土压平衡盾构机近距离侧穿初支暗挖隧道的施工方法与流程

本发明专利涉及土压平衡盾构机近距离侧穿初支暗挖隧道时的施工方法，该方法适用于地层构造复杂，临近建(构)筑物、隧道之间近、地面条件限制、对周边沉降控制较严格、施工工期紧等条件下的暗挖隧道和土压平衡盾构机同时施工的工程。

背景技术：

在我国地铁建设中，随着各个城市的经济快速发展，大力推进地铁建设，提升城市整体形象，为民解决交通最根本问题。土压平衡盾构法施工因其适应性广、对环境影响小、安全性高等特点而得到了广泛的应用。但是为了缩短工期，进行会几个工程同时进行，便会遇到土压平衡盾构与暗挖隧道同时施工的情况，有些区域两条施工线路还会出现交汇的路段，该路段的两条隧道间距较近，相互之间很容易受到影响。

特别是在采用矿山法进行暗挖施工时，围岩支护一般分为初期支护和二次衬砌，刚开挖之后立即进行的支护形式称之为，初期支护一般有喷射混凝土、喷射混凝土加锚杆、喷射混凝土锚杆与钢架联合支护等形式，二次衬砌一般是混凝土或钢筋混凝土结构。一般是在隧道施工段的初期支护完成之后，才开始进行二次衬砌，这个阶段的隧道壁强度并不高，在盾构机进洞过程中近距离侧穿暗挖初支隧道时存在较大安全风险，很容易因为暗挖隧道的加固未达到要求，还有其它复杂地质条件，导致暗挖隧道受力不均，引起初支暗挖隧道变形、盾构隧道位移甚至地面下陷等重大安全风险。

除此之外，在盾构施工的端头也会因为复杂地质条件或土质问题引起端头加固质量难以保障，受力不均，也会引起初支暗挖隧道变形、盾构隧道位移甚至地面下陷等重大安全风险。一般对于盾构端头加固的传统方法为旋喷桩加固，但是采用旋喷桩成桩效果较差，存在半桩、夹沙、断桩等缺陷，特别是在盾构隧道与初支暗挖隧道相隔很近时，旋喷桩的施工更加困难，目前国内还没有成熟的施工工艺能够完全规避该风险。

技术实现要素：

本发明在试验分析及工程实践的基础之上，针对现有技术的不足，提出了一种土压平衡盾构机近距离侧穿初支暗挖隧道的施工方法，该工法可以确保盾构机近距离安全、快速侧穿初支暗挖隧道。

本发明提供的技术方案为：所述一种土压平衡盾构机近距离侧穿初支暗挖隧道的施工方法，包括正向施工的暗挖隧道和反向施工的盾构隧道，暗挖隧道的内壁施工有初期支护，其特征在于具体步骤如下：

(1)根据现场勘测确定暗挖初支隧道与盾构隧道之间的关系，并了解暗挖隧道和盾构结构的形式，现场放样确定两隧道边线位置，确定两隧道交汇的长度和两隧道之间的间距；

(2)在盾构机侧穿时，停止暗挖隧道的施工，在暗挖隧道的掌子面喷射混凝土将暗挖隧道的掌子面封闭，使已开挖部位及时封闭成环，并在暗挖隧道内按设计要求布设收敛断点，，所述收敛断面间距为3-4m，一般为3.5m，并在每个收敛断点处安装收敛仪；

(3)根据设计要求在暗挖隧道与盾构隧道之间确定隔断桩的施工位置，隔断桩有多个，沿着盾构隧道与暗挖隧道之间的间隙中分线分布，且多个隔断桩的连线与盾构隧道和暗挖隧道平行，两相邻隔断桩之间的间距为1-1.5m，最佳间距为1.2m；然后采用间隔钻孔施工的方法或连续钻孔施工的方法施工隔断桩，采用间隔钻孔施工时，在第一个隔断桩钻孔灌注混凝土之后，直接间隔施工下一个隔断桩，施工完成的隔断桩与下一个待施工的隔断桩之间至少间隔一个隔断桩；采用连续钻孔施工时，在隔断桩灌注混凝土达到设计强度的75％以上之后再施工相邻的下一个隔断桩；

