86
地下院30周年论文集
大型盾构隧道与周边地下建筑旁通道方案的比选及优化
熊
诚
摘要研究分析某旁通道设计施工优化过程，暗挖法及明挖法的优缺点等关键字旁通道暗挖法盾构工作井穿越本工程是某地下连通道工程的一部分，该工程通过一条直径7.65m的盾构隧道将已建的大厦地下车库与一新建的地下二层车库连接起来作为车行通道；在该车行通道线路的中间，需设一旁通道与另一已建成的地下二层车库连通。本文讨论该旁通道实施方案的设计及优化过程。
施做2m厚的旋喷加固墙，要求加固后加固体达到qu≥1.5Mpa。
2.盾构推进，直至完成。
3.在加固体养护完成前，进行安全无排土管棚施工，由已建地下二层停车库向盾构隧道方向，直至其顶、底和两侧外边缘。管棚钢管直径219mm，壁厚8mm，各管布置成开挖外轮廓形状。
4.施工养护完成后，采取分阶梯式开挖，分上下两层六个开挖施工区域，首先开挖上层，开挖步距0.5m，可根据现场实际情况调整。
一、初始方案选择
方案断面图
旁通道初始平面图（局部）
由于本工程特殊的作业需要，不能采用明挖方案。考虑到旁通道的长度不长(方案阶段的长度约19.8m),所以在方案阶段，设计考虑采用暗挖法施工该旁通道。共选择两个方案作比较。
(1)方案一(推荐方案):先加固再安全无排土管棚法施工
1.在旁通道两端洞门以外3.0m范围和开挖断面外轮廓线以外3.0m范围进行土体加固，加固方法采用旋喷，同时在开挖轮廓线以内沿纵向每隔2m
通道断面图
该方案优点：除旋喷加固要占据地面与加固范围投影对应的面积一定时间外，其余全地下施工，不破坏地表构筑物及加固区域以外的绿化带，保证日常工作、生活正常运转，在地下施工时该方案也较灵活。缺点：由于土体加固的非定向性，土体加
盾构隧道和顶管通道
固范围内的地面植物需进行临时搬迁，而且在加固范围外的一定区域，地面绿化也将受到一定影响。钢管节与盾构隧道的连接需要在盾构管片上大范围开洞口(至少7m)，如此大规模的拆卸盾构隧道管片的做法在国内和国外都未见报道，上海地铁盾构隧道旁通道开孔的宽度是2.0m。所以，寻找可靠的开孔解决方案需要做大量工作。(2)方案二：钢管节牵引施工法
通道结构采用预先加工的钢管节，现场分节牵引施工钢管节，直至通道管道。施工次序如下：
1.旁通道与盾构隧道和已建地下二层停车库相
连处外侧周边7m范围内以及开挖断面外轮廓线以外
2.0m范围进行土体加固，用旋喷加固，要求加固后qu≥1.0Mpa。
2.完成道盾构推进工作，其中与旁通道相连的7环管片及其相邻一环管片采用钢管片，钢管片在开旁通道洞口边缘预留洞口加固措施。
3.在加固体养护完成前，进行管棚施工，由已建地下二层停车库向连通道方向，直至其顶和两侧外边缘。管棚钢管直径219mm，壁厚8mm。
4.盾构隧道和已建地下二层停车库开门洞处完成洞门加固施工并达到强度后拆除管片和破除外墙，在钢管节四周角部打若干根定向导轨。
5.旁通道第一节钢管节在盾构隧道开洞门处就位，用钢铰丝向已建地下二层停车库方向牵引，直至贯通，其中钢管节内加纵横钢支撑把截面分成6块。
6.贯通后施作钢筋混凝土内衬，内衬达到设计强度后，割除纵横钢支撑。
方案断面图
87
钢管节断面图
该方案优点：土体范围和加固量比方案一小，施工通道速度快。缺点：由于旁通道与已建地下二层停车库外墙斜交，为了牵引时有较好的方向性，钢管节端平面应与前进方向垂直，但这样一来钢管节最终无法与已建地下二层停车库外墙贴合，钢管节与已建地下二层车库间的接口需进行特殊处理；如果采用钢管节端平面与前进方向有一夹角，虽然可以解决接口不平的问题，但这样牵引过程中容易拉偏，定向导轨必须有很好的刚度；钢管节外包达宽8.4m，高3.6m，钢管节较大、较重，从应急连通道中运输就位较困难。
二、方案边界条件的变化及新的调整方案
工程进入初步设计阶段后，旁通道方案的边界条件发生了变化，主要是由于新建地下二层车库的总平面位置的进行了调整，引起了盾构隧道线路的相应调整。
由于线路的调整使旁通道的距离更长，原旁通
变化后的旁通道平面图（局部）
88
道的长度由19.8m增加为34.3m。旁通道的长度加长后导致暗挖施工的难度和施工造价成倍上升，施工风险大大增加。对于原旁通道施工方案一(推荐方案)，土体加固的范围将更大，施工周期更长；此外，对于原旁通道施工方案二，由于受到钢管节运输、定向导轨的精度以及施工精度的影响，该方案本身就较难实施，旁通道距离加长后，采用方案二可行性更小。
