白 霖，劉玥婷，賀宇豪

(1.北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100025；2.北京天岳恒房屋經(jīng)營(yíng)管理有限公司，北京 100025； 3.中建研科技股份有限公司，北京 100039)

0 引言

隨著城市地鐵線路建設(shè)的越來(lái)越密集，由于受到周邊既有建(構(gòu))筑物限界以及道路條件等因素的制約，沿城市主干道敷設(shè)的地鐵隧道往往采用疊落隧道的形式[1-7]。相對(duì)于常見的兩條隧道并行的常規(guī)隧道，疊落區(qū)間隧道在掘進(jìn)過(guò)程中的疊加效應(yīng)造成地層的變形情況及結(jié)構(gòu)受力等產(chǎn)生更加復(fù)雜的情況，當(dāng)區(qū)間隧道使用盾構(gòu)隧道形式，疊落區(qū)間隧道遇到平行側(cè)下穿群樁時(shí)，受盾構(gòu)掘進(jìn)開挖過(guò)程中的推力作用加上盾構(gòu)機(jī)自身的重量，這種疊加效應(yīng)會(huì)更加明顯。目前國(guó)內(nèi)對(duì)疊落隧道的研究主要集中在左、右線的施工順序、疊落段近接分區(qū)、施工引起的周邊地層變形以及隧道內(nèi)力及變形規(guī)律、對(duì)臨近建(構(gòu))筑物安全控制技術(shù)分析研究等方面[8-13]。

北京地鐵16號(hào)線萬(wàn)壽寺站—蘇州橋站區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)隧道沿西三環(huán)的西側(cè)輔路布置，由于受鄰近的西三環(huán)高架橋的影響，盾構(gòu)隧道采用斜向疊落或垂直疊落的布置方式，疊落段雙線隧道開挖順序?yàn)橄仁┕ぷ缶€隧道，后施工右線隧道。這種布局方式存在兩個(gè)突出問(wèn)題：

1)疊落雙線隧道凈距最小僅為1.6 m，且地層為卵石地層，此地層土質(zhì)比較松散，穩(wěn)定性比較差，后掘進(jìn)施工的上層隧道對(duì)于已經(jīng)施工完成的下層隧道的擾動(dòng)影響會(huì)比較大，從而引起已經(jīng)施工完成的下層隧道的管片發(fā)生變形、錯(cuò)臺(tái)甚至管片結(jié)構(gòu)開裂。2)盾構(gòu)隧道一側(cè)為城市高架橋樁基礎(chǔ)，考慮到鄰近橋樁的保護(hù)要求，要盡可能降低區(qū)間疊落隧道盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工對(duì)土層造成的擾動(dòng)。因此需要研究施工過(guò)程中周圍地層的加固措施以及對(duì)已建成的下層隧道管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固措施。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)述及地質(zhì)條件

蘇州橋站—萬(wàn)壽寺站區(qū)間從萬(wàn)壽寺站出發(fā)，沿西三環(huán)北路向北至蘇州橋站，右線總長(zhǎng)為1 383.4 m，左線總長(zhǎng)1 384.16 m，該區(qū)間受西三環(huán)蘇州橋樁和三環(huán)外高層建筑限界要求，左、右線采用疊落隧道的形式，疊落段施工從萬(wàn)壽寺站平行掘進(jìn)472 m開始，直到蘇州橋站疊落接收結(jié)束，疊落全長(zhǎng)共920 m，其中，區(qū)間垂直疊落段長(zhǎng)度280 m，豎向凈間距為1.6 m～4.8 m，傾斜疊落段約640 m，疊落段右線在上左線在下，先左線隧道貫通，然后施工上層的右線隧道，區(qū)間疊落段隧道與蘇州橋群樁位置分布見圖1。

隧道右線覆土深度10.7 m～19.4 m，左線覆土深度19.4 m～23.3 m，由上而下的地層分別為：①1雜填土層、①素填土、②粉土、③1粉質(zhì)黏土層、③粉土層、③3粉細(xì)砂層、③粉土層、④3粉細(xì)砂層、⑤卵石層、⑦卵石層。盾構(gòu)區(qū)間左線主要穿越卵石⑦層、右線主要穿越卵石⑤層。卵石層一般粒徑10 mm～30 mm，最大粒徑不小于300 mm，粒徑大于20 mm的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))大于55%，盾構(gòu)穿越土層及區(qū)間地質(zhì)縱剖面情況如圖2所示。

