北京地铁十号线超近长距离平行盾构隧道施工

北京地铁十号线超近长距离平行盾构隧道施工

［摘要］北京地铁十号线11标段左右隧道最小间距仅为1.7m，平行净距小于2m的长度达80.1m，后推进隧道对先行隧道影响较大。同时，与附近的住宅楼相隔也很近，住宅楼处于盾构施工影响范围内。根据这些条件，通过试验确定盾构施工具体控制参数和辅助措施技术参数。隧道严格按这些措施施工，施工过程中对地面沉降、地面建筑物沉降进行了严密监测，监测数据表明，采取的措施是有效的。 ［关键词］北京地铁;盾构;隧道;沉降;施工

1、工程概况 北京地铁十号线11标段包含麦子店～亮马桥站～农展馆站盾构区间，总平面如图1所示。其中从麦子店始发井经三元桥站～亮马站区间左长2 135m，是当时北京市在建地铁工程盾构隧道掘进距离最长区间。

工程具有如下特点:①线型复杂连续正反向转弯，最小半径350m;②环境风险源多盾构穿越301所楼群、京顺路、机场高速路、三元桥和东三环主辅路、南北小街8号楼群等风险源;③水文地质复杂盾构隧道进入承压水1.2m等。 该区间盾构隧道穿越⑥粉质黏土及⑥2粉土，隧道顶部为⑥粉质黏土，底部为⑥2粉土层，距⑦2粉细

