ｒ＿］ 壅壁 小问距平行盾构隧道加固方法实例分析 杨振丹 （天津市地下铁道集团有限公司，天津３０００５１） 摘要：结合天津地铁２号线某区间小间距平行盾构隧道并行的工程实例，以控制后施工隧道对已施工隧道结构的影响 为目标，通过对旋喷桩加固和冻结法两种工程措施进行对比分析，确定采用冻结法配合隔离桩加固的方法对此小间距隧 道进行加固。简要介绍了工程难点、关键技术方案及施工应急预案等工程实践，为此工程顺利实施提供依据和指导，可 供类似工程参考。 关键词：小间距；平行盾构隧道；加固；冻结法 ＤＯＩ：Ｉ Ｏ．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ６７１—６３９６．２０１ ０．１ ４．０１ ９ Ｅｘａｍｐｌｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａ Ｓｍａｌｌ Ｓｐａｃｉｎｇ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｓｈｉｅｌｄ Ｔｕｎｎｅｌ ＹＡＮＧ Ｚｈｅｎ．ｄａｎ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｍｅｔｒｏ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００５ １） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｗｏｒｋ ｏｆ ａ ｓｍａｌｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｐａｒａｌｌｅｌ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｎｏ．２ ｍｅｔｒｏ ｌｉｎｅ，ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｔｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ ｔｈｅ ｅａｒｌｉｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｔｕｎｎｅｌ－ｂｖ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｏｔａｒｙ ｊｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｐｉｌｅｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｄｏｐｔｅｄ．Ｐｒｏｊｅｃｔ ｄｉｉｃｕｌｆｔｉｅｓ，ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｐｌａｎ ａｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｇｉｓｔ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｒｆ ｔｈｉｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｍａｌｌ ｓｐａｃｉｎｇ；Ｐａｒａ１１ｅｌ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ；Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；Ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ 现行《地铁设计规范》Ⅲ规定，盾构法施工的平行隧 道问的净距，不宜小于隧道外轮廓直径，在设计阶段小间 距隧道方案应尽量避免。