鄒坤秘 楊 義

（1.中鐵二局集團(tuán)有限公司城通分公司，四川 成都 610000；2.中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610082）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，鐵路運(yùn)輸量與速度都有了大幅度提升。隧道工程也不可避免的越來(lái)越多，“逢山開(kāi)路”普遍采用暗挖法施工，施工過(guò)程所面臨的地質(zhì)等困難復(fù)雜多樣，這無(wú)形中加大的隧道施工難度，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)，降低了隧道施工進(jìn)度。而隨著盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用的逐漸成熟，大直徑盾構(gòu)在鐵路隧道施工中逐漸增多，推動(dòng)了鐵路工程的建設(shè)進(jìn)程，減少了施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了隧道建設(shè)質(zhì)量。本文以成蒲鐵路西環(huán)線增加二線工程紫瑞隧道建設(shè)為例，從安全質(zhì)量和進(jìn)度等方面進(jìn)行分析盾直徑盾構(gòu)應(yīng)用前景。

1 大直徑盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況

1.1 大直徑盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

大直徑盾構(gòu)應(yīng)用于鐵路隧道施工中，可降低施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高隧道的建設(shè)質(zhì)量。紀(jì)俊吉[1]基于上海市域鐵路隧道項(xiàng)目，對(duì)隧道監(jiān)理管控內(nèi)容及各階段的要點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)；代洪波[2]對(duì)我國(guó)118 項(xiàng)大直徑盾構(gòu)隧道項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總可知,對(duì)國(guó)內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道從勘察設(shè)計(jì)到施工技術(shù)管理等各階段的綜合技術(shù)現(xiàn)狀分析總結(jié)，指出目前大直徑盾構(gòu)隧道面臨的主要問(wèn)題；高始軍[3]介紹了廣湛高鐵大直徑海底隧道項(xiàng)目的工程施工重難點(diǎn)、工期情況和主要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)；刁目松[4]基于南寧至崇左鐵路留村隧道工程介紹了大直徑鐵路盾構(gòu)隧道施工特點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)，并提出了風(fēng)險(xiǎn)控制策略；趙繼華[5]以太原鐵路東晉隧道區(qū)間直徑12.14 m 土壓盾構(gòu)機(jī)始發(fā)施工為例,分析二次始發(fā)問(wèn)題并優(yōu)化盾構(gòu)多次分體組裝始發(fā)方案；肖明清[6]針對(duì)佛莞城際鐵路獅子洋隧道的高水壓、土巖復(fù)合地層，穿越三處破碎帶和兩處水下斷層等問(wèn)題進(jìn)行研究，并給出盾構(gòu)總體設(shè)計(jì)和安全設(shè)計(jì)等方面的建議；蔣超[7]基于佛莞城際鐵路獅子洋隧道工程，調(diào)研類比總結(jié)類似工程,對(duì)隧道平面、埋深選擇、橫斷面比選、防水耐火、救援疏散等多方面的方案進(jìn)行詳細(xì)闡述；趙勇[8]針對(duì)京張高鐵清華園隧道穿越地鐵、城市主干道和重要市政管線,安全風(fēng)險(xiǎn)高、防災(zāi)救援難度大等難題,實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道施工可視化、動(dòng)態(tài)監(jiān)控與管理和盾構(gòu)隧道智能建造技術(shù)體系。翟志國(guó)[9]以望京隧道為例，提出在以黏土、粉土和粉細(xì)砂層等軟弱細(xì)顆粒為主的富水地層超深豎井大直徑泥水盾構(gòu)快速接收技術(shù)；張憶[10]基于江陰靖江長(zhǎng)江隧道超長(zhǎng)隧道安全問(wèn)題,提出了一種新的頂部集中排煙盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)防火保護(hù)策略和快速救援技術(shù)。李宏安[11]結(jié)合北京地鐵14號(hào)線東風(fēng)北橋站至京順路站區(qū)段大直徑盾構(gòu)隧道施工及擴(kuò)挖修建地鐵車(chē)站的工程實(shí)踐,提出了大直徑盾構(gòu)區(qū)間及擴(kuò)挖車(chē)站的解決方案。洪開(kāi)榮[12]介紹了獅子洋盾構(gòu)隧道修建的有關(guān)設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)。肖明清[13]針對(duì)三陽(yáng)路長(zhǎng)江隧道的工程實(shí)踐,對(duì)隧道平面斷面情況、疏散救援等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究。