砂层0.2～2.6m。 场区在30.00m深度范围内，主要存在三层地下水，与区域地下水类型分布特征基本符合，即分别为上层滞水、潜水和承压水。 2、技术难点 区间隧道在右K16+270～K16+350段临近南小街8号楼，为住宅楼，筏基，其上部为壁板式结构。最初设计该楼至右线隧道最小净距仅为3.7m，采用钻孔灌注桩作为隔离桩对该楼进行保护，由于扰民及民扰等原因无法实施。为了使地铁工程得以进行，同时又不危及南小街8号楼的安全，进行了线路调整，右线向左线平移调整，这样最小净距由3.7m拓宽为6.63m。 调线后，减小了盾构通过时该楼的风险，但两条盾构隧道距离太近，最小净距仅1.7m，两隧道平行间净距小于2m的长度达80.1m，净距在2～3m的长度达157.4m，净距小于0.5D(D为隧道外径)的长度达到了237.5m，因此后推进隧道施工时，两隧道间的相互影响不能忽视。 由以上分析可以看出本工程的难点: 1)如此超近长距离双线平行盾构隧道设计与施工在国内尚属首次，这种情况下盾构隧道双线施工的相互影响、分析方法还不成熟，国内没有可借鉴的工程，国外类似工程和经验也很少，这给设计、施工提出了挑战。 2)先行隧道已施工完成，无法通过改变隧道自身的刚度或强度来抵抗后行隧道施工带来的影响，采取何种措施保证先行隧道在后行隧道施工中及通过后的安全。如果措施不完善，极有可能导致管片内力过大、开裂变形、接头螺栓断裂、漏水等灾难性后果。 3)虽然隧道距楼房的水平距离较原方案增加了，但是仍处在盾构施工影响区范围内，因此楼房的风险并没有完全消失，一旦施工过程中的影响超出了评估范围，不但有可能造成严重经济损失，更会造成严重的社会影响，后果不堪设想。 4)由于本工程的前提条件已决定了，无论是对先行隧道的保护措施还是对楼房的保护措施均无法从地面施作，这就限制了所有的措施只能在两条隧道的洞内进行，从而保护措施的设计及实施难度很大。 3、超近长距离平行盾构隧道施工实践 3.1控制指标 本次施工过程中的主要控制指标分为:①先行隧道内各种加固措施的控制指标;②北小街8号楼～南小街8号楼段地表沉降控制指标。根据安全评估，南、北小街8号楼临街外墙下基础的最大沉降量要求小于10mm。根据试验段施工经验和设计计算分析结果，该段隧道正上方地表沉降必须控制在15mm以下。 3.2 关键施工技术 1)后行隧道正上方地表沉降必须控制在15mm以下。 2)线路调整后，两条隧道之间的净距最近处仅约1.7m，净距小于0.5D的范围长度达到237m左右，相互影响明显，控制地面沉降试验段施工的具体盾构施工技术参数，如同步注浆压力和二次补浆压力、开挖舱土压力波动的范围、盾构纠偏的幅度等，很难完全照搬应用，同时需加强监控量测工作，及时反馈信息，进行相应的施工技术参数调整。 3)超近长距离施工要求测量精度高，盾构纠偏更要谨慎。 4)两隧道洞内加固操作空间有限，施工难度大，先行隧道内临时支撑的架设和拆除尤其如此。 3.3控制沉降试验段技术分析 为了使后行盾构安全、顺利地旁穿南小街8号楼等建筑群，并确保先行隧道的安全，制定了具体的减少地面沉降的措施，并在接近楼区前进行试验段施工。后行盾构隧道在881～1 020环之间按照制定的技术参数和技术方案进行试验掘进(如土压力、推进速度、同步注浆量、注浆压力、浆液配比以及环箍注浆、二次补浆的位置、频率、注入量、浆液材料选择和注入压力等)，以此段经验对穿越南小街8号楼区的风险段施工提供参考和指导。试验段总结如下:①合理设置土压力宜控制在0.18～0.20MPa。②降低推进速度，严格控制推进方向，减少纠偏试验段推进速度控制在20～30mm/min。③合理选用注浆材料采用HSC超细水泥浆液同步注浆工艺，并确保注浆量。同步注浆量控制在5.0～5.5m3，注浆压力控制在0.35MPa;合理确定配合比，保证浆液在进入间隙后4h内初凝。④盾构推进过后每6环进行一环环箍注浆，注浆压力为0.35MPa，以注浆压力控制为准。⑤控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀，加大盾尾油脂压注量，防止浆液通过盾尾流失，实际盾尾油脂量比正常推进每环多20kg。⑥加强施工过程管理，确保盾构连续穿越在穿越前对盾构机及其它辅助设备进行一次全面彻底的检修。通过采取以上措施，得到如下控制地面沉降的试验效果:后行盾构隧道引起的附加沉降在14mm左右;无论采用惰性浆液还是硬性浆液，管片脱出盾尾时产生约3mm左右的沉降难以避免，相同的盾构采用硬性浆液较惰性浆液的最终累计沉降量要小。 3.4 先行隧道加固保护措施 调线后，两条隧道间距变小，后行隧道会对两隧道间的土体产生扰动和推力，可使先行隧道变形。为了增强隧道间土体的抗压、抗剪能力，控制管片变形、隧道偏移，进而减少或降低对先行隧道的卸载作用，根据设计要求采取了以下措施。 1)后行隧道施工前，对先行隧道周围土体的加固在已经施工完成的先行隧道内通过注浆对土层进行加固。由于通过原有注浆孔进行注浆加固后的加固范围有限，根据设计图纸和现场情况，在管片的吊装孔打入5根长3m、1根长1.5mΦ42的钢花管进行注浆加固。 对先行隧道在里程左K16+149.198～左K16+525.52(1 140～1 453环)内的每环隧道进行花管注浆，

注浆位置选在每环管片6个注浆孔，如图2所示。

2)先行隧道内部附加支撑，改善其受力状态。 在小间距的200环隧道内做十字钢支撑加固，如图3所示。

3.5后行隧道加固措施 在后行隧道里程为右K16+175.41～K16+525.38(1 159～1 472环)之间的314环，每环采取注浆加固措施。 4、后行盾构隧道施工控制措施 4.1合理设置土压力 根据监测数据及时调整土压力值及适宜的推进速度等参数，防止超挖，减少对土体的扰动。后行盾构穿越的南小街8号楼地区，盾构覆土厚度为13.54～14.35m，土压力控制在0.15～0.18MPa。 4.2 降低推进速度 保证速度的恒定、稳定，严格控制盾构推进方向，减少纠偏。推进速度控制在10～15mm/min，日掘进量为8环。通过试验计算出土的松散系数，使每环出土量符合计算值，关闭超挖刀。 4.3 采取合理的注浆措施 由于同步注浆为流动的单液浆液，注入时是完全没有自立性的物体，容易流失到尾隙处的其他部位。因而注入的区域，特别是管片背面的上顶部位很难充填到，加上同步注浆浆液固结时间较长，容易受到地下水的稀释，早期强度下降，故同步注浆后，在管片背后将留下未充填到的部位④，如图4a所示。在采取环箍注浆后，采用二次补浆的方法及时充填该部位，达到充填完全的目的，如图4b、4c所示。