按照国内盾构法在软土地层中的 施工经验：当区间隧道的净距大于５ｍ时，后施工区间正常 施工对已施工区间结构的影响很小，正常情况下可不考虑 施工荷载的影响；当区间隧道的净ＢＡｄ，于３ｍ时，需要考虑 软，含水量大，如图２所示。粉土层地下水较丰富，水压较 大，粉质粘土层透水性较差，工程地质条件较差，盾构施工 时０．９８ｍ的土体极易破坏。 采取地层加固或其他措施来控制后施工区问对已施工区间 结构的影响。小间距盾构隧道施工造成的影响主要有以下 几个方面：①已施工隧道引起的围岩松弛对后施工隧道产 生影响；②后施工隧道引起的围岩松弛范围的变化对先施 工隧道产生影响；③后施工隧道的掘进对已施工隧道产生 影响；④因压浆而产生的挤压影响：⑤后施工隧道对已施 工隧道轴线影响。 上述影响如果处理不当，可能导致衬砌变形、接头螺 图１天津地铁２号线某区间两平行盾构隧道最小净距 栓断裂、先施工隧道移位、管片破损、隧道塌陷甚至两个 隧道串通、盾构机被埋、地表塌陷从而导致周围建筑物受 损等现象。 ｌ 工程概况 天津地铁２号线某区间两平行盾构隧道最小净距仅 ０．９８ｍ（如图１所示），隧道埋深１６ｍ，净间距已不满足一 倍洞径要求，必须采取加固措施。本次加固范围为小间距 段距盾构接收井７０ｍ长度内，不包括盾构接收井端头加 固。 ２ 工程地质及周边建（构）筑物 隧道所在地层土质主要为粉质粘土、粉土，士体较 收稿日期：２０１０—０３—２６修回日期：２０１Ｏ－０４—２２ 作者简介：杨振丹（１９８３一），女，汉族，硕士，助理工程师，主要从事地铁工程建设工作。 ３９ 中国西部科技 ２０１０年０５月（中旬）第０９卷第１４期总第２１１期 小间距区域地面管线密集，存在电力、６Ｏ孔通讯、污 进洞口中心布置１个冻结孔，从进洞口中心向外布置 水、雨水等１Ｏ多条管线。根据现场调查，在盾构隧道小间 ３圈冻结孔。第１圈圈径２．５０ｍ，孔数６个，孔间距１．２５０ｍ； 距范围内有某电信大楼距离隧道中线１１．７ｍ，在其周围有较 第２圈圈径４．９０ｍ，孑Ｌ数ｌ２个，孔间距１．２６８ｍ；第３圈圈径 多的电信管线密布，一旦沉降过火或塌陷将造成巨大损 ７．３０ｍ，孔数２４个，孔间距０．９５３ｍ，如图４所示。 失。 ４．２方案对比分析 ３ 工程难点 旋喷桩配合隔离桩加固对管线、交通造成较大影响： 根据工程地质条件和现场施工情况，对本项目的工程 由于小间距区域地面管线密集，采用地面旋喷及隔离桩加 难点分析如下：①如此小间距平行盾构隧道设计与施工在 固管线切改工作量大，特别是６Ｏ孔通讯，为天津市重要枢 国内尚属少见，对施工期间两隧道间的相互影响，其分析 纽线，切改难度大、费用高，预计切改费用需要２０００万 方法还不成熟，国内外类似工程和经验很少，这给设计、 元，而且管线切改期间需封闭重要交通要道。管线切改时 施工提出了挑战。②后施工盾构隧道施工对已施工盾构隧 间预计２个月，旋喷桩及隔离桩施工周期约为１．５个月，共 道的影响是一个复杂的挤压、卸载过程，其中包含的地层 需封闭交通时间为３．５个月。如果采用冻结法加固则无需地 反力和管片内力的变化等，采取何种加固措施保护已施工 面断交导行，无需进行管线切改，两种方案的对比分析见 盾构隧道的安全，也是设计的难点。③两线隧道距离太 表１。 近，施工对地层的扰动相对较大，引起的地面沉降也会较 旌噔毓 舍编鬲ｊＩ眭棚鄹 球持捂 含隔鬲植加固 大。因此，如何保证隧道结构安全的同时，确保楼房的安 爱全ｌ生 较好 最好 经挤洼 ∞孔＇虚讯管绒切改约需２ｏ∞万 增加了 无慧蛾切改费用，增加的冷球费用约９５６ ９ 全也是要解决的难题。