楊超

摘 要：地鐵區(qū)間隧道多采用盾構(gòu)法施工，當(dāng)遇到堅硬巖層時，單靠盾構(gòu)法難以完成，多采用“礦山法+盾構(gòu)法”施工。以武漢地鐵3號線越江隧道為例，詳細(xì)介紹了“礦山法+盾構(gòu)法”中組合段關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計與施工方案，為類似工程提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵；越江隧道；盾構(gòu)法；礦山法；空推；進(jìn)出洞

1概述

軌道交通線網(wǎng)主要位于市區(qū)繁華地段，地鐵區(qū)間通常為淺埋隧道，為減小對地面交通、管線等的影響，多采用盾構(gòu)法施工。但一條隧道難以保證所遇的均未單一地層，開挖過程中若遇到硬巖、孤石群時，仍采用盾構(gòu)法施工將會加速刀具磨損、降低掘進(jìn)速度，頻繁更換刀具不僅增加工程造價，且施工安全風(fēng)險大。為了加快進(jìn)度，減少施工風(fēng)險，可根據(jù)地質(zhì)條件采用“礦山法+盾構(gòu)法”相結(jié)合的工法。

如武漢地鐵3號線王家灣站——宗關(guān)站越江區(qū)間，隧道穿越范圍分屬長江Ⅰ級階地、漢江河床、Ⅲ級階地3個地貌單元，穿越的地層有強(qiáng)透水的砂層、微透水的粘土層、中風(fēng)化巖層，地質(zhì)條件復(fù)雜。中風(fēng)化巖層地段采用“礦山法+盾構(gòu)法”相結(jié)合的工法，即“礦山法開挖初支，盾構(gòu)法管片襯砌”，結(jié)合本工程對盾構(gòu)在礦山法隧道內(nèi)空推、進(jìn)出洞等提出有效施工方案，為類似地鐵施工提供一定技術(shù)支持。

2工程概況

武漢地鐵3號線王家灣站——宗關(guān)站越江區(qū)間線路出王家灣站后沿龍陽大道向北敷設(shè)，過琴臺大道后向東切割漢陽體育基地，在江漢二橋下游30多米處穿越漢江，最后沿建設(shè)大道東側(cè)地塊敷設(shè)至宗關(guān)站，區(qū)間全長約2322m，區(qū)間平面、縱剖面分別見圖1、圖2。

2.1工程地質(zhì)

本工程地貌形態(tài)分屬漢江河床、長江Ⅰ級、Ⅲ級階地3個地貌單元。漢陽段屬長江Ⅲ級階地，漢口段屬長江Ⅰ級階地，區(qū)內(nèi)漢江河道順直，河床寬約230m，兩側(cè)岸坡較陡，江底地形總體平順，標(biāo)高在4.4～8.2m之間。長江Ⅰ級、Ⅲ級階地前緣地形平坦、開闊，總體向長江傾斜。

漢口Ⅰ級階地段，區(qū)間主要涉及地層為4-1細(xì)砂、4-2細(xì)砂、4-2a粉質(zhì)粘土、4-3中粗砂。

漢陽Ⅲ級階地段，區(qū)間主要涉及的地層為10-2粘土、13-2殘積土、17b中風(fēng)化灰?guī)r、17b-1中風(fēng)化泥灰?guī)r、18a中風(fēng)化灰?guī)r。

漢江河床段，江底地層自上而下依次為2-1粉砂、粉土、3-4粉質(zhì)粘土、4-3中粗砂、19a中風(fēng)化石英砂巖、20b-1強(qiáng)風(fēng)化泥巖、20b-2中風(fēng)化泥巖。

2.2水文地質(zhì)

漢口Ⅰ級階地孔隙水含水層主要為粉細(xì)砂、中粗砂層，其含水層與漢江河床透水介質(zhì)直接相通，與漢江有較好的互補(bǔ)關(guān)系，水量豐富。

基巖裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，補(bǔ)給方式主要為上覆含水層的下滲補(bǔ)給，其水量及滲透性主要由基巖裂隙的密集程度及貫通性控制。基巖以泥巖或泥質(zhì)巖為主的巖體中的裂隙多以密閉型為主或?yàn)槟噘|(zhì)充填，一般裂隙水貧乏。

