昆明滇池沉积层近距离重叠地铁隧洞盾构参数研究

杨公正

(中国铁建十六局集团北京轨道交通工程有限公司，北京 101100)

城市地铁中近距离重叠隧道，甚至是重叠隧道同时下穿既有大型建筑(如火车站)在国我较常见［1～3］，也积累了相对较成熟的施工经验。而昆明地铁修建较晚，目前针对昆明地区工程地质特征的地铁盾构施工经验较少，缺乏较系统的盾构经验参数，重叠地铁隧洞的盾构施工参数更少。该城市由于滇池的形成，及滇池形成后对当地气候的影响，具有较独特的地层结构特征，应对其进行针对性的盾构参数研究。本文以昆明地铁环(环城南路)－昆(昆明火车站)区间为例，研究近距离重叠地铁隧洞的盾构参数。

1 工程概况

昆明地铁环～昆区间盾构机在昆明火车站站北端平行始发，在环城南路站南端重叠接收，区间上下重叠隧道的最小净距为1.8 m，重叠隧道过渡段最小净距为4.88 m。不同里程处左、右线隧洞位置关系如图1 所示，隧洞净距如表1。管片采用通用型衬砌管片，错缝拼装，内径5.5 m，厚度0.35 m，外径6.2 m。

图1 左右线横断面相互位置关系

表1 环～昆区间左右线重叠隧道净间距统计

2 工程地质特征

环城南路站～昆明火车站站区间场地人工填土层分布于全线，以杂填土为主，区间结构顶埋深8～15 m。表层的人工填土及浅部的新近沉积层厚度约1.2～6.0 m 不等。区间隧道盾构施工范围内主要穿越圆砾层、粉土粉砂层及粘土层。滇池沉积层土体物理力学性质具有明显的不均匀性。

地下水主要赋存于第四系圆砾土、粉土及含砾粉质黏土中，地下水多以潜水或上层滞水形式存在，局部具微承压。在弱透水层中的地下水对混凝土结构不具腐蚀性;对钢筋混凝土结构中钢筋在干湿交替条件下不具腐蚀性;对钢结构具弱腐蚀性。

地下水水位为地表下1.00～2.50 m，潜水位为圆砾层、粉砂层水位，该两层含水层有水力联系。受含水层层面起伏影响，微具承压性。

该地质条件下地铁盾构会具有以下难度:

(1)由于区间线路围岩自稳能力较差，地下水量大，地下水位下的碎石类土易涌水、坍落，粉砂(局部为粉土)层易形成流砂，故需对重叠隧道盾构机出口工作井前后周边土体采取土体加固措施，确保出口及顶部围岩的安全。

(2)由于区间开挖面上广泛分布有圆砾、粉砂及黏性土层，其中粉砂层流动性较好(可能形成流砂)，圆砾层次之，黏性土层差，易因流动速度差异、软硬不均造成盾构在线路方向上的偏离，控制盾构姿态是施工难点。

(3)本区间为上下重叠近接隧道，两隧道最小净距为1.8 m，上层隧道的最小覆土为5.5 m，覆土较浅，洞间土体中大量分布流动性较好的粉砂层及圆砾层，施工难度高、风险大，施工中需考虑合理的施工顺序，避免造成洞间土体的潜蚀、流砂、泥流及突涌现象。

3 盾构参数设置

借鉴国内其它城市重叠隧道施工经验，结合我部对区间重叠隧道施工科学分析，选择先施工下方隧道，在下方隧道变形稳定后，再施工上方隧道。具体施工步骤:下部右线隧道掘进施工→已建隧道周边土体注浆加固→安装架设临时支撑→上部左线隧道掘进施工→左线隧道后期注浆加固。

3.1 管片配筋加强并增设注浆孔

由于左右线隧道最小净距离仅为1.8 m，上部隧道掘进时会对下部隧道产生附加应力，而且长期运营中上部隧道的振动会对下部隧道产生不利影响，为保证下部隧道的强度，本部在环～昆区间隧道净间距小于3m 处，都采用增设注浆孔管片，对右线隧道加大管片的配筋，重叠段采用增设孔管片。

3.2 重叠隧道盾构施工参数

上部左线隧道断面主要为圆砾层、粉砂层，所以盾构掘进时土压力的设定原则为:土压平衡模式。考虑土层的松散系数，盾构掘进时的实际出土体积控制在48 m3，掘进过程中必须严格控制出土量，一旦有超挖现象，必须对该区段进行处理，包括二次补浆。地面沉降控制在－30 mm～10 mm。

同步注浆:我部盾构隧道管片拼装后每环壁后理论空隙为2.61 m3，要求实际每环注浆量控制在4.7 m3以上，注入率180%以上，注浆压力在0.35 MPa 左右，确保壁后空隙填充饱满，减少地面沉降。

盾构机姿态控制:根据操作系统的电脑屏幕上显示的图像和数据，盾构机操作手通过合理调整各分区千斤顶的压力，千斤顶编组及刀盘转向来调整盾构机姿态，具体操作原则为:盾构机滚动角可以通过改变刀盘旋转方向调节。

