某地铁过街通道在上软下硬地层中下穿城市快速路的施工方法

某地铁过街通道在上软下硬地层中下穿城市快速路的施工方法

黄国辉 吴俊晔1

(1、广东华隧建设集团股份有限公司 广东 广州 510000）

摘要：

针对城市上软下硬地层短距离地下通道施工，在广州某地铁车站人行通道中采用盾构分体掘进的方法，该方法顺利通过了隧道洞身下部岩石强可达度70-90Mpa微风化灰岩地层+上覆黏土的上软下硬地层。在该地层下，隧道暗挖施工保证了上部重要电力管线，城市快速路以及地表沉降控制在规范要求范围内。采用盾构法在该地层下人行通道暗挖的成功应用，对比常用的人工暗挖和顶管法，降低了暗挖过程中的位移，保证了施工安全。

关键词：机械法暗挖，盾构机，分体掘进，上软下硬地层, 强灰岩

中图分类号,U231+.3  文献标志码【J】

1引言

在城市暗挖施工方法中，机械法施工以其对地表沉降控制强为主要优势成为城市地铁暗挖施工的首选。地铁车站过街通道一般采用顶管法施工，主要适用于粉砂、卵石、黏土层等具有一定自稳性且强度不高的地层[1]。在中国东南部城市集群中，大量发育有上软下硬的灰岩地层，随着地铁建设越来越多，地铁车站过街通道越来越多的穿越了上软下硬地层[2-5]。该地层下考虑到安全、成本、工期，目前采用的是顶管法，但是顶管法因其机械特点和施工方法，在上软下硬地层中特别是洞身范围内有硬岩的地层难以顺利掘进，本文基于广州某地铁工程，通过方案比选和实践，提供了一种解决城市地铁工程中上软下硬地层中短距离隧道施工的安全性高的思路与案例。

2工程概况

出入口通道埋深5.67~7.58m（长66m），隧道直径5.5m，暗挖隧道主要经过的地层分为三段，第一段全断面粉质黏土层（硬塑）（图放在右边）、第二段上部为硬塑-塑状粉质黏土（图放在右边），下部为强风化灰岩、第三段上部为软塑状黏土下部为微风化灰岩。因受上部地勘条件影响，在微风化灰岩侵入暗挖隧道范围的第三段只有首尾两个地质钻孔，而该段岩溶地层强烈发育，岩面线起伏大，落差高，导致可能存在侵入暗挖范围内的微风化灰岩（单轴抗压强度89.3Mpa）未被发现。

3 方案比选

地铁出入口过街通道的施工，主要有明挖法、暗挖法两大类，明挖法以其方便施工和成本低廉为优势，但是对周边环境影响较大，有较高的环境要求。暗挖法以其对周边环境影响小为优势，但是相对明挖，其危险性较大。在城市地铁出入口过街通道施工中，因城市施工环境复杂，多有管线，高楼，桥梁等重要建构筑物，一般采用暗挖法施工。

3.1 人工暗挖

人工暗挖法是采用预加固地层配合人工挖土出土的方式逐米推进完成隧道施工，其施工步骤多，在软土地层风险较大，容易发生隧道坍塌的风险。结合本工程的洞身范围主要地层为硬塑-软塑状黏土，大部分为松软地层，如采用地层加固辅助施工，相对于机械法暗挖施工则有加固施工本身对隧道上方管线、城市快速路等建构筑物可能造成不利影响，加固后开挖慢，施工风险面暴露期长等不利因素。

3.2 机械法

城市出入口过街通道机械法施工主要有顶管法和盾构法两种，相对来讲顶管法经济性较强，盾构法适用地层较广。在两者的方案比选中，适用顶管的尽量选择顶管，顶管法不能适应的施工条件考虑盾构法施工。

在本工程中，洞身范围内存在岩石强度可以到达70-90Mpa的中-强灰岩+软土地层，属于典型的上软下硬地层，该类地层下的顶管施工，常会出现轨迹向上偏移的情况，考虑顶管机纠偏能力较弱，隧道质量风险控制能力较弱。顶管法难以适应该地层条件施工顶管机卡死风险较大。在实际的顶管施工工程中也出现了多例因硬岩而造成的顶管机卡死问题，造成重大损失[6-8]。

而盾构法相对于顶管法，因其顶推方式不同，在破岩过程中所需的推理远小于同长度隧道顶管法推力。相比来说可以更好的控制隧道施工过程中地层扰动带来的地表沉降。但是相比于普通顶管机，盾构机的后配套设备较多，一般应用在较长隧道中的掘进，综合成本来说，盾构法较高。

