江 帆

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

某隧道主體為單管雙層雙向四車(chē)道盾構(gòu)隧道。受用地條件限制，隧道沿線(xiàn)需側(cè)穿或下穿施工中地鐵車(chē)站、已運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站、規(guī)劃地鐵區(qū)間、河道、橋梁、火車(chē)站等眾多建構(gòu)筑物，周邊環(huán)境極其復(fù)雜。

隧道全長(zhǎng)4.55 km，其中盾構(gòu)段長(zhǎng)3.5 km。

1 線(xiàn)路設(shè)計(jì)

（1）線(xiàn)路平面設(shè)計(jì)

線(xiàn)路起點(diǎn)為了避讓人行天橋和立交橋梁樁基，線(xiàn)位向北側(cè)偏移（明挖圍護(hù)樁外邊緣與橋梁樁基平面距離控制到2.2 m），在現(xiàn)狀立交橋東側(cè)設(shè)置盾構(gòu)工作井。出工作井之后線(xiàn)路進(jìn)入盾構(gòu)段，避讓立交匝道橋梁樁基，避讓在建地鐵車(chē)站及其區(qū)間隧道（平面距離該車(chē)站地下連續(xù)墻最近處約3.4 m），然后避讓立交橋梁和河道現(xiàn)狀小橋，穿越河道后，設(shè)置一小半徑平曲線(xiàn)（R-300 m）以避讓43層高層建筑，下穿6層停車(chē)場(chǎng)、幼兒園以及3棟6層混凝土房屋后，繼續(xù)下穿規(guī)劃地鐵區(qū)間段、火車(chē)站站房和已運(yùn)營(yíng)地鐵明挖車(chē)站，然后避讓邊檢大樓、現(xiàn)狀地下通道和高層建筑，下穿高架匝道橋梁樁基礎(chǔ)，與現(xiàn)狀高架橋梁共線(xiàn)，出高架橋影響范圍后設(shè)置工作井，最后以明挖暗埋段接現(xiàn)狀道路到達(dá)終點(diǎn)。

平面線(xiàn)形盡可能避讓橋梁樁基、地鐵車(chē)站（區(qū)間）以及建（構(gòu)）筑物，采用小半徑平曲線(xiàn)。盾構(gòu)隧道需穿越橋梁、高層（多層）、地鐵車(chē)站區(qū)間、火車(chē)站、地下通道等建（構(gòu)）筑物，施工條件苛刻，但加強(qiáng)施工控制也具有實(shí)施可行性。

（2）線(xiàn)路縱斷面設(shè)計(jì)

線(xiàn)路縱斷面主要控制條件：隧道縱坡主要受兩端接線(xiàn)道路銜接標(biāo)高，下穿的地鐵站出入口、河道規(guī)劃、規(guī)劃地鐵區(qū)間段、火車(chē)站基礎(chǔ)及樁基、已運(yùn)營(yíng)地鐵站明挖段等標(biāo)高，隧道抗浮安全，工作井位置和盾構(gòu)進(jìn)出洞覆土深度，橫向道路管線(xiàn)敷設(shè)深度等條件控制，同時(shí)縱斷面設(shè)計(jì)還應(yīng)滿(mǎn)足最小和最大縱坡的要求。

本項(xiàng)目線(xiàn)路在起點(diǎn)以4.7%的縱坡接入隧道，然后下穿在建地鐵站出入口通道（隧道頂距離地下通道底板底按5 m控制），在河道處，隧道頂距離河床底約14.2 m，之后以0.8%的緩坡下穿多層混凝土房屋，在火車(chē)站處避讓火車(chē)站樁基、在已運(yùn)營(yíng)地鐵站處避讓車(chē)站結(jié)構(gòu)及圍護(hù)墻（保證不小于1 m凈距）。過(guò)火車(chē)站后以0.7%的緩坡逐漸向上爬升，在進(jìn)入終點(diǎn)工作井前以4.4%的縱坡接入現(xiàn)狀道路。在河道處有14.2 m覆土深度（0.98D，D為隧道外徑14.5 m，下同），能確保施工期間和運(yùn)營(yíng)期間的安全。起點(diǎn)和終點(diǎn)工作井處，隧道埋深分別為11.5 m（0.79D）和 9.65 m（0.67D），覆土深度均大于0.6D，進(jìn)出洞覆土深度均能滿(mǎn)足加固和安全要求，并具有良好的施工條件。