④由于小间距区域地面管线密集， 总体投入 元。整体威奉低于地面埔团 列外界影响 影响较大 影ｑ獭小 考虑对管线、交通造成的影响，加固措施难以从地面施 列工期彰晌 对绝对工期无最蛹 对绝对工期无影响 作，因此加固措施的设计及施工难度很大。⑤如何分析实 表１加固方案对比 际施工中的各种风险点，并提出怎样的应急预案措施指导 可见，相对于旋喷法加固，冻结法安全性高，对外界 下一步施工等要求很高。 影响小，而且总成本低，对绝对工期无影响，按照目前上 ４ 加固方案 海、天津等城市地铁施工经验，冻结法加固较旋喷法及其 综合小间距段的设计情况及水文、地质条件，可采用 他加固方法，安全性较高，对外界环境影响较小，特别是 的加固方式有两种：旋喷桩配合隔离桩加崮、冻结法配合 在粉土、粉砂土层中，当采用其他加固方法效果无法保证 隔离桩加固。 时，采用冻结法加固优势最为明显。因此，建议采用冻结 ４．１方案介绍 法配合隔离桩加固的方法对小间距盾构隧道进行加固。 （１）旋喷桩配合隔离桩加固。小间距段距盾构接收井 ５ 冻结施工 ７０ｍ范围内采用 ８０００１２００，桩长３０ｍ（中６０００１０００）的隔离 ５．１施工流程 桩加固，盾构进洞处采用旋喷桩加固。 冻结加固方案的施工流程 见图５。 （２）冻结法配合隔离桩加固。距盾构出洞口１ｌｍ范围 内隧道（隧道外皮问距０．９８ｍ～１．７５ｍ）全面冻结，１ｌ～ ３５ｍ范围内隧道（隧道外皮间距１．７５ｍ￣３．１９ｍ）外围环形冻 结，３５～７０ｍ范围（隧道外皮间距３．１９ｍ￣５．２９ｍ）内采用隔 豫绪系统安装、调溃卜＿—＿叫充Ｒ。 、融化ｃ∞ｂ、试运转 离桩加固，如图３所示。 辐璃融 一 ｝ Ｉ ／———＼ 一、 检 水温震ｌ流量、测温孔温度 ｌ箍环热盐水拔除冻结营 Ｈ 蠡掏睦滑卜＿— 图５冻结施工流程 ３ 瓣２ 善，， ／：， ．Ａ ＋・＋一 善… 善，，，… ；…… 母…毫 ｝・ ０＋ ￥ ｛ ｌ１．ｊ ｍ Ｉｌｌｍ Ｉ５．２施工关键技术 ５．２．１冻结孔施工 图３冻结法配合隔离桩加固方案 冻结孔钻进深度应确保冻结管能下到设计深度，并保 证孔位偏差不大于５０咖、钻孔偏斜率控制在１％以内。水平 冻结孔采用夯管法施工。。 ，用精密地质罗盘调整冻结管和夯 管锤方位，保证冻结管和夯管锤在设计冻结孔轨迹上。夯 进前１ｍ冻结管时，要控制夯进速度（减小供风），反复校 核冻结管方向，调整夯管锤位置，检查偏斜无问题后方可 继续夯进。 ５．２．２积极冻结 冻结加固要随时调节压力、温度等各状态参数，使机 图４冻结孔开孔布置图 组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行，必 （下转第４９页） ４０ 广＿］ 垄 合管是刚刚兴起的一种新型建筑室内管道，它具有不锈钢 管的美观、耐压、抗冲击性能，以及塑料管重量轻、耐腐 蚀、卫生安全、水流阻力小、安装方便等特性，可适用于 建筑冷热水供应、采暖和燃气供应，具有较好的市场潜 力。 部用水量又大义很不均匀； （４）分区供水的给水方式。适 用层数较多的建筑物，为了充分有效地利用室外管网的水 压，将建筑物分成上下两个供水区，下区直接在城市管网 压力下工作，上区则由水泵水箱联合供水。因此，建筑给 水排水的工程设计，应由其专业人员根据专业知识进行设 计。 ３ 智能建筑给排水系统 智能建筑是计算机和信息处理等高技术与建筑艺术的 有机结合。综合型智能建筑由三大基本要素构成，即办公 自动化系统（ＯＡＳ）、建筑设备自动化系统（ＢＡＳ）和通讯 网络系统（ＣＮＳ），这三大要素也称之为３Ａ系统。建筑设备 在新世纪，建筑给排水将担负新的历史重任，面临新 的挑战。