾特盾構(gòu)機(jī)的機(jī)況有一定的關(guān)系，但最主要的原因還是區(qū)間隧道穿越地層強(qiáng)度過(guò)高，這樣的地層采用盾構(gòu)法施工，不但對(duì)工期造成了很大的影響，也造成很大的投資增加，而且2009年3月4日紅桂二街右線盾構(gòu)機(jī)盾尾處的地面塌陷也造成了一定的社會(huì)影響。

本區(qū)間原計(jì)劃只投入1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，后因無(wú)法滿足工期要求增加了1臺(tái)盾構(gòu)機(jī);區(qū)間左右線盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中均換刀頻繁，區(qū)間隧道每延米換刀增加的費(fèi)用約1萬(wàn)元;右線盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中整個(gè)刀盤、刀箱變形嚴(yán)重，不得不在隧道掘進(jìn)過(guò)程中停機(jī)在地下進(jìn)行了刀箱的割除、更換以及刀盤的加固。因此，以后進(jìn)行工法選擇時(shí)，采用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)距離硬巖掘進(jìn)應(yīng)慎重。

(2)為地鐵預(yù)留通道應(yīng)注意問題

當(dāng)規(guī)劃地鐵線路需下穿擬建建筑物時(shí)，如建筑物采用樁基礎(chǔ)，建筑樁基設(shè)計(jì)時(shí)為規(guī)劃地鐵線路預(yù)留出通道是十分必要的，但同時(shí)要注意如根據(jù)地質(zhì)條件將來(lái)的地鐵線路將采用盾構(gòu)法施工，在進(jìn)行建筑物地下室基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也要為地鐵線路預(yù)留出通道，避免只強(qiáng)調(diào)了建筑物主體結(jié)構(gòu)的預(yù)留而不關(guān)注其地下室的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而為后來(lái)的地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道施工造成障礙。另外，也要對(duì)預(yù)留通道處地鐵區(qū)間隧道頂?shù)母餐梁穸忍岢鲆?，使其滿足區(qū)間隧道的施工安全要求及隧道建成后的抗浮要求。

［1］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.老街站—曬布站區(qū)間-太陽(yáng)廣場(chǎng)基礎(chǔ)加固工程施工圖［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2007.

［2］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.老街站—曬布站區(qū)間-管片內(nèi)力計(jì)算分析報(bào)告［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2008.

［3］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.老街站—曬布站區(qū)間-區(qū)間隧道三維計(jì)算分析報(bào)告［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2008.

［4］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.老街站—曬布站區(qū)間-區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)施工圖［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2008.

［5］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.老街站—曬布站區(qū)間-重疊隧道段上下洞間土體加固及施工臨時(shí)措施施工圖［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2008.

［6］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.老街站—曬布站區(qū)間-區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)施工圖變更設(shè)計(jì)［Z］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2009.

［7］北京城建設(shè)計(jì)研究總院.GB50517—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

［8］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50010—2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［9］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［10］仇文革，張志強(qiáng).深圳地鐵重疊隧道近接施工影響的數(shù)值模擬分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2000(11).

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［13］林剛.地鐵重疊隧道施工順序研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006，43(6).