广州轨道交通建设监理有限公司 广东省广州市 510010
摘要：小半径小净距长距离重叠隧道施工具有较大的安全风险，掘进过程中对周边土体产生剧烈扰动，重叠隧道间的相互影响较大，在施工过程中如控制不当，容易发生安全事故并造成重大的经济损失。结合南宁轨道1线火车站站—朝阳广场站区间、朝阳广场站—新民路站区间上下重叠隧道施工的成功案例，从重叠隧道间相互影响的保护措施、严格控制掘进参数、盾构姿态调整、加强同步注浆及二次注浆等方面介绍了小半径小净距长距离重叠隧道盾构施工的关键技术，对同类工程施工具有借鉴意义。
关键词：重叠隧道；小净距隧道；支撑台车；上行隧道；下行隧道；施工顺序；雷达扫描
1 工程概况
1.1工程概况
南宁轨道1号线土建施工11标盾构部分包含四区间，即1号线的［火车站站～朝阳广场站］区间（简称火朝区间）和［朝阳广场站～新民路站］区间（简称朝新区间）、2号线［体育馆站～朝阳广场站］区间（简称体朝区间）和［朝阳广场站～火车站站］区间（简称朝火区间）。从火车站站出发1、2号线四线平行，到达朝阳广场站北端后1、2号线左右线两两重叠，从朝阳广场站南端出发左右线由上下重叠逐渐过渡到双线并行，然后1号线并行到达新民路站，2号线并行到达体育馆站。（线路平面布置图见图1）
图1 线路平面布置图
朝新区间左右线均从新民路站西端始发，沿民族大道向西北行进，右转下穿万达购物广场A座后进入朝阳路，最后到达朝阳广场站。本区间左线长度为575.191m，右线长度为627.098m，左右线分别由两段直线和一段曲线构成，最小曲线半径为R350m，线间距为0m～13.5m。从朝阳广场站至新民路站左右线由上下重叠逐渐过渡到双线并行，重叠段总长为325米，最小间距为2m。左线为单向坡，左线最大坡度为23.94‰，右线为人字坡，右线最大坡度为25‰。右线隧道埋深约10.6～16.5m，左线隧道埋深11.6～24.5m。（朝新区间重叠隧道平面示意图见图2）
火朝区间左线长度646.614m，右线长度646.766m，区间隧道在朝阳桥北端开始进入重叠段，和朝阳站北端区段具有较长的重叠，在朝阳溪附近，一号线右线上跨二号线左右线，上骑至一号线左线，形成斜交隧道。重叠段竖向净间距2m，线路最大坡度为23‰。朝阳溪底隧顶覆土厚度约4.0m。本区间线路左线为单向坡，右线为人字坡。
2号线朝火区间左线长度646.614m，右线长度646.766m，由三段直线和三段曲线构成，最小曲线半径为R450m，线间距为0.0m～11.5m。区间在朝阳站端具有较长的重叠隧道，长度约200m。另线路在朝阳桥附近，一号线右线上跨二号线左右线，上骑至一号线左线，形成斜交隧道。线路最大坡度为28‰（坡长250m）。右线隧道埋深约10.9～16.5m，左线隧道埋深11.2～24.3m，朝阳溪底隧顶覆土厚度约13.5m。本区间线路纵向为V字坡。（火朝（朝火）区间重叠隧道平面示意图见图3，图中蓝色为1号线，红色为2号线）
朝新、火朝区间各采用一台全新的中铁装备土压平衡盾构机进行掘进，朝火区间采用一台旧的海瑞克土压平衡盾构机（S367）进行掘进。
图3 火朝（朝火）区间重叠隧道平面示意图
1.2工程地质