根据以往经验，一般每环的注浆量为建筑空隙的160%(即4.8m3)，即可满足地面沉降控制在30mm以内的要求。但南小街8号楼区域地面沉降控制标准高，且HSC渗透率高，后行盾构推进同步注浆量控制在5.0～5.5m3，为建筑空隙的160%～180%，注浆损耗率以10%计。注浆压力控制在0.35～0.45MPa。这些措施取得了预期的效果。具体注浆参数如下。 1)环箍注浆盾构推进过后8环进行一环环箍注浆，注浆压力为0.35MPa。以注浆压力控制为准，环箍注浆浆液采用HSC-水玻璃双液浆，水玻璃的密度波比度控制在19～21，A、B液的凝固时间控制在15～20s。注浆体积比A∶B=9∶1。 2)二(多)次补浆在两个环箍注浆完成后12h开始进行二次补浆，配比同同步注浆。补浆分两次进行，间隔24h，注浆孔位置为隧道顶部两侧的管片注浆孔。施工中还通过隧道上方地表沉降的速率作为控制补浆时间、频率和位置的依据。 4.4 控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀 在后行盾构近距离穿越南小街8号楼期间，通过控制好盾构姿态，使得盾构推进轴线与设计轴线基本吻合，盾尾四周间隙均匀，同时通过加大盾尾油脂注入量和采用优质的CONDAT油脂，极大地减少了盾尾漏浆，达到了预期的目的。 4.5 加强过程管理，确保盾构连续施工 盾构推进过程中长时间的停机易造成地面沉降，为确保盾构24h连续推进，在进入该段区域前，对盾构及其它辅助设备进行了一次全面彻底的检修。 5、监控量测 5.1 地表沉降监测 1)测点布置沿右线隧道中线地表每隔5m埋设一个地表测点，每隔20～25m设置一个断面(5～10点)，所有地面监测点必须钻孔取芯穿透路面结构层、下保护套筒并加盖防护。 2)监测频率当盾构机头与量测面距离<2B时(B为隧道宽度)，4次/d;≥2B，<5B时，2次/d;≥5B，<10B时，1次/d;≥10B，<20B时，2次/周;≥20B时，1次/周。 3)数据分析与处理地表沉降测量随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测，将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度曲线图，并根据沉降变化曲线图和沉降速率来判断沉降变化趋势，以此反馈指导盾构施工。 5.2 地面建筑物沉降监测 测点布置:在隧道开挖外轮廓线每侧30m范围内的建筑物，在每个大转角上布设一个沉降观测点，每幢建筑物上一般布置6个观测点，特别重要的建筑物布置8个或更多测点。监测频率、测量方法、计算方法同地表沉降观测。 5.3 隧道内监测 左线加固隧道内的主要监测项目有:左线加固段支撑内力的变化情况、左线隧道钢环与管片间接触力传递情况与变化情况、左线隧道管片应变监测、右线隧道推进过程中对两隧道间土体应变监测、左右线隧道的净空收敛变形情况、右线隧道推进过程中左线管片连接螺栓的内力变化、左线隧道侧移、左右线隧道接头张开量。其中，左线加固段内支撑的内力变化、左右线隧道的净空收敛和左右线隧道接头张开量在加支撑范围内每10m布置一个监测断面。 5.4 监测数据分析 从2006年7月21日开始过北小街8号楼，至2006年8月26日凌晨盾尾通过南小街8号楼，对地面沉降点和建筑物沉降点进行了严密的监测。 北小街8号楼最大沉降点为SYA1。通过监测发现，从2006年8月2日盾尾脱出该点位后至8月25日(盾尾脱出该点位置241.20m)3周的时间内，沉降只有3.15mm，速率为0.14 mm/d，而从8月16日(盾尾脱出该点位置148.80m)的6.40mm至8月25日的6.26mm速率为0.014mm/d。说明沉降已经稳定。 6、结语 通过采取上述措施，盾构连续、匀速、平稳地完成了施工任务，同时先行隧道内的各项监测结果也均控制在设计允许的范围之内，既保证了先行隧道和后行隧道自身的结构安全与稳定，也达到了地面沉降控制在预定的范围内，确保了地面建筑物的安全。