1.2 蘇州橋群樁概況

蘇州橋站—萬(wàn)壽寺站區(qū)間側(cè)穿蘇州橋樁31處(蘇州橋A主線橋，編號(hào)：A1～A31；蘇州橋B主線橋，編號(hào)：B1～B31)，蘇州橋橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁、鋼箱梁、預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁、承臺(tái)、立柱、蓋梁，橋樁樁徑有1.2 m和1.5 m兩種，樁長(zhǎng)有13.7 m～21 m等，樁底埋深為16.4 m～23 m，盾構(gòu)隧道距橋樁最小水平凈距約4.58 m，盾構(gòu)疊落隧道與蘇州橋A，B主線橋的位置關(guān)系如圖3所示。

2 盾構(gòu)選型及施工參數(shù)

2.1 盾構(gòu)選型

選用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，設(shè)計(jì)刀盤開挖直徑φ6 590 mm，盾體前/中/尾直徑：φ6 560 mm。刀盤為輻條式刀盤，開口率為69%，刀盤上配置中心魚尾刀、切削刀、先行刀、周邊保護(hù)刀、超挖刀，設(shè)置5處添加劑注入口，2個(gè)刀盤磨損檢測(cè)裝置，刀盤設(shè)計(jì)圖如圖4所示。盾構(gòu)額定推力50 000 kN，刀盤額定扭矩8 284 kN·m。

2.2 盾構(gòu)施工參數(shù)

2.2.1 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

盾構(gòu)在穿越蘇州橋范圍內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)如下所示：

1)土壓力。

為防止盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的超挖現(xiàn)象，需要對(duì)土壓力進(jìn)行合理設(shè)置，土倉(cāng)上部土壓力需要控制在0.05 MPa～0.07 MPa范圍內(nèi)，中部土倉(cāng)壓力控制在0.15 MPa～0.18 MPa范圍內(nèi)。

2)推進(jìn)速度。

盾構(gòu)推進(jìn)速度對(duì)地面的沉降變形有明顯的影響，需維持推進(jìn)速度的恒定、穩(wěn)定，推進(jìn)速度控制在50 mm/min～70 mm/min。

3)刀盤扭矩及盾構(gòu)推力。

刀盤轉(zhuǎn)速為1.0 rpm，推力控制額定推力的30%～50%，刀盤扭矩控制額定扭矩的40%～60%范圍內(nèi)。

2.2.2 盾構(gòu)出土量控制

盾構(gòu)掘進(jìn)下穿群樁及疊落區(qū)間施工過(guò)程中影響范圍內(nèi)嚴(yán)格控制出土量，避免由于出土量大引起的地層損失，造成地面沉降，群樁變形，對(duì)于下層已建好隧道管片變形等[14-15]。盾構(gòu)刀盤直徑6.59 m，管片寬度1.2 m，計(jì)算理論出土量40.5 m3。實(shí)際施工過(guò)程中，松散系數(shù)根據(jù)前期施工經(jīng)驗(yàn)為1.1～1.2，則出土量控制在45 m3～49 m3。

2.2.3 注漿控制

同步注漿液為水泥+水玻璃雙液漿，雙液漿初凝時(shí)間需要控制在20 s左右，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中需要嚴(yán)格控制注漿量和注漿壓力，同時(shí)及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速率要與同步注漿速率相符。

1)控制注漿量和注漿壓力。管片與盾殼的環(huán)形間隙理論體積為2.32 m3/環(huán)，根據(jù)穿越橋樁經(jīng)驗(yàn)，同步注漿量不少于理論體積的1.5倍，故確定盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中同步注漿量需要控制在3.48 m3/環(huán)以上，實(shí)際施工過(guò)程中控制在3.5 m3/環(huán)左右，同步注漿的壓力在0.2 MPa以上。