1.2 大直徑盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用案例

1.2.1 太原鐵路樞紐西南環(huán)線東晉隧道

太原鐵路樞紐西南環(huán)線起點(diǎn)為西山支線汾河站，終點(diǎn)為太中銀線北六堡站，正線全長(zhǎng)53.64km，建成后將與原有線路對(duì)接形成太原環(huán)城鐵路。東晉隧道始發(fā)于萬(wàn)柏林區(qū)玉門(mén)河南岸，沿西中環(huán)南下，終至長(zhǎng)風(fēng)西街南側(cè)，全長(zhǎng)4850m，開(kāi)挖直徑12.14m。盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，埋深8~25m，開(kāi)挖斷面大，重大風(fēng)險(xiǎn)源達(dá)到64處，地質(zhì)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，施工期間地表最大沉降控制在10mm 之內(nèi)，管片錯(cuò)臺(tái)控制在5mm，月平均進(jìn)度指標(biāo)達(dá)202m，是國(guó)內(nèi)首次采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，創(chuàng)造了中國(guó)鐵路盾構(gòu)施工月掘進(jìn)尺420m 和日掘進(jìn)尺22m的新記錄。

1.2.2 廣深港高速鐵路獅子洋隧道

獅子洋隧道位于廣州—深圳—香港（廣深港）高速鐵路客運(yùn)專線東涌站—虎門(mén)站區(qū)間內(nèi)，隧道全長(zhǎng)10.8km，其中盾構(gòu)隧道長(zhǎng)9.34km，隧道內(nèi)徑為9.8m、外徑為10.8m，兩隧間共設(shè)23 個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，采用2 臺(tái)直徑11.18m 泥水盾構(gòu)施工。獅子洋隧道是世界首座時(shí)速350km 的鐵路水下隧道，也是我國(guó)首座特長(zhǎng)水下隧道。獅子洋隧道盾構(gòu)段下穿小虎瀝、沙仔瀝、獅子洋三個(gè)珠江入海水道，獅子洋水道為珠江航運(yùn)的主航道，最大水深26m。隧道最大覆土52.3m，最小覆土厚7.8m；水下最小覆土8.7m，設(shè)計(jì)水壓達(dá)0.67MPa。獅子洋隧道大部分處于微風(fēng)化砂巖、砂礫巖、砂質(zhì)泥巖中，巖石的最大單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)82.8MPa，石英含量最高達(dá)55.2%。地層最大滲透系數(shù)達(dá)6.4×10-4m/s。隧道的建成被譽(yù)為“世界高速鐵路隧道修建技術(shù)的里程碑”。獅子洋隧道地質(zhì)斷面如圖1所示。

圖1 獅子洋隧道斷面圖

1.2.3 京張鐵路清華園隧道

清華園隧道全長(zhǎng)6.02km，長(zhǎng)距離穿越卵石土地層，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，采用直徑12.64m 大直徑泥水盾構(gòu)施工。期間下穿特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源3處，一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源80處，是目前國(guó)內(nèi)城市核心區(qū)穿越地層最復(fù)雜、重要建（構(gòu)）筑物眾多的高鐵單洞雙線大直徑高風(fēng)險(xiǎn)盾構(gòu)隧道，以5.4m 凈距下穿正在運(yùn)營(yíng)的地鐵10 號(hào)線，最小凈距3.4m側(cè)穿地鐵13號(hào)線，最小凈距0.8m上跨地鐵15號(hào)線。清華園隧道現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。

圖2 清華園隧道

1.2.4 京沈客專望京隧道

京沈客專望京隧道全長(zhǎng)8000m，采用4 臺(tái)10.9m 泥水盾構(gòu)施工，隧道在地下穿越首都機(jī)場(chǎng)高速、機(jī)場(chǎng)快軌、地鐵15 號(hào)線、馬泉營(yíng)地鐵站、紅磚藝術(shù)中心、污水處理廠、高壓塔架、多處居民區(qū)和高大建筑等重大風(fēng)險(xiǎn)源，隧道最深處43m，距離地鐵車(chē)站維護(hù)結(jié)構(gòu)僅0.6m，穿越距離長(zhǎng)達(dá)120m，連續(xù)下穿車(chē)站密集道岔區(qū)，變形量控制要求正負(fù)1mm 以內(nèi)，保證每天近700 余次地鐵列車(chē)運(yùn)行安全。京沈高鐵線路將華北和東北兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)緊密相連，線路開(kāi)通后北京至沈陽(yáng)間的列車(chē)運(yùn)行時(shí)間可壓縮至2h。望京隧道現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 望京隧道