3施工工法選擇

隧道穿越范圍分屬長江Ⅰ級階地、漢江河床、Ⅲ級階地3個地貌單元，穿越的地層有強(qiáng)透水的砂層、微透水的粘土層、中風(fēng)化巖層，根據(jù)地質(zhì)條件的不同，各段工法的應(yīng)用范圍如圖2所示。

3.1王家灣站——區(qū)間風(fēng)井

本段屬長江Ⅲ級階地，隧道穿越的地層主要為粘土層、中風(fēng)化灰?guī)r，地質(zhì)條件較好，且隧道埋深較深，地面環(huán)境條件較為簡單，本段采用礦山法施工。

3.2區(qū)間風(fēng)井——宗關(guān)站

3.2.1漢口段

本段屬長江Ⅰ級階地，隧道穿越的地層主要為強(qiáng)透水性的砂層，且地下水與漢江有較好的互補(bǔ)關(guān)系，水量豐富，為確保隧道施工的安全，采用泥水平衡盾構(gòu)施工。

3.2.2江中段～區(qū)間風(fēng)井

本段屬漢江河床向長江Ⅲ級階地過渡段，受江底沖刷線控制，隧道埋深深，地質(zhì)條件復(fù)雜，其中中風(fēng)化灰?guī)r飽和極限單軸抗壓強(qiáng)度約48.5 MPa，巖石強(qiáng)度高，盾構(gòu)法施工將會加速刀具磨損、降低掘進(jìn)速度。

為確保江中段施工安全，本段以泥水平衡盾構(gòu)施工為主；對于局部硬巖地段，在確保工程安全的前提下采用“礦山法+盾構(gòu)法”組合工法，即“礦山法開挖初支，盾構(gòu)法管片襯砌”。

4盾構(gòu)與礦山法組合段關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計

為提高斷面利用率，硬巖段隧道設(shè)計為圓形斷面，根據(jù)盾構(gòu)通過的需要分為盾構(gòu)接收段和盾構(gòu)空推段。盾構(gòu)機(jī)主要參數(shù)如下：刀盤直徑6.52m（長0.8m）；前體直徑6.49m（長2.2m）；中體直徑6.48m（長3.5m）；盾尾直徑6.47m（長度4m）。

4.1盾構(gòu)與礦山法隧道接口設(shè)計

當(dāng)?shù)V山法隧道先完成施工時，盾構(gòu)推進(jìn)進(jìn)入礦山法隧道，為確保掌子面土體穩(wěn)定，防止地下水涌入礦山法隧道，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)尺寸（主體長約10.5m），硬巖隧道靠近盾構(gòu)隧道處14.3米作為盾構(gòu)接收段，共有3段組成，即0.5m厚C25素砼封堵墻、13m的C15素砼回填體、0.8m厚C25鋼筋砼洞門，具體如圖3所示。

4.2盾構(gòu)空推段襯砌設(shè)計

4.2.1礦山法隧道初支設(shè)計

為滿足盾構(gòu)空推施工需要，礦山法隧道設(shè)計為凈空6820mm的圓形斷面，比盾構(gòu)刀盤大150mm。初支采用超前支護(hù)+格柵鋼架+噴射混凝土方式，具體參數(shù)根據(jù)圍巖條件和監(jiān)控量測結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。初支與管片之間空隙采用豆礫石及注漿充填。礦山法隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4.2.2導(dǎo)臺設(shè)計

為保證盾構(gòu)機(jī)保持良好的推進(jìn)姿態(tài)，確保管片拼裝質(zhì)量，在礦山法隧道仰拱90度范圍設(shè)置鋼筋混凝土導(dǎo)臺。鋼筋混凝土導(dǎo)臺的中心線與隧道中心線重合，且對稱于隧道中心線。導(dǎo)臺結(jié)構(gòu)如圖5所示。

5盾構(gòu)接收段施工

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)進(jìn)出洞施工風(fēng)險較大，本工程盾構(gòu)接收段鄰近漢江，施工不當(dāng)將直接影響工程的安全。施工期間的流程如圖6所示：