(4)在暗挖隧道与盾构隧道之间沿隧道轴线方向布设测斜孔，观察盾构隧道与暗挖隧道之间土体变化情况，所述测斜孔的深度大于隔断桩深度5～10m，并在测斜孔中布设有测斜管，测斜孔一般采用钻头为的工程钻探机钻孔，为了使管子顺利地完装到位一般都需比安装深度深一些，它的原则是每10米多钻深0.5米，即10米+0.5米＝10.5米，20米+1米＝21米，钻头钻到预定位置后，不要立即提钻，需把泵接到清水里向下灌清水，直至泥浆水变成清混水为止，再提钻后立即安装测斜管，测斜管的安装按照现有盾构隧道施工中测斜管的安装方法进行；根据设计要求在施工段的地质条件突变及建筑物密集处设布设地表沉降监测点，通过沉降仪对地表沉降进行检测；

(5)盾构机按照正常施工工艺开始侧穿暗挖隧道，在盾构过程中严格控制盾构中线与盾构隧道的设计中线之间的位置关系，确保盾构机前进路线沿着设计路线前进，并在施工过程中通过测斜孔监测盾构隧道与暗挖隧道之间土体变化情况；通过收敛仪检测暗挖隧道变形情况；通过表面沉降监测点监测土体表面沉降情况，并将监测数据及时反馈至盾构施工，综合数据分析指导盾构和暗挖施工，动态调整参数；当盾构机盾尾通过暗挖隧道加固段后，暗挖隧道才可恢复施工；盾构隧道与暗挖隧道相交会时，加强暗挖隧道洞内监测，通过综合数据分析指导盾构和暗挖施工，动态调整参数，降低施工风险，确保施工安全。

本发明较优的技术方案：在盾构隧道侧穿暗挖初支隧道的施工过程中，对盾构管片外的环向间隙采用注浆的方式进行填充，其同步注浆量取环形间隙理论体积的1.3～1.8倍，注浆的泵送出口处的压力为0.2MPa-0.5MPa。

本发明较优的技术方案：所述地表沉降监测按设计要求在地质条件突变及建筑物密集处设一断面，盾构始发和吊出段100m范围内加密布设监测点。

本发明较优的技术方案：在步骤(3)中施工隔断桩时，每个隔断桩的中心距离5m以内的新桩钻孔必须在该隔断桩灌注混凝土24小时之后进行。

本发明较优的技术方案：在步骤(2)中停止暗挖隧道施工之后，暗挖隧道的开挖段保证隧道底部土层原封不动，并在上台阶施作与拱架呈45°夹角向下打设的锁脚锚杆进行加固。

本发明较优的技术方案：所述多个隔断桩的桩底深度在暗挖隧道和盾构隧道底面6m以下。

本发明较优的技术方案：所述测斜孔布置有两排，分别设置在隔断桩与暗挖隧道以及隔断桩与盾构隧道之间。

本发明中暗挖隧道内收敛断点布设、表面沉降监测点的布设和斜测孔的挖设以及具体监测均与现有隧道施工中的方法相同，具体分布密度以及监测均按照设计要求、根据实际施工场地的地形进行现场施工，确保在整个施工过程，能够通过多个收敛仪来监测暗挖隧道是否存在变形情况，通过地表沉降监测点来监测暗挖隧道、盾构隧道以及两隧道之间部分的地表沉降情况，通过在测斜孔中按照土体监测仪来监测量暗挖隧道以及盾构隧道的边缘土体变形情况；然后根据所检测隧道及隧道旁土体的变形情况以及地表沉降情况来确定是否存在施工风险，然后采取应对措施。

本发明在侧穿过程中，盾构机应适当放慢盾构的掘进速度，以尽量减少对土体的扰动。盾构机的姿态变化不宜过大或过频，并且严格控制中线平面位置偏差一旦出现盾构偏移轴线过大或地面变形偏大，应逐步纠正，并及时调整推进速度。当盾构机盾尾通过暗挖隧道加固段后，暗挖隧道才可恢复施工。

本发明的有益效果：

1隔断桩在盾构和暗挖施工过程中，对暗挖隧道和盾构隧道同时起到保护和隔离作用，能有效的保护相应的既有隧道，有效控制地表和周边建(构)筑物的沉降；

2隔断桩施工工艺能有效的降低暗挖、盾构风险，避免了暗挖坍塌、隧道变形和盾构隧道位移的风险。

3利用监控量测手段，跟踪分析土体变位走势。动态调整施工参数，指导现场施工。隔断桩施工过程中提前布设监测点和采取相应监测措施，将数据收集、处理、分析和信息反馈应用于施工，动态调整暗挖保护措施和盾构掘进参数，确保施工安全、快速、有效。