1.2.5 武漢三陽(yáng)路長(zhǎng)江隧道

武漢市軌道交通7 號(hào)線一期工程穿越長(zhǎng)江段，區(qū)間隧道長(zhǎng)約2590m，左線1295 環(huán)，右線1293 環(huán)，外徑15.2m，內(nèi)徑13.9m，采用2 臺(tái)直徑15.76m 泥水氣平衡盾構(gòu)進(jìn)行施工，管片厚650mm，環(huán)寬2m，隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑1200m，最大縱坡3.0%，為公路和地鐵兩用隧道。隧道分為三層，上層布置道路隧道的火災(zāi)排煙專用風(fēng)道；中間層為道路交通層，布置3 條行車(chē)道，兩側(cè)布置消防、監(jiān)控等相關(guān)設(shè)備；下層空間分為左中右3 孔，中間孔為地鐵行車(chē)孔，兩側(cè)孔分別為公鐵合用的疏散廊道、地鐵火災(zāi)排煙道和道路隧道用的管線廊道。武漢三陽(yáng)路長(zhǎng)江隧道如圖4所示。

圖4 武漢三陽(yáng)路長(zhǎng)江隧道

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)特點(diǎn)

紫瑞隧道位于Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍堰地層中，其中粗圓礫石地層自穩(wěn)性差，其間賦存有大量的孔隙潛水，泥巖及砂巖地層強(qiáng)度差異較大。鉆探揭示夾斑點(diǎn)狀、團(tuán)塊狀、脈狀、薄層狀石膏，小溶孔不均勻發(fā)育；地層軟硬不均、地下水豐富。地下水主要有兩種類型：一是松散土層孔隙潛水，二是基巖裂隙水；隧道洞身范圍的地下水水壓力為100～300kPa（3bar）。紫瑞隧道地質(zhì)斷面如圖5所示。

圖5 紫瑞隧道地質(zhì)斷面圖

2.2 線路概況

紫瑞隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，如圖6 所示；地理位置如圖7 所示。隧道全長(zhǎng)1326m，外徑12.4m，內(nèi)徑11.3m，最大縱坡為25.5‰，隧頂最小埋深8.6m，最大埋深21.75m。線路受周邊環(huán)境影響較大，穿越地表既有河道1 次，超小凈距（38cm）下穿運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站2次，連續(xù)長(zhǎng)距離側(cè)穿市政高架橋樁基礎(chǔ)和鐵路營(yíng)業(yè)線，下穿高速公路高架橋及過(guò)街通道1 次。該工程具有施工風(fēng)險(xiǎn)大、沉降控制嚴(yán)、空間關(guān)系復(fù)雜、項(xiàng)目工期緊等特點(diǎn)。

圖6 紫瑞隧道現(xiàn)場(chǎng)圖

圖7 紫瑞隧道地理位置圖

3 大直徑盾構(gòu)的選型分析

盾構(gòu)機(jī)的選型通常會(huì)綜合考慮周邊環(huán)境、安全管理以及施工工期等幾個(gè)方面的因素。

（1）工程地質(zhì)因素。該工程不具備礦山法施工的條件，而盾構(gòu)法可適應(yīng)軟土、硬巖、軟硬不均復(fù)合地層，以及高水壓或斷裂帶等各類地層施工。

（2）周邊環(huán)境因素。線路位于城區(qū)，其周邊地表及地下存在大量既有構(gòu)筑物，空間關(guān)系限制，地表不具備施工條件，礦山法不能實(shí)施時(shí)，采用大直徑盾構(gòu)施工，可解決空間限制和地表運(yùn)行對(duì)周邊居民影響問(wèn)題，并能提供城市地下空間開(kāi)發(fā)利用率，有利于城市地下空間規(guī)劃和利用。

（3）盾構(gòu)機(jī)的選型。根據(jù)工程特點(diǎn)，該工程采用了全國(guó)最大直徑12.84m 土壓/泥水雙模盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)管片厚度550mm，幅寬1.5m，管片全環(huán)采用6+2+1 襯砌形式，盾構(gòu)機(jī)外觀如圖8所示。

4 隧道工程大直徑盾構(gòu)機(jī)施工要點(diǎn)