礦山法開挖硬巖隧道并完成初期支護(hù)、后完成接收段施工，盾構(gòu)后部注漿密封，鑿除洞門，完成盾構(gòu)接收。

5.1封堵墻前盾構(gòu)施工

盾構(gòu)進(jìn)入到達(dá)段時，逐步減小推力、降低掘進(jìn)速度，待盾構(gòu)刀盤到達(dá)暗挖與盾構(gòu)區(qū)間分界里程前20環(huán)及接收段回填區(qū)域，保證同步注漿量，在控制注漿量的同時控制注漿壓力，防止同步注漿漿液竄入刀盤區(qū)域。

5.2素混凝土回填區(qū)盾構(gòu)施工

封堵墻掘進(jìn)完成后，進(jìn)入C15素混凝土回填區(qū)域掘進(jìn)，長度共計13m，掘進(jìn)過程要求盾構(gòu)速度控制在15mm/min以內(nèi)，推力控制在2000t以下。

施工過程中加強(qiáng)對空推段隧道初支及洞門變形監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)初支混凝土有較大震動或變形時，立即反饋并調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，防止推力過大，造成刀盤前部的大面積坍塌。

5.3洞門破除施工

洞門破除前，為有效封堵管片與圍巖之間的泄水通道，對盾尾已拼裝的10環(huán)管片，通過管片注漿孔對管片外側(cè)地層進(jìn)行全斷面二次注漿，漿液均采用水泥水玻璃雙液漿。通過土倉液位變化判斷注漿效果，達(dá)到要求后方可進(jìn)行洞門破除。

洞門破除自上而下進(jìn)行，鑿除時須將暗挖初支外露鋼筋割除干凈，避免在盾構(gòu)出洞過程中因盾構(gòu)與洞門鋼筋產(chǎn)生拉拽，破壞暗挖初支結(jié)構(gòu)。

6盾構(gòu)空推段施工

（1）盾構(gòu)機(jī)空載通過礦山法段時，應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)，加強(qiáng)隧道中線的定位檢測；管片與礦山法段的空隙通過通過噴射豆礫石在管片脫離盾尾時對管片進(jìn)行支撐，以防管片下沉產(chǎn)生錯臺。同時，利用盾構(gòu)機(jī)自身的同步注漿系統(tǒng)壓注水泥砂漿，使襯砌管片與地層間緊密接觸，以提高支護(hù)效果。施工前須做噴射豆礫石試驗(yàn)，確定噴射壓力及可達(dá)到的密實(shí)度。

（2）噴射豆礫石回填后對管片背后進(jìn)行注漿，為防止管片上浮，注漿從管片大跨以上進(jìn)行壓注。既要保證對環(huán)向空隙的有效 填充，又要確保管片結(jié)構(gòu)不因注漿產(chǎn)生位移、變形和損壞，同時又要防止砂漿前竄至盾構(gòu)刀盤前方。

7結(jié)語

本工程已于2015年施工完成，工程實(shí)施期間采用 “礦山法+盾構(gòu)法”組合工法，通過本工程的應(yīng)用，得出了以下結(jié)論：

（1）根據(jù)隧道沿線穿越的主要地層特性，選擇適宜的工法，對盾構(gòu)穿巖地段，需充分評估巖石的強(qiáng)度等級，優(yōu)化刀盤結(jié)構(gòu)，確保盾構(gòu)對地層的適應(yīng)性。

（2）合理確定盾構(gòu)法與礦山法的分界面，一方面利用盾構(gòu)在軟土地層施工的優(yōu)點(diǎn)，縮短工期，降低成本；另一方面對硬巖地段采用礦山法施工，避免了盾構(gòu)施工刀具磨損，有效降低了施工風(fēng)險，確保工程安全順利進(jìn)行。

（3）對礦山法隧道與盾構(gòu)法隧道接口進(jìn)行了特殊設(shè)計，通過設(shè)置的混凝土“套筒”接收段有效降低了盾構(gòu)接收風(fēng)險。

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