（3）橫斷面布置

本工程隧道段按快速路60 km/h設(shè)計(jì)車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，主線(xiàn)采用雙向四車(chē)道，不設(shè)硬路肩，單向?qū)挾葹?.0 m，布置為0.5 m（左側(cè)路緣帶）＋2×3.5 m（機(jī)動(dòng)車(chē)道）＋0.5 m（右側(cè)路緣帶）[1]。盾構(gòu)橫斷面布置見(jiàn)圖1。

圖1 盾構(gòu)橫斷面布置（單位：mm）

根據(jù)建筑限界及設(shè)備布置綜合考慮，隧道內(nèi)徑為13.3 m，管片外徑為14.5 m。

3 盾構(gòu)機(jī)選型

盾構(gòu)機(jī)的選型是否合理，是盾構(gòu)施工成敗的關(guān)鍵。選擇盾構(gòu)類(lèi)型時(shí)，除應(yīng)考慮施工區(qū)段的地質(zhì)條件、地面情況、隧道長(zhǎng)度、隧道平面、工期和使用條件等各種因素外，還應(yīng)結(jié)合開(kāi)挖和襯砌的施工問(wèn)題，選擇可以安全經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行施工的盾構(gòu)類(lèi)型。

本工程盾構(gòu)機(jī)要穿越礫質(zhì)粘性土、強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、中風(fēng)化變質(zhì)砂巖、微風(fēng)化變質(zhì)砂巖。根據(jù)地質(zhì)條件和工程經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)和復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)均適用于本工程。本項(xiàng)目施工場(chǎng)地受限，復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)不需要泥漿處理場(chǎng)，施工場(chǎng)地較小，更適合本項(xiàng)目。因此，從工程實(shí)施的場(chǎng)地條件、安全性、盾構(gòu)來(lái)源等方面綜合考慮，建議采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

無(wú)論采用新制或改制盾構(gòu)機(jī)，本工程所選盾構(gòu)機(jī)需滿(mǎn)足在覆土24.2 m（隧道底最大埋置深度38.7 m）、水壓0.4 MPa條件下的推進(jìn)要求。同時(shí)，盾構(gòu)機(jī)需根據(jù)工程實(shí)施進(jìn)度要求及時(shí)到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，且推進(jìn)速度應(yīng)滿(mǎn)足項(xiàng)目總工期的要求。

4 重難點(diǎn)分析及對(duì)策[1-4]

（1）周邊建(構(gòu))筑物密集，建設(shè)條件復(fù)雜

本項(xiàng)目位于城市中心區(qū)內(nèi)，項(xiàng)目周邊已經(jīng)完成城市開(kāi)發(fā)，周邊建筑物非常密集，道路沿線(xiàn)有橋梁、河道、鐵路、地鐵、建筑物等眾多制約因素，隧道的建設(shè)條件復(fù)雜。

隧道平面設(shè)計(jì)中明挖段避開(kāi)了天橋和立交橋的橋樁，基坑開(kāi)挖采取保護(hù)措施，確保施工過(guò)程中天橋的安全使用。

隧道縱面設(shè)計(jì)中使盾構(gòu)盡量在較為均一的地層中穿越，在穿越居民區(qū)、火車(chē)站及地鐵站區(qū)段，適當(dāng)加大隧道埋深，最大限度地減少盾構(gòu)施工的影響。

（2）復(fù)合地層條件下超大直徑盾構(gòu)長(zhǎng)距離掘進(jìn)

隧道沿線(xiàn)穿越地層變化很大,盾構(gòu)在上軟下硬地層掘進(jìn)時(shí)，由于刀盤(pán)受力不均，盾構(gòu)本身的姿態(tài)容易改變，盾構(gòu)姿態(tài)控制及掘進(jìn)方向控制較困難。為適應(yīng)復(fù)合地層條件下的隧道掘進(jìn)，應(yīng)選用復(fù)合型盾構(gòu)機(jī)。該盾構(gòu)穿越區(qū)間巖石抗壓強(qiáng)度多在80 MPa以下，采用現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)施工，對(duì)大部分地層是適應(yīng)的，但在極硬巖及軟硬不均地層施工，現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)不適應(yīng)，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，必須新購(gòu)盾構(gòu)機(jī)或?qū)ΜF(xiàn)有的盾構(gòu)進(jìn)行改造，使之能夠適應(yīng)該盾構(gòu)區(qū)間的地質(zhì)條件。