4隔断桩段加密布设土体测斜孔较容易，且数据反应土层变位直观、真实有效，操作方便。

附图说明

图1是实施例中暗挖隧道与盾构隧道平面关系图；

图2是实施例中暗挖隧道与盾构隧道剖面图；

图3是实施例中收敛断面示意图。

图中：1—暗挖隧道掌子面，2—暗挖隧道中心线，3—收敛监测仪，4—隔断桩，5—盾构隧道中心线，6—地面监测点，7—地面线，8—隔断桩，9—收敛监测线，10—盾构隧道，11—暗挖隧道，12—测斜孔。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例是以郑州轨道交通1号线二期土建施工03标出入场线区间为具体施工场地，该区间为矿山法隧道区段，长331.221m。雪松路站～西流湖站区间前100环首先穿越端头井加固区域。出入场线暗挖隧道与雪～西区间右线近接区段(71.425m)的水平净距为2.73m～4.00m，近接区段暗挖隧道隧道埋深9.79～9.31m，对应的右线盾构隧道埋深为9.97～11.31m。标段靠近西流湖，水位较高，流动性强，受大气降水影响明显。盾构隧道和暗挖隧道均主要穿越粘土层，地下水类型为孔隙潜水。地面为重型车辆行走区域，盾构近距离侧穿风险很大。

在盾构始发端该地层端头加固前进行旋喷桩试桩试验显示成桩效果很差，存在半桩、夹沙、断桩等缺陷，传统旋喷桩加固工艺下的端头加固效果难以保证。采取本发明中所述的土压平衡盾构机近距离侧穿初支暗挖隧道的施工方法进行施工，该施工方法主要是是采用隔断桩+土体变位跟踪分析施工，具体步骤如下：

(1)进行施工图纸交底，现场放样确定两隧道边线；

(2)对暗挖隧道与盾构隧道相交会段进行洞内加固，范围为20m，里程为RDK0+174～RDK0+194，上台阶架设横向、竖向支撑，横撑间距按1m/道架设；盾构侧穿期间停止开挖，喷射混凝土封闭掌子面；已开挖部位及时封闭成环，上台阶施作锁脚锚杆控制好角度，与拱架呈45°夹角向下打设；

(3)盾构隧道近距离侧穿暗挖隧道分析此段最近距离为2.73m～4.00左右，根据设计要求在盾构隧道与暗挖隧道之间施做一排Φ800@1200mm钢筋混凝土隔断桩，桩长从地面至隧道底6m，共长22米；混凝土满足以下条件：C35混凝土，3天强度达到60％，无侧限抗压强度不小于1.1MPa。根据本工程的地质特点，钻孔灌注桩采用旋挖式钻机钻孔，泥浆护壁，泥浆和石碴采用运输车辆运弃，吊车起吊安装钢筋笼，采用导管灌注水下混凝土；钻孔桩钻孔顺序采用跳钻方法，如特殊情况不能跳钻，要求其相邻桩灌注混凝土达到设计强度的75％后方可进行，施工钻孔桩采用每施工一根桩，间隔2根桩再施工下一根桩的跳钻法施工；

(4)盾构隧道之间沿隧道轴线方向布设3个测斜孔，孔深均为26m，按规范要求土体孔深大于隔断桩深5～10m，计算时假定管底为不动点；暗挖隧道内收敛断面布设间距为3.5m，并安装收敛仪，所述收敛仪为现有的收敛仪，是线状，两端分别固定在暗挖隧道的两侧壁上，监测频率根据实时掘进进度进行加密观测。暗挖隧道收敛每断面共布设四点两条测线。地表沉降监测按设计要求在地质条件突变及建筑物密集处设一断面；盾构始发、吊出段100m范围内，每20m设一段面；其余地段每30m设一断面；监测断面点数不少于11个；

(5)盾构机在侧穿暗挖施工段时，推力控制在9000-15000KN以内、推进速度控制在30-50mm/min，刀盘转速控制在0.8～1.0r/min土仓压力控制在上部0.3～0.5bar、刀盘扭矩控制在2500-2800KN.m、出土量控制在47方以内。为保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生变形和损坏，同步注浆量取环形间隙理论体积的1.3～1.8倍，泵送出口处的压力一般控制在0.3MPa左右，实际施工压力还应视地面沉降进行调节和控制，同步注浆浆液凝固时间为6小时左右，在浆液中添加速凝剂2.5kg/m³；

(6)在过加油站时应适当放慢盾构的掘进速度，以尽量减少对土体的扰动。穿越过程中，盾构机的姿态变化不宜过大或过频，并且严格控制中线平面位置偏差、盾构切口与盾尾平面以及高程偏差均不超过±50mm。一旦出现盾构偏移轴线过大或地面变形偏大，应逐步纠正，并及时调整推进速度。姿态控制：水平0～20mm垂直-20～0mm，如果超出范围后操作手必须及时跟技术主任汇报，在得到新的掘进指令后再进行掘进。