根据勘察报告及设计图纸可知，土压盾构穿越区域以粉质粘土②5-2、粉土③1、粉细砂④1-1、圆砾层⑤1-1、粉砂质泥岩⑦1-1、泥质粉砂岩⑦2-3地层为主。左线（下行隧道）穿越的地层主要由全断面圆砾层过渡到上半部分为圆砾下半部分为泥岩层，最后为全断面穿越泥岩层出洞的地层转化过程；右线（上行隧道）主要穿越圆砾层为主，局部穿越粉细砂及泥岩层。（火朝（朝火）区间地质剖面图见图4，朝新区间地质剖面图见图5，其中黄色为圆砾层，红色为泥岩层）
图4 火朝（朝火）区间地质剖面图 图5 朝新区间地质剖面图
1.3工程水文地质
区间有两层地下水：第一层地下水主要赋存于杂填土①1、素填土①2中，属上层滞水，该层地下水水量贫乏，主要由大气降雨及生活废水补给，水位埋深与填土层的厚度有关，无统一水位。第二层地下水主要赋存于圆砾、卵石和砂土层中，为松散岩类的孔隙承压水，水量丰富，在丰水期主要由邕江水向地下水补给。区间沿线隧道范围内内地层渗透性较强（富水性好）。
勘察期间测得初见水位多出现在②1-2淤泥质土底部或②2-2粉质粘土地层，水位埋深8.50～10.70m。稳定水位埋深7.90～8.50m。由于邕江防洪堤的建设，该层地下水与邕江水力的联系趋弱。
2 工程重难点分析
1）左右线隧道上下重叠间距小，仅为 2 m，且上下隧道是由平行过渡到上下重叠的过程，过渡段和完全重叠段最长达325m，线路曲线半径仅为350m，线路最大坡度为28‰（坡长250m），盾构姿态控制难度大。
2）重叠段隧道地质状况复杂，上下洞隧道在不同地段均存在上软下硬地层，下洞隧道掘进过程中会提前扰动上洞地层，上洞隧道掘进时，二次扰动易导致地层失稳，可能导致下行隧道发生变形，并造成地面沉降超限，进而影响地面管线及临近建筑物安全。
3）盾构在线路曲线小半径、重叠段、圆砾地层等多重风险作用下下穿万达广场A座，盾构掘进的沉降控制难度大。
4）重叠隧道夹层土以圆砾层为主，夹层土的注浆加固质量难以保证。
3 总体施工方案
3.1重叠隧道施工顺序的确定
设计对重叠隧道段进行三维数值分析，数值模拟的重点是上、下行盾构施工相互之间的影响分析、安全性评价及盾构施工地表沉降的分析，根据计算得出的结论是重叠隧道段采取“先下后上”和“先上后下”施工顺序，都可通过采取措施使先期施工隧道结构处于安全状态，但考虑先施工下洞隧道，后施工上洞隧道，二次扰动和地面沉降相对于先上后下和同时掘进的工况要小，同时由于盾构机自重及动荷载的作用，以及盾构掘进引起的塑性区和地层位移二次叠加，导致后行隧道对先行隧道产生较大影响，因此采用了“先下后上”的施工顺序。
3.2重叠隧道加强措施
3.2.1设置注浆管，加强夹层土强度
上下行隧道均在二次注浆孔中（该段管片增设注浆孔）设置一定长度的注浆管，深入地层中，通过注浆管向上下洞间所夹土体进行注浆，以提高夹土体的强度。并可在上行隧道隧底预埋一定数量的永久注浆管，作为永久注浆措施。
3.2.2下行隧道安装移动保护支架
由于上下洞间所夹地层比较软弱，上下洞的净距较小，在上洞掘进过程中，为保护下洞的安全，在上洞盾构机所处位置对应的下洞后20环、前10环管片（总长45m）应设临时移动保护支架，以保护下洞结构安全。
3.2.3结构加强
由于重叠隧道较平行隧道相互影响要大得多，因此需对管片结构配筋进行加强，同时将环、纵螺栓的机械性能等级提高至8.8级，从而增加了相邻管片之间的连接力和抵抗管片块之间上下错动的能力。
4 关键施工技术
4.1盾构掘进控制技术
4.2重叠段地层注浆加固措施