盾构机竖直方向(高程)放入控制:一般情况下，盾构机竖向轴线偏差应控制在±20 mm 以内，趋势值控制在±4 mm以内，否则会引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题。开挖面土体比较均质或软硬差别不大时，盾构机应与设计轴线保持平行或适当抬头。开挖面岩土软硬不均时，为防止盾构机偏头，可适当增加局部千斤顶推力。困难地段可考虑使用超挖刀，合理使用铰接油缸，使盾构姿态与设计线路更加吻合。操作盾构机时，还应注意各组千斤顶的行程差不能过大。

盾构机水平方向(平面)的控制:一般情况下，盾构机水平轴线偏差应控制在±20 mm 以内，趋势值控制在±4 以内，否则会引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题。在缓和曲线段及圆曲线段，盾构机水平偏差控制在±30 m m 以内，水平趋势控制在±7。曲线半径越小控制难度越大，直线段进入缓和曲线或圆曲线段时，根据地层情况，采取一定的措施，使管片的中心轴线更好与隧道轴线吻合。

3.3 注浆

由于上下重叠隧道间的最小净间距只有1.8 m，考虑左线(上部)盾构施工对右线(下部)成型隧道影响，以及地铁列车行驶的动载荷产生的附加应力对相邻隧道会产生较大影响。管片壁后同步注浆饱满，在浆液中掺入水玻璃加快凝结时间，并适当加大水泥掺入比例，提高浆液固结强度。

对区间中水平及竖向距离均小于3 m 的重叠隧道采取洞内注浆的措施进行加固，具体加固里程范围为右IDK13+084.940～右IDK13+203.300 与 右IDK13+766.600～右IDK13+857.552。重叠隧道采用增设注浆孔管片，注浆利用每环管片上预留的16个注浆孔进行插管注浆，注浆管采用￠32 钢花管，壁厚t=3.5 mm，在上、下方隧道夹层土体间形成加固体，提高土体承载力，经加固后的土体达到0.8 MPa。洞内加固范围为下方隧道拱顶180°范围，径向3 m 的扇形区域;上方隧道底部120°范围，径向3 m 的扇形区域。使隧道管片与岩壁的间隙充分填充密实，提高围岩的承载力以及使管片均匀受载，有利于控制重叠近接隧道长期运营引起的隧道变形和沉降。小间距重叠隧道加固横断面如图2。

3.4 钢管支架加固

由于重叠隧道最小净距只有1.8 m，为了确保左线(上洞)盾构掘进施工时右线成型隧道的安全，拟采取扣件式钢管搭设满堂支架对下洞进行支撑加固，待盾构机通过后再拆除。根据隧道的地质条件以及目前施工进度情况，同时考虑电瓶车能通过钢架运输材料的条件，按照支撑稳固、安装拆除方便、快捷且经济合理的原则进行钢管支架设计。

钢管支架加固施工顺序:左线(上洞)盾构机到达重叠隧道前，先安装好右线(下洞)重叠段前20 环钢管支架，当左线盾构机掘进至位于右线已安装好20 环钢管支架上方中心位置，即盾构机刀盘到达第14 环时，左线盾构机每向前掘进一环，钢管支架同步向前延伸一环(可将最后一环钢管支撑拆除安装到最前面一环，重复利用钢管)，始终使左线(上洞)盾构机掘进始终处于下洞20 环钢管支撑加固区域的中心位置，以保护下洞的安全。

图2 小间距重叠隧道加固横断面(单位:m)

4 结束论

针对昆明滇池沉积层的工程地质特点，提出了针对性的盾构参数，获得了理想的开挖效果。

(1)由于下部隧道因要承受上部隧道掘进时产生的附加力，管片的配筋应加强，并且在管片上增设注浆孔。

(2)下部盾构施工时，管片壁后应同步注浆饱满，在浆液中掺入水玻璃，加快凝结时间;并适当加大水泥掺入比例，提高浆液结实强度;及时进行二次补偿注浆，使隧道管片与岩壁的间隙充分填充密实，提高围岩的承载力，使管片均匀受载。

(3)由于左右线净距较小(1.8 m)，且两隧道夹土层有圆砾层、粉砂层，渗透性较大，且扰动后承载力迅速降低，因此在左线盾构掘进施工时采取微扰动掘进模式，控制掘进参数连续、匀速通过叠线段。

(4)根据隧道所处区域的地质条件，合理选择盾构掘进参数(刀盘转速、土舱压力、油缸推力、螺旋输送机转速)，控制好同步注浆量、掘进速度以及出土量是控制既有隧道变形的关键因素。

［1］苏宗贤，何川.成都地铁1号线盾构隧道下穿火车北站站场股道的数值分析［C］//中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集，2006

［2］洪开荣.盾构隧道穿越广州火车站站场的设计与施工［J］.现代隧道技术，2002，39(6):34－37

［3］张凤祥，朱合华，傅德明，等.盾构隧道［M］.北京:人民交通出版社，2004