汪 鋒，葉至盛，王世豪，周顯剛，李 圍

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 650004；2.中國電建集團鐵路建設有限公司，北京 100044；3.上海同隧土木工程技術有限公司，上海 201306)

0 引 言

在城市地鐵區(qū)間隧道施工中盾構始發(fā)與接收存在涌水突泥甚至盾構機沉陷的安全風險，如2007年11月20日，南京地鐵二號線中和村站～元通站區(qū)間元通站右線南端頭盾構接收時發(fā)生滲漏事件，導致盾構機被埋于地面塌陷的土體中。為了穩(wěn)定開挖面和確保周邊環(huán)境安全，盾構始發(fā)與接收都必須做好端頭加固工作。目前加固方法較多，有旋噴樁、深層攪拌樁、地表袖閥管注漿、素混凝土樁及水平注漿加固法和凍結法等[1]，常采用多種加固方法[2]、選擇合理的加固范圍[3]以及控制好盾構掘進的參數，方能保證盾構始發(fā)與接收的安全。

隨著我國城市地鐵的不斷發(fā)展，遇到了特殊條件的盾構施工技術難題，如富水砂層地鐵區(qū)間隧道盾構掘進[4]、城市地鐵區(qū)間盾構隧道超凈距下穿市政公路隧道的施工安全影響[5- 6]、盾構下穿運營隧道[7]、重疊隧道盾構下穿高鐵軌道群沉降控制[8]、深井下泥水盾構始發(fā)與接收[9]、富水砂層因極易發(fā)生涌水涌砂風險采用鋼套筒輔助[10]以及曲線區(qū)間盾構始發(fā)與接收[11]等。郭藝真以穗莞深城際鐵路太平隧道為依托，研究了淺覆土軟弱地層中曲線條件下土壓平衡盾構機的始發(fā)技術，提出了在淺覆土段堆土加載措施[12]，控制了管片的上浮量，確保了始發(fā)安全。

成都地鐵18號線工程土建4標天～龍區(qū)間大直徑盾構始發(fā)與接收段埋深淺，盾構機直徑為8.65 m、覆土厚度僅為4.1～6.8 m，盾構始發(fā)與接收對土體擾動大、盾構機掘進參數及姿態(tài)難控制、地面沉降坍塌等問題，超薄覆土條件下大直徑盾構始發(fā)與接收安全風險高，故開展“地鐵區(qū)間隧道超薄覆土下大直徑盾構始發(fā)與接收技術”的開發(fā)具有重要意義。

1 依托工程概況

成都地鐵18號線工程土建4標天府新站～龍泉山隧道進口段盾構區(qū)間沿線依次下穿東風渠河道、森瑞公司，含合江車輛段出入線兩個區(qū)間。左線起訖里程為YDK 39+628.570～YDK40+345.000、ZDK 39+841.000～ZDK40+345.500，左線全長504.500 m。右線起訖里程為YDK 39+628.570～YDK40+345.000、YDK 39+841.000～YDK40+345.500，右線長鏈為19.539 m，右線全長735.969 m。區(qū)間端頭覆土在4.1～6.8 m，如圖1所示。區(qū)間兩側主要為現狀農田、林地，山頭較多，地形起伏大。

區(qū)間場地覆蓋層均為第四系(Q)，地表多為人工填土(Q4ml)覆蓋，其下為全新統沖積(Q4al)黏土、粉質黏土、粉土、砂土及卵石土，上更新統冰水沉積、沖積(Q3fgl+al)砂土及卵石土，下伏基巖為白堊系上統灌口組(K2g)泥巖、砂巖，白堊系下統天馬山組-侏羅系上統蓬萊鎮(zhèn)組(K1t-J3p)泥巖、砂巖、礫巖。

區(qū)間設計時速140 km/h，區(qū)間隧道內徑7 500 mm，隧道外徑8 300 mm，管片厚度400 mm，管片寬度1 500/1 800 mm。采用中國鐵建重工集團有限公司研制的ZTE8600土壓平衡盾構機施工，其刀盤直徑8.65 m，主機不包含螺旋機長度為10.5 m、包含螺旋機長約16.5 m，盾構機及其后配套全長114 m。

2 超薄覆土盾構始發(fā)與接收技術

2.1 地面袖閥管注漿加固

在始發(fā)與接收端頭從地面采用￠50袖閥管對土體進行注漿加固，加固范圍為左右線始發(fā)井端頭10 m×10 m、深度為16～19 m(要求到隧道底部以下3 m以上)，袖閥管間距2 m×2 m、梅花型布置。采用水泥漿液，水灰比0.8∶1～1∶1，注漿壓力0.3～0.5 MPa。采取分段式注漿，每段注漿長度為注漿步距。開口鋼管長度為注漿步距長度，這樣可以有效地減少地層不均一性對注漿效果的影響。注漿過程中，每段注漿完成后，向上或向下移動一個步距的芯管長度，宜采用提升設備移動或人工采用2個管鉗對稱夾住芯管，兩側同時均勻用力，將芯管移動，每完成3～4 m注漿長度，要拆掉一節(jié)注漿芯管。注漿結束后，在注漿管上口蓋上悶蓋，以便于復注施工。加固28 d后對地層進行取芯抗壓試驗，其無側限抗壓強度應不小于1 MPa方滿足加固要求，若不滿足應進行補注漿。