建筑给排水将更突出以人为本的原则，并将重点 调整到民用建筑与工业建筑并重，公共建筑与居住建筑并 重，冷水供应与热水供应并重，供水的水量、水压与水质 自动化系统保证机电设备和安全管理的自动化，对楼宇温 度、湿度、含氧量与照明度等参数值进行测量，并按照使 用者要求迅速实施调节和综合管理，为用户提供舒适宜人 的室内环境和可靠的安全保障。 给排水系统属建筑设备管理自动化系统的一部分，要 求其运行安全可靠，实现水泵最佳运行控制。 并重等方向上来，走上全面、均衡、务实、安全的发展之 路。 参考文献： ［１］张瑞武．智能建筑（第一版）［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９６． ［２］姜文源．建筑给排水技术现状及发展趋向．给水排水［Ｍ］．中国建 筑工业出版社，ｌ９９８． ［３］华东建筑设计院．智能建筑设计技术（第一版）［Ｍ］．上海：同济 大学出版社，１９９１． ［４］太原工业火学等．建筑给水排水工程［Ｍ］．北京：中国建筑工业出 版社，１９９１． 建筑内部给水系统基本的给水方式有以下几种： （１） 接给水方式。适用于废水管网的水量、水压在一天的任何 时间内都能够满足建筑物内部需要时采用； （２）水泵和水 箱联合给水方式。适用于室外给水管网中压力低于或周期 性低于建筑物内部给水管网所需压力，且建筑物内部用水 又很不均匀； （３）水泵给水方式。适用于室外给水管网中 ［５］刘国林．建筑物自动系统（第一版）［Ｍ］．北京：机械工业出版 社，２００２． ［６］姜文源，肖正辉．建筑给水排水常用设计规范详解手册．北京：中 压力在一天中大部分时间满足不了室内需要，且建筑物内 国建筑工业出版社，１９９６． （上接第４０页）要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转 正常后进入积极冻结，要求一周内盐水温度降至一２０￣Ｃ以 下。 ５．２．３冻门凿除 盐水，然后在供液管中通入液氮并控制其流量，使液氮排 气温度控制在一６０￣Ｃ～８Ｏ℃之间。 （２）盾构机头被冻结。盾构推进通过冻土墙时，如因 土体冻结造成排十困难，可在盾构机土仓内灌入比重 １．２４～１．２６的盐水。一旦盾构机头被冻结，可在机头内用 锅炉加热化冻。 （３）冻结管被拔断。冻结管…旦被拔断，应立即停止 实测测温孔温度，当冻土墙平均温度和厚度达到设计 值，冻土墙与地连墙界面温度不高于一５￣Ｃ时，可破盾构进 洞口地连墙钢筋混凝土。 ５．２．４停冻与拔冻结管 拔管，待拔完其它冻结管后，拔出供液管，然后在冻结管 内下拔管器进行拔管，确保拔管器应下到孔底。 ６ 结论 通过计算分析，结合现场工程条件，从技术可行性、 施工难易程度、工程造价、对周边环境的影响及工期等方 面对旋喷桩配合隔离桩加固、冻结法配合隔离桩加固两种 在盾构机接近冻土边沿２ｍ时，停止推进。安装好密封 圈后可停止冻结进入拔管工序，最后凿除洞门地连墙盾构 机进洞。 ５．３应急预案 根据现场工程地质条件和国内类似工程施工经验，针 对冻结法相关施工风险点，编制详细的专项施工方案。同 时，为了加强对风险点的适时控制，针对不同风险点对症 下药建立规范有效的应急预案。 （１）冻结期间冻结管盐水漏失。一旦发生冻结管盐水 加固方法进行比较可知，采用冻结法配合隔离桩方案对小 间距盾构隧道进行加固是较为合理的。 参考文献： ［１］建设部．地铁设计规范［Ｍ］．北京：中国计划出版社，２００３：６０． ［２］马芹永．人工冻结法的理论与施工技术［蛔．北京：人民交通出版 社，２００７：１１４～１１６． ［３］王胜利，韩圣铭．气动夯管法施工水甲冻结孔技术［Ｊ］．中国市政 工程，２００７（１）：６１～６３． 漏失，立即查明漏盐水的冻结管并关闭该冻结管盐水供 应。如果土层含盐难以冻结或冻土强度不能满足要求，漏 盐水的冻结管改用液氮冻结，即用压缩空气吹出冻结管中 ４９