4.1 施工過(guò)程的沉降變形控制

隧道穿越地表既有河道1 次、超小凈距（38cm）下穿運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站2 次、連續(xù)長(zhǎng)距離側(cè)穿市政高架橋樁基礎(chǔ)和鐵路營(yíng)業(yè)線、下穿高速公路高架橋及過(guò)街通道1 次，沉降變形控制要求高。采用盾構(gòu)法通過(guò)設(shè)備配合技術(shù)措施，達(dá)到水土壓力平衡，并通過(guò)及時(shí)的同步注漿和二次注漿填充建筑間隙。施工期間穿越的建構(gòu)筑物沉降變形均控制在5mm 以內(nèi)，既有地鐵運(yùn)營(yíng)線沉降變形控制在2mm 以內(nèi)，有效解決超凈距施工難題。

4.2 施工過(guò)程中的防滲處理

根據(jù)設(shè)計(jì)要求隧道為一級(jí)防水，不允許出現(xiàn)滲漏水和濕漬，采用拼裝式襯砌，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制，實(shí)施管片上浮措施，并采用定位榫限制管片位移發(fā)生錯(cuò)臺(tái)；采用同步漿液填充施工間隙的同時(shí)，形成隔水層，并在管片側(cè)邊設(shè)置兩道凹槽，其內(nèi)安設(shè)止水條，通過(guò)擠密達(dá)到止水效果，杜絕隧道出現(xiàn)滲漏水。

盾構(gòu)法施工通過(guò)人機(jī)結(jié)合，紫瑞隧道襯砌環(huán)橢圓度、襯砌圓環(huán)平面位置、隧道圓環(huán)高程、相鄰管片徑向及環(huán)向錯(cuò)臺(tái)均控制在5mm，無(wú)滲漏水。紫瑞隧道現(xiàn)場(chǎng)熱力圖如圖4所示。

4.3 掘進(jìn)模式的適應(yīng)性設(shè)計(jì)

一般的礦山法隧道施工因其工作面小，不能使用大型設(shè)備，施工進(jìn)度慢，建設(shè)周期長(zhǎng)，機(jī)械化程度低，耗用勞力多，難以適應(yīng)工程建設(shè)工期的需求。

在不同的地質(zhì)條件下，采用不同掘進(jìn)模式的盾構(gòu)機(jī)，進(jìn)行專項(xiàng)適應(yīng)性設(shè)計(jì)，將土木技術(shù)與設(shè)備技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)不同模式其掘進(jìn)速度可達(dá)到50～100mm/min?？蓽p短隧道施工周期，有利于項(xiàng)目盡早運(yùn)營(yíng)使用。

紫瑞隧道單班掘進(jìn)效率突破7 環(huán)/班（10.5m/班）；單日掘進(jìn)效率突破11 環(huán)/天（16.5m/d）；單周掘進(jìn)效率突破50環(huán)/周（75m/周）；單月最高掘進(jìn)效率達(dá)203環(huán)/月（304.5m/月）。單日指標(biāo)和單月指標(biāo)雙雙創(chuàng)造國(guó)內(nèi)大直徑泥水/土壓雙模盾構(gòu)復(fù)合地層掘進(jìn)新記錄。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上鐵路工程大直徑盾構(gòu)施工案例分析可知，相對(duì)于明挖暗埋隧道和礦山法隧道，大直徑盾構(gòu)施工具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）目前大力提倡城市經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)，而連通城市間的經(jīng)濟(jì)紐帶是高速鐵路，但受建設(shè)周邊環(huán)境的影響，城區(qū)范圍和丘陵地帶多采用隧道，采用盾構(gòu)法施工雖成本增加，但可減少對(duì)建構(gòu)筑物和居民的影響，保證施工安全；提高施工效率,加快經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)。

（2）在淺埋、高水壓、大埋深、斷裂帶等復(fù)雜地質(zhì)條件下，選用盾構(gòu)法施工，通過(guò)土木技術(shù)與設(shè)備技術(shù)相結(jié)合，對(duì)設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，再通過(guò)施工過(guò)程技術(shù)管控，技術(shù)攻關(guān)，保證建設(shè)和使用階段的安全。

（3）隨著地下空間不斷的開(kāi)發(fā)利用，采用大直徑盾構(gòu)施工，可將綜合管理、公路、地鐵或鐵路等合建，最大化利用地下空間，減少建設(shè)投資。