2)二次補(bǔ)漿。為保證盾構(gòu)掘進(jìn)施工后沉降的控制，當(dāng)管片脫離盾構(gòu)機(jī)盾尾適當(dāng)?shù)奈恢?6環(huán))，需按時(shí)二次補(bǔ)漿(水泥+水玻璃雙液漿，注漿量600 L～700 L)，二次補(bǔ)漿時(shí)應(yīng)當(dāng)隔一補(bǔ)一，注漿壓力不應(yīng)超過(guò)0.35 MPa。其作用可以對(duì)土體進(jìn)行微量頂升、加固。控制盾構(gòu)過(guò)后的后期沉降，恢復(fù)基礎(chǔ)的前期沉降，減小對(duì)既有車站的影響。

2.2.4 渣土改良

1)泡沫劑的使用。

泡沫參數(shù)：泡沫溶液體積濃度5%～7%，發(fā)泡倍率10左右，泡沫注入量以掘進(jìn)每環(huán)切削土體體積的20%～40%。

2)膨潤(rùn)土泥漿的使用。

泥漿配合比為：水∶膨潤(rùn)土∶添加劑=1∶0.1∶0.1，加泥量為掘進(jìn)每環(huán)切削土體體積的6%～8%。

3 盾構(gòu)隧道疊落段加固研究

3.1 復(fù)合錨桿樁隔離預(yù)加固

由于橋樁與左線盾構(gòu)的水平凈距在4.58 m～10 m之間，盾構(gòu)施工前，對(duì)A16～A1-31共16處橋樁采用復(fù)合錨桿樁隔離加固，每處縱向打設(shè)范圍10 m，樁中心距1.5 m，排距0.8 m，擴(kuò)散半徑0.75 m，第一排復(fù)合錨桿樁距離橋臺(tái)的距離為1.5 m，復(fù)合錨桿樁樁長(zhǎng)約28 mm～33 mm，使得盾構(gòu)隧道與橋樁之間形成厚度為2.3 m的隔離錨桿樁，盾構(gòu)施工過(guò)程中起到隔離保護(hù)橋樁的作用。盾構(gòu)隧道側(cè)穿橋樁風(fēng)險(xiǎn)保護(hù)措施見圖5。

復(fù)合錨桿樁孔徑φ150 mm,孔內(nèi)安裝錨桿(3根直徑為20 mm螺紋鋼)，復(fù)合錨桿樁鉆孔時(shí)安裝3根注漿管，實(shí)施壓密注漿，漿液材料采用普通水泥漿，為保證注漿效果，分三次注漿：

1)一次注漿方式采用常壓注漿，注漿壓力控制在0.4 MPa～0.5 MPa，孔口出現(xiàn)溢漿情況時(shí)為止。漿液的水灰比(質(zhì)量比)0.5∶1。

2)二次注漿方式采用中高壓注漿，注漿壓力控制在1.0 MPa，在第一次注漿完成后10 h～15 h進(jìn)行，水泥漿水灰比(質(zhì)量比)0.75∶1。

3)三次注漿壓力1.5 MPa，在第二次注漿完成后5 h～10 h進(jìn)行，水泥漿水灰比(質(zhì)量比)0.75∶1，擴(kuò)散半徑不小于0.75 m。

3.2 夾土層徑向注漿預(yù)加固

根據(jù)本工程注漿加固范圍及掘進(jìn)條件等因素，疊落區(qū)間利用移動(dòng)臺(tái)車平臺(tái)對(duì)洞內(nèi)管片進(jìn)行注漿加固技術(shù)，采用煤礦用坑道鉆機(jī)成孔，通過(guò)中空鉆桿內(nèi)注漿的方法進(jìn)行后退式深孔注漿。根據(jù)疊落隧道位置關(guān)系，注漿方式有兩種形式：一種為完全疊落段，一種為斜向疊落段，具體注漿加固示意圖見圖6。

下層隧道在吊裝孔及管片拱部增設(shè)的預(yù)留注漿孔中設(shè)置一定長(zhǎng)度的注漿管，深入地層中，注漿管布設(shè)長(zhǎng)度結(jié)合兩洞之間距離調(diào)整，避免注漿管進(jìn)入上層隧道范圍，影響盾構(gòu)掘進(jìn)。下層盾構(gòu)通過(guò)后，由注漿管向上、下層隧道之間土體注水泥漿，以提高土體的強(qiáng)度。注漿采用水泥漿，注漿壓力控制在0.5 MPa，擴(kuò)散半徑0.5 m，水泥與水質(zhì)量比1.2∶1，無(wú)壓力后停止注漿，封孔采用雙液漿進(jìn)行封孔。注漿加固土體時(shí)應(yīng)結(jié)合監(jiān)測(cè)反饋，及時(shí)調(diào)整注漿壓力。