经过比选，采用了盾构分体暗挖法即盾构后配套设备放置在始发端地表位置工作，盾构机本体下井进行隧道的掘进工作。该方法既可以完成在微风化灰岩这种高强度灰岩层中的机械法暗挖掘进，又可以有效控制地表沉降，降低施工对环境带来的不利影响[9-10]。

4、施工步骤

4.2 盾构始发

在盾构始发前，需要检测洞门防水，端头加固情况是否复合要求。同时进行洞门位置复测，为盾构始发托架、反力架及盾构下井组装提供基准点。完成盾构机调试组装、托架安装、反力架安装后即可开始盾构始发施工，这时与普通盾构始发不同的是，受限于本工程客观施工的空间条件，盾构采用分体始发，其后配套台车置放于始发端地面，通过延长管路的方式保证盾构机主机正常运作。连续墙洞门部位采用玻璃纤维筋，可以直接通过盾构机掘进破除。

4.1 盾构掘进破岩

本工程采用土压盾构机，盾构在黏土中正常掘进出土并在盾身中完成管片拼装工作，待盾尾脱出管片后进行同步注浆填充管片与地层之间的间隙。针对洞身范围内上软下硬的岩溶地层，盾构机刀盘配置滚刀，在推进千斤顶的压力下完成对微风化灰岩的破除，配合滚刀间的刮刀，盾构螺旋机，完成切削碎石出运工作。

4.2 盾构到达吊出

盾构在破除到达井围护结构后空推，并逐步填充管片与地层间缝隙，最终在到达井托台上主机完成到达，并解体吊出。

盾构总体的施工流程见上图，始发端到达端端头加固完成后即可开始盾构法暗挖施工，相比于一般的盾构法施工，本工程中盾构法只需要将盾构机主机下放组装后即可开始盾构始发、掘进、到达施工，并在到达后于到达井吊出，后配套台车无需下井。大量降低了盾构掘进过程中台车下放的吊装工作。

4.3 施工监测

在盾构穿越前先记录各测点的初始值，在每次量测后的值与初始值相比较，并描绘有关的曲线，针对监测结果作出相应处理措施；施工时必须加密监测点加强监测频率，盾构机过后仍需进行后期的监测工作直到沉降稳定。

4.4 施工效果

经过比选采用盾构法暗挖施工后，利用盾构机强大的破岩能力，顺利完成了改地下通道的施工，与地铁出入口安全连接，监测结果地表沉降最大约14mm，控制在规范要求之内，隧道上方管线、道路在施工过程中都保持正常运营。

5 结论

本地下通道工程特点有二，一是下穿城市快速路，二是上软下硬的复合岩溶+黏土地层。我们从技术的实用性为出发点，对比了现有的隧道施工工法， 提出了在城市复杂环境下有较大硬岩的地层中，更加适用盾构法暗挖施工。并结合工程特点，将盾构整体台车下放改成了分体掘进，以适应短距离的隧道施工，同时也节省了大量的台车吊装组装时间。

本次工程试验得出如下结论：

1、传统顶管法难以适应在大块强度高岩层存才的暗挖施工；

2、盾构法可以适用于短距离上软下硬地层掘进，并保证上部建构筑物安全，更加适用于该地层下城市暗挖隧道施工。

通过本次工程试验，验证了盾构法在也适用于小型短距离隧道掘进，在顶管法难以解决的环境难点下，考虑使用盾构法降低工程施工危险，提高施工效率，不失为一种明智之举。

文献引用：

[1] 孟汉才.泥水平衡顶管法在砂卵石地层中的应用[J].山西水利, 2023.

[2]张国林,吴祯,陈云强.大断面矩形顶管穿越上软下硬地层施工关键技术[J].科技风, 2021(13):2.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202113061.

[3]张玲,方翔,闫朝,等.复杂环境下大截面矩形顶管穿越既有地铁施工技术研究[J].工程技术研究, 2023, 8(12):23-26.

[4]高程鹏,顾诗意,谢欣.复合地层中顶管引发路面沉陷的分析及修复措施[J].特种结构, 2023, 40(5):75-80.

[5]肖先.上软下硬复合地层顶管施工技术研究[J].铁道建筑技术, 2021. DOI:10.3969/j.issn.1009-4539.2021.05.027

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