1）本工程上下隧道之间夹土体厚度较小，下行隧道掘进过程中对上方土体产生剧烈扰动，上行隧道的地层承载力难以满足盾构通过要求，易导致盾构机出现“栽头”和“下沉”现象。而且在进入运营阶段时，列车行车的振动也会对上下洞间所夹土体产生扰动，可能会引起上行盾构隧道变形，上行隧道处于软弱地层中，也可能导致上行隧道上浮，影响隧道的稳定性。为保证上洞盾构施工安全，在上行隧道施工前对夹土体进行注浆加固，上行隧道上部地层需进行注浆加固。
2）上行隧道加固范围为隧道全断面范围，下行隧道加固范围为拱部160度范围，加固厚度均为3.5m。上下行隧道每环管片均增加注浆10个，共16个注浆孔（重叠隧道注浆加固范围示意图见图6）。本工程采用钻注一体机注浆和人工钻孔注浆两种注浆方法（钻注一体机钻孔图见图7，钻注一体机注浆图见图8，人工钻孔注浆图见图9）。
4）为了避免破坏道床及管片结构，确保运营期间安全，设计要求在上行隧道仰拱道床范围内预埋永久性注浆管，后期根据运营与监测反馈的数据，通过注浆管向管片外地层打孔进行补强注浆。
4.3下行隧道洞内临时支撑台车加固措施
根据设计对盾构推进的三维模拟数值分析，必须对先行施工隧道（下洞）进行临时支撑加固，并满足以下要求：
1）抵抗上洞施工过程中，盾体下方下洞管片环缝之间因垂直错动产生的剪力。
2）提高下洞纵向刚度，减小下洞垂直弯曲变形。
3）下洞影响范围（45m）内的支撑不能卸力，必须提供持续支撑。
为此，经过专家论证采取洞内临时支撑台车对下洞进行临时支撑加固。
4.3.1同步支撑台车安装
支撑台架主要由主架、支撑板、液压系统、行走系统、下部支撑板吊装系统等部分组成。
4.3.2同步支撑台车的移动
随着盾构掘进，支撑台车要相应前移，底模、顶模均由五榀半圆钢环钢架组成（底模用两条导轨连成一体）。支撑台车移动顺序：先将最后五榀顶模和底拆开，再把最后五榀顶模回收并往前移动至支撑台架中部，然后回收最后五榀底模，并移动至已移动的顶模下部，最后将支撑台架一并移动到最前方进行组装，如此循环来完成支撑台车的前移工作。
4.4监控量测资料分析
万达广场A座为筏板基础，由于场地条件的限制，设计未采取加固处理，要求盾构通过时加强跟踪注浆。下洞下穿该建筑物期间的累计沉降值最大为-6mm，之后变形稳定。重叠隧道施工期间，地面沉降累计沉降量为-25.00mm，下行隧道的收敛、椭变监测结果几乎无变化，监测数据均未超限。
5 小结
随着各大城市轨道交通网络密度的进一步加强，受周边环境条件的限制及规划选线的经济性要求，必然会面临越来越多的重叠隧道盾构施工问题。南宁地铁通过加强盾构掘进控制、采取夹层土体注浆加固及洞内临时支撑台车隧道加固等措施，以“先下后上 ”的方式成功克服了小间距、长距离重叠段的施工难题，对同类工程施工具有借鉴意义。
本工程朝新区间最小曲线半径为R350m，且下行隧道处于上软下硬的地层或全断面泥岩中，如盾构机安装超挖刀、管片选型选用1.2m宽管片，对盾构姿态的控制，隧道管片错台、破损等质量控制应更容易些。
参考文献：
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[4]仇文革.地下工程近接施工力学原理与对策研究[D].成都：西南交通大学土木工程学院，2003.
论文作者:罗亚约
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/3
标签：隧道论文; 盾构论文; 区间论文; 朝阳论文; 管片论文; 地层论文; 注浆论文; 《基层建设》2017年第28期论文;