2.2 端頭地層換填

盾構始發(fā)與接收影響范圍內端頭采用C15素混凝土換填，其上面部分地層采用摻6%水泥的砂卵石回填并分層夯實，如圖2所示，回填需滿足盾構始發(fā)與接收機械設備對地層承載力的要求。

圖2 端頭地層換填(單位：m)

表1 盾構掘進參數控制

2.3 洞門大管棚超前加固

通過對始發(fā)與接收段地層分析后提出端頭洞門大管棚加固方案，如圖3所示。采用直徑為108 mm的大管棚，長度為15 m，環(huán)向間距為350 mm，布置在拱部120°范圍，每個洞門共布設28根。洞門大管棚施工過程中嚴格把控施工質量，確保采用大管棚加固端口洞門的效果達到預期要求，現場施工照片如圖4所示。

圖3 洞門大管棚超前加固(單位：mm)

2.4 盾構掘進參數控制

盾構掘進參數控制值列于表1中，保證掘進施工中姿態(tài)正常、盾構機可控，平穩(wěn)完成始發(fā)與施工。盾構掘進速度控制在10～20 mm/min，并根據監(jiān)測結果和出土情況進行調整。盾構機水平姿態(tài)控制在±20 mm，垂直姿態(tài)控制在前點-20～-10 mm，后點-25～-45 mm。采用泡沫劑進行渣土改良，原液比例為2%，流量調整至450～500 mL/min，刀盤加水和土艙加水相結合，確保渣土和易性。實際出土體積與理論體積誤差量應控制在±3%以內，在掘進過程中，嚴格控制每環(huán)的出土量，并作好記錄。

圖4 大管棚施工

同步注漿量每環(huán)至少在8.4 m3以上，注漿點位以上部1點和6點為主，中間2點和5點為輔，下部3點和4點少量注漿。每m3同步注漿材料配比為水泥∶粉煤灰∶膨潤土∶砂∶水=230 kg∶320 kg∶90 kg∶1 000 kg∶480 kg，注漿壓力0.1～0.2 MPa。

二次注漿每兩環(huán)注一次，根據管片姿態(tài)、監(jiān)控量測結果和同步注漿量來確定注漿量和選擇注漿點位。二次注漿選擇雙液漿，其中水泥漿液的水灰比1∶1、水玻璃與水混合液的配比1∶1，水泥漿液和水玻璃與水混合液的配比為1∶1(體積比)。二次注漿如圖5所示，壓力控制在0.2～0.3 MPa，其凝結時間25～40 s。盾構機掘進至盾尾進入洞門約5 m時，及時進行洞內管片壁后注漿，壁后注漿直至上部管片開孔有漿液冒出后，封閉管片開孔，保證隧道內壁后漿液填充飽滿，防止洞門漏水、滲水。

3 技術應用效果分析

3.1 地面監(jiān)測結果

采用電子水準儀對始發(fā)及接收端頭地面進行了實時監(jiān)測，最大沉降為2.9 mm，確保盾構機在穿越淺覆土時地面沉降在可控范圍以內，保證盾構機順利始發(fā)與接收。

圖5 二次注漿

3.2 經濟效益分析

該技術減少洞門破除施工工序，每個洞門破除需3天，每天18人，共8個洞門，節(jié)省人工費8×3×18×300元/天=12.96萬元，節(jié)省機械費3×8×3 000元/天=7.2萬元。每個洞門提前1天時間完成洞門封堵，每天盾構平均掘進10.8 m，節(jié)省盾構租賃費8×11 000元/m×10.8=95.04萬元。消耗材料費用17萬元，則總的經濟效益為98.2萬元。

4 結 語

針對超薄覆土下大直徑盾構始發(fā)與接收時地面沉降和盾構機自身姿態(tài)控制困難、風險高、易發(fā)生安全事故，為保證始發(fā)與接收的順利進行，確保施工進度、質量與安全可控，提出了采取地面袖閥管注漿加固、端頭地層換填、洞門大管棚超前加固和盾構掘進參數控制的措施，建立了地鐵區(qū)間隧道超薄覆土下大直徑盾構始發(fā)與接收技術。該技術有效地解決了地表沉降甚至坍塌的技術難題，加快了盾構施工速度，縮短了施工工期，降低了工程造價。同時，避免了人工破除洞門產生的安全隱患，保證隧道管片壁后漿液飽滿，確保了施工安全，為今后類似工程提供技術指導。