根据工程的实际情况，对原旁通道方案进行了调整，调整后的方案如下：
在盾构推进的线路上，距离已建地下二层车库最近处设置盾构通过工作井，工作井平面尺寸约为11m×7.8m，井壁采用现浇钢筋混凝土，先施工工作井，在工作井两端预留洞口，盾构机推进至此时穿井而过，工作井与已建地下二层车库的旁通道部分采用明挖施工。
盾构过井、明挖旁通道平面图（局部）
新方案的优点主要有以下几方面：
1.采用成熟的施工方法，工程风险大大降低，同时降低的还有工程投资；避免了暗挖法施工进度缓慢的问题。
2.不需要进行大面积的土体加固，对地面的绿化没有影响。
3.解决了盾构管片与旁通道连接接口的问题，盾构管片不再需要大范围地开孔，原来的技术难点迎刃而解。
4.由于采用明挖方案，旁通道与已建地下二层车库连接节点也变得容易处理，特别是可以调整旁
地下院30周年论文集
通道线路走向，使之与已建地下二层车库可以正交相接，降低了连接节点构造处理难度。
5.新老方案有关数据比较：
新方案
原方案施工费用450万元1730万元科研及鉴定费用无200万元设计周期1个月4个月(包括模型试验及专家评审等)
施工周期2个月9个月三、盾构过井的方案以及实施
1.过井方案的选择
一般盾构过井方案均采用在钢筋混凝土工作井底部搭设钢结构导向架方法，但这种方法只能进行直线推进，而本工程盾构隧道在线路全长范围内均采用R=380m的小半径推进(仅在两端进出洞处各有一段小于10m的直线段)，由于受两端建筑物的控制，线路已无调整余地。所以，在本工程中采用了工作井施工完毕回填土，在工作井两端预留洞口，井内不设导向架，盾构机完全在土中完成过井。此方案解决了盾构曲线过井的问题，而且工作井的平面尺寸也不受盾构长度控制，在满足旁通道净宽的前提下，可以尽量做短。2.工作井围护设计
工作井位于路侧的绿化区内，紧靠人行道，井
的北侧人行道下有多孔超高压电力排管，井的西侧为煤气调压站，所以在3号工作井的围护结构选型时条件比较多。
工作井顶板覆土约4m，开挖深度约15.08m，按常规考虑，围护结构宜采用地下连续墙，但由于盾构需要穿越工作井，所以要考虑盾构穿越地下连续墙的一系列措施，如预留盾构洞或者后凿洞等，施工步骤复杂。设计时考虑到工作井的平面尺寸较小
(11m×7.8m)，空间作用明显，所以围护结构采用
三轴SMW工法劲性水泥土搅拌桩内插H型钢作围护墙，采用Φ1000的SMW工法桩，密插H800×300的型钢，SMW工法H型钢长度为31m，插入深度比约为1.06，经计算完全能满足基坑变形要求。工作井
盾构隧道和顶管通道
开挖面位于第④层，坑底满堂旋喷加固。支撑系统采用φ609钢管支撑以及型钢围檩体系，竖向采用5道φ609的钢管支撑，施工工序为明挖顺筑作法。3.盾构过井施工流程
工作井开挖、构筑→井内土体回填→盾构穿越段土体加固→拔除SMW工法桩型钢，并对拔除H型钢后形成的空隙进行充填→盾构进洞→盾构穿越工作井后出洞。
4.盾构工作井的回填及回填土加固
回填土采用盾构掘进施工中的出土作为回填
土，对工作井满膛回填(底板~地面)，回填施工中，对回填土进行压实，加大井内回填土体的均匀性和密实性。由于回填土的地基承载力相对较小，而此次隧道掘进的盾构自重较大，在工作井的穿越过程中盾构有可能出现“磕头”现象，造成后续施工中盾构出洞的困难，因此还需对回填土进行土体加固。由于盾构穿越施工轴线为R=380m的曲线，掘进施工单侧纠偏，加固强度不宜过高，但加固体应均匀；所以坑内全部三重管高压旋喷桩的工艺进行加固施工，加固强度指标取0.3Mpa≤qu(10
天)≤0.4Mpa。
5.盾构推进轴线控制措施
为确保盾构轴线符合设计要求，采取了一系列施工措施：在盾构穿越过程中严格控制切口平衡压力，同时严格控制推进速度、总推力、出土量等，尽量减少平衡压力值的波动。穿越工作井阶段都是保持R=380m曲线施工，在保证轴线准确的情况下，盾构需均衡匀速的进行推进施工，盾构姿态变化不可过大、过频，防止盾构机碰到工作井的进、出洞门，并减少盾构在此施工段对地层扰动的影响。盾构穿越阶段推进速度控制在1cm/min以内，以减少挤土效应。
四、总结
1.盾构隧道旁通道施工技术风险大，费用高，周期长，如条件允许，明挖施工将是一个很好的选择。
2.盾构隧道大范围开孔的设计和施工是将来研究的方向。
3.盾构过井方案采用开挖后回填并加固的方法在技术上是可行的，实际施工中应特别注意在回填土中加固质量的保证。