3.3 下層隧道型鋼支撐加固

施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)下層隧道采用臨時(shí)型鋼支撐進(jìn)行加固。疊落段下層隧道每環(huán)管片設(shè)置兩榀型鋼支撐，間距為800 mm。鋼支撐均采用Ⅰ20b工字鋼，為提高連接強(qiáng)度，工字鋼連接處設(shè)置連接鋼板。為保證環(huán)縫受力均勻，每環(huán)型鋼支撐之間應(yīng)可靠焊接，采用剖口焊的方式，焊縫高度12 mm,環(huán)縫間型鋼支撐間距為400 mm(環(huán)縫兩端型鋼支撐距離環(huán)縫200 mm)。型鋼支撐架設(shè)完成后應(yīng)與管片內(nèi)壁貼合緊密。在確保管片、管片連接螺栓和防水材料不被破壞的情況下可以適當(dāng)?shù)膶?duì)型鋼支撐施加一定的預(yù)應(yīng)力。型鋼支撐加固范圍見圖7，型鋼支撐布置示意圖見圖8。

4 盾構(gòu)疊落隧道引起的橋樁變形及地面沉降分析

4.1 蘇州橋樁沉降監(jiān)測(cè)及分析

盾構(gòu)疊落隧道左右線先后通過(guò)蘇州橋A主線橋的橋樁沉降如圖9所示。盾構(gòu)疊落隧道左右線先后通過(guò)蘇州橋B主線橋的橋樁沉降如圖10所示。

從圖9，圖10可以看出：

1)左線盾構(gòu)穿越后，橋樁最大沉降值為-3.9 mm(16號(hào)橋樁)，雙線穿越橋樁后，橋樁最大沉降值為-5.1 mm(15號(hào)橋樁)，均小于橋樁沉降控制值15 mm，橋梁安全可控。

2)盾構(gòu)單線通過(guò)后，A16～31號(hào)橋樁沉降較均衡，平均值在2.0 mm左右，雙線通過(guò)后橋樁沉降變化較小。

3)盾構(gòu)單線通過(guò)后A1～15號(hào)橋樁沉降逐漸變大，從0.5 mm逐漸增加到3.0 mm左右，雙線通過(guò)后橋樁沉降變化較大，平均增加了1.5 mm，特別是10號(hào)，11號(hào)，14號(hào)，15號(hào)橋樁，沉降增加了差不多2.0 mm。

4.2 地表沉降監(jiān)測(cè)及分析

地表沉降如圖11所示，沉降點(diǎn)為隧道拱頂沉降值(間隔30 m一個(gè))，可見，地表沉降最大為-5.2 mm，多數(shù)在3 mm以內(nèi)，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)蘇州橋樁沉降監(jiān)測(cè)及地表沉降監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明盾構(gòu)疊落區(qū)間掘進(jìn)施工過(guò)程中對(duì)于卵石地層長(zhǎng)距離小間距盾構(gòu)疊落隧道穿越橋樁及疊落段上層隧道的施工會(huì)造成先建下層隧道管片結(jié)構(gòu)明顯的變化，這會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生極為不利的影響。對(duì)施工難題的處理：采用疊落段夾層土徑向注漿預(yù)加固和下層隧道設(shè)置臨時(shí)型鋼支撐加固的措施，配合上疊落隧道設(shè)定的盾構(gòu)施工參數(shù)控制地面沉降。通過(guò)上述工程施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析：地面沉降最大為-5.2 mm，多數(shù)在3 mm以內(nèi)，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求。得出在疊落區(qū)間采用上下兩層隧道之間夾土層進(jìn)行徑向注漿預(yù)加固的方式和對(duì)下層先建區(qū)間隧道內(nèi)設(shè)置臨時(shí)型鋼支撐的加固方式的方案可以有效解決問(wèn)題，使沉降控制在合理范圍內(nèi)并且可保證下層已建好隧道管片得到保護(hù)。