在設(shè)計(jì)階段要進(jìn)一步探明工程地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)選線(xiàn)時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)軟硬不均地層，使隧道位于均勻地質(zhì)中，以降低盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)。必要時(shí)在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)前，對(duì)沿線(xiàn)一些不良地質(zhì)條件地段進(jìn)行地基加固，如壓力灌漿，以有效控制地下水壓力下降并減少地面和周邊建筑物的沉降。

（3）超大直徑盾構(gòu)隧道掘進(jìn)對(duì)鄰近超高層建筑影響分析及對(duì)策

隧道近距離側(cè)穿43層高層建筑、28層高層、21層高層、33層高層等。高層建筑樁基均為端承樁，盾構(gòu)從其側(cè)邊穿過(guò)，避開(kāi)結(jié)構(gòu)樁基。

盾構(gòu)施工時(shí)，擬從以下方面采取保護(hù)措施：a.盾構(gòu)推進(jìn)保護(hù)措施：檢查盾構(gòu)機(jī)設(shè)備狀態(tài)，調(diào)整盾構(gòu)施工各參數(shù)；嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)軸線(xiàn)，避免超挖；盾構(gòu)通過(guò)高層建筑時(shí)，應(yīng)放慢施工速度，但不得停止推進(jìn)；盾構(gòu)通過(guò)高層建筑樁基后，應(yīng)根據(jù)地層變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次注漿。b.工程措施：根據(jù)需要采取隔離樁或加固等工程措施來(lái)保護(hù)高層建筑樁基。c.變形監(jiān)測(cè)：在盾構(gòu)穿越期間，須對(duì)建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋給中央控制室，中央控制室正確判斷地面所反映的情況，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，確保盾構(gòu)順利穿越。穿越后仍須進(jìn)行觀(guān)測(cè)并及時(shí)反饋，以便進(jìn)行后期補(bǔ)壓漿的控制和調(diào)整，直到地面沉降穩(wěn)定。

（4）超大直徑盾構(gòu)隧道下穿現(xiàn)狀火車(chē)站分析及對(duì)策

盾構(gòu)需要下穿火車(chē)站鐵路股道、火車(chē)站站房。根據(jù)盾構(gòu)隧道穿越火車(chē)站鐵路股道的加固原理和施工案例，盾構(gòu)隧道下穿鐵路的加固技術(shù)一般分三種：地基加固、洞內(nèi)加固和扣軌加固。綜合鐵路股道實(shí)際情況，從施工安全角度考慮，本盾構(gòu)隧道下穿鐵路股道的加固方案為：地面袖閥管注漿+洞內(nèi)加固相結(jié)合的方案，扣軌加固作為施工應(yīng)急預(yù)案時(shí)采用。

盾構(gòu)穿越站房結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量在其樁基下方穿過(guò)，見(jiàn)圖2。在盾構(gòu)下穿火車(chē)站前，對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行徹底的檢查和維修（刀具、注漿系統(tǒng)、盾尾刷等），確保盾構(gòu)機(jī)以最佳狀態(tài)下穿，在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)反饋的檢測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)下，采用向盾體周?chē)⑷肱驖?rùn)土的方式，土壓平衡模式通過(guò)。及時(shí)注漿，盡快填充環(huán)形間隙使管片盡早支撐地層。

圖2 盾構(gòu)穿越站房結(jié)構(gòu)

（5）超大直徑盾構(gòu)隧道下穿已運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站分析及對(duì)策

隧道需下穿已運(yùn)營(yíng)的地鐵1號(hào)線(xiàn)車(chē)站（見(jiàn)圖3）。

圖3 盾構(gòu)下穿已運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站

在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，盾構(gòu)外緣距離車(chē)站圍護(hù)樁底不小于1 m，并盡量加大隧道埋深，避免切割車(chē)站圍護(hù)樁，減少盾構(gòu)施工對(duì)地鐵的影響。

下穿既有線(xiàn)，沉降控制是本節(jié)點(diǎn)的最大難點(diǎn)，施工前開(kāi)展地鐵保護(hù)方案專(zhuān)項(xiàng)評(píng)審，施工中采取周密措施確保將沉降變形控制在允許范圍內(nèi)，確保地鐵不減速運(yùn)營(yíng)[2]。

（6）超大直徑盾構(gòu)隧道下穿橋梁樁基分析及對(duì)策

線(xiàn)位在K2+600處，為了避開(kāi)3棟地上33層超高層建筑，將下穿高架匝道橋4個(gè)橋墩樁基礎(chǔ)。

在盾構(gòu)掘進(jìn)至橋下前，新建托換樁基，將上部結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)變至托換樁基上，在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中可維持原橋面交通[3]。

本工程托換結(jié)構(gòu)采用全預(yù)應(yīng)力混凝土托換承臺(tái)的受力體系。在托換承臺(tái)兩側(cè)各布置直徑1.8 m和1.2 m鉆孔灌注樁（要求樁底注漿），并對(duì)現(xiàn)有承臺(tái)進(jìn)行接長(zhǎng)、加寬、加厚處理，新托換承臺(tái)支承于兩側(cè)新建的樁基上，并通過(guò)在樁帽上頂升千斤頂來(lái)控制既有老橋上部結(jié)構(gòu)的變形，待結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉后，鋸除老橋樁基礎(chǔ)，并利用千斤頂控制托換承臺(tái)高程，穩(wěn)定后澆注樁頂混凝土，完成老橋基礎(chǔ)托換，見(jiàn)圖4。

圖4 盾構(gòu)下穿橋梁樁基

（7）超大直徑盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離掘進(jìn)對(duì)鄰近橋梁樁基影響分析及對(duì)策

該處高架橋基礎(chǔ)為樁基+承臺(tái)，樁長(zhǎng)深入基巖，為端承型樁。盾構(gòu)從其側(cè)邊穿過(guò)，對(duì)承載力影響不大，但對(duì)其水平變形要加以控制[4]。為了減小對(duì)樁基的擾動(dòng)，對(duì)注漿壓力與注漿量雙控，使?jié){液盡快填充空隙，保證盾尾后方整個(gè)影響區(qū)域的壓力平衡。

圖5 盾構(gòu)長(zhǎng)距離掘進(jìn)對(duì)鄰近橋梁樁基加固

盾構(gòu)穿越樁基，開(kāi)始推進(jìn)和結(jié)束推進(jìn)時(shí)，應(yīng)逐步提高與降低掘進(jìn)速度，防止千斤頂軸力突變。在推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)加快推進(jìn)速度，盡量保持推進(jìn)速度的恒定，保證切力與推力的穩(wěn)定，做到推進(jìn)速度與推力的雙控。

在盾構(gòu)推進(jìn)中對(duì)上部橋梁和墩柱監(jiān)測(cè)，并采用經(jīng)濟(jì)合理的工程加固措施：

a.動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，嚴(yán)格控制地層損失率、同步注漿和泥土平衡壓力，降低推進(jìn)速度,延長(zhǎng)壁后注漿時(shí)間。

b.對(duì)墩柱頂變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),做好在墩頂或臨時(shí)支架上設(shè)千斤頂將橋梁上部頂起以調(diào)整連續(xù)箱梁變形的預(yù)案。

c.樁基部位預(yù)先埋設(shè)注漿管，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行跟蹤注漿。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以城市中心區(qū)超大直徑盾構(gòu)隧道工程為背景，通過(guò)對(duì)隧道沿線(xiàn)周邊環(huán)境進(jìn)行踏勘梳理，對(duì)隧道平縱線(xiàn)形進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)地質(zhì)條件、場(chǎng)地條件等因素進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)選型，最后分析本項(xiàng)目重難點(diǎn)并提出針對(duì)性對(duì)策措施：

（1）隧道平面線(xiàn)形盡可能避讓橋梁、地鐵、建構(gòu)筑物，條件特別受限時(shí)采用小半徑曲線(xiàn)；隧道縱斷面避讓地鐵出入口、河道、火車(chē)站樁基以及地鐵站圍護(hù)樁等，并適當(dāng)加大隧道埋深，使隧道位于較均勻地質(zhì)中。

（2）盾構(gòu)機(jī)穿越復(fù)合地層，軟有粘性土，硬至微風(fēng)化巖，根據(jù)地質(zhì)條件和場(chǎng)地情況，建議選用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

（3）隧道側(cè)穿超高層建筑，下穿現(xiàn)狀火車(chē)站、已運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站和橋梁樁基礎(chǔ)，并長(zhǎng)范圍近距離側(cè)穿高架橋梁樁基，從預(yù)先加固、盾構(gòu)施工、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事后檢測(cè)和應(yīng)急預(yù)案等方面提出了控制措施。