刘 源

（中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065200）

0 引言

随着社会城市的发展，城市交通压力日益增大，发展城市立体交通成为必然。与传统的城市地铁建设施工方法相比较，双护盾TBM 工法是一种施工速度快、安全性能高、施工条件好的隧道施工方法。在岩质地层条件下城市轨道交通修建过程中，采用双护盾TBM 工法能够较好的解决矿山法所带来的施工速度慢、爆破振动扰民等问题。近年来，不少专家学者对双护盾TBM 及其施工进行了研究[1-2]。黄舰对青岛地铁区间隧道双护盾TBM 地质适应性进行了分析[3]。

该文根据青岛地铁2 号线隧道下穿的人防洞室和设备特性等因素，对双护盾TBM 工法在青岛地铁超近距离下穿人防洞室施工中的应用进行研究总结。

1 工程概况

青岛地铁是国内首次将双护盾TBM 运用至城市硬岩隧道地铁施工工程。青岛地铁2 号线一标03 工区泰山路站～芝泉路站区间隧道共穿越人防洞室2 处，下穿段范围为ZSK24+950～ZSK25+095（图1、图2），ZSK25+125～ZSK 25+280（图3、图4），下穿段落长度为300 m，隧道开挖直径6.3 m。人防洞室均为毛洞，洞室开挖完后，未采取任何支护措施，在线路施工范围内距隧道顶最近处仅为0.91 m。人防洞室与下穿隧道之间关系复杂，结构外边缘间垂直距离变化幅度较大。且人防洞室距离区间隧道较近，常年封闭，积水量较大。施工过程中存在坍塌、涌水等重大安全隐患。人防洞室与区间隧道相对关系见表1。

表1 区间隧道下穿人防洞室统计表

2 施工难点

2.1 人防洞室极易出现坍塌

本段落隧道穿越地层以中等～微风化花岗岩层为主，局部地段煌斑岩及花岗斑岩等脉岩发育，部分地段受构造影响为发育碎裂岩等构造岩，围岩等级多为Ⅴ、Ⅵ级，少部分段落为Ⅱ级，岩体破碎。因人防洞室均为毛洞，且开挖后未采取任何加固措施，隧道成洞后人防洞室下部支承力不足，TBM掘进施工时因挤压及震动作用破坏了岩体间原有受力平衡，极易造成人防洞室坍塌。

2.2 隧道涌水

图1 ZSK24+950～ZSK25+095 段人防洞室位置示意图

图2 ZSK24+950～ZSK25+095 段人防洞室与隧道位置关系图

图3 ZSK25+125～ZSK25+280 段人防洞室位置示意图

图4 ZSK25+125～ZSK25+280 段人防洞室与隧道位置关系图

人防洞室处于长年封闭状态，洞室内积水量大，且施工时正值雨季，地下水量受季节影响较大，部分破碎岩体渗透性强，局部岩脉及构造岩发育处地下水较丰富，且具有承压性，其最大涌水量约8.0 m³/d·m，掘进时极易造成洞内大量涌水的情况发生。

2.3 地面沉降造成建构筑物开裂甚至坍塌

TBM 掘进施工对岩体具有很强的扰动作用，加上人防洞室自身结构的特点，极易出现人防洞室下沉变形的情况。土体自重及地面建构筑物附重加剧了地面沉降及坍塌的可能性，大范围的地层岩体的扰动变形使地面建构筑物发生开裂甚至倒塌，具有较大的安全风险。

2.4 对TBM掘进姿态及掘进参数控制精度要求极高

区间隧道多次交叉下穿人防洞室，人防洞室与区间隧道间最小垂直距离仅为0.91 m，由TBM 始发井至泰山路站掘进施工时隧道坡度为3%。TBM 掘进速率控制不当，会造成围岩自稳能力下降，易造成坍塌，将降低TBM 的掘进速率。且TBM 在坚硬耐磨岩石中掘进时，刀具磨损和刀圈消耗较快，也会影响TBM 的掘进速率。TBM 掘进施工时盾体呈“抬头”姿态向前掘进，掘进施工时，如果盾体“抬头”过大时极易穿透人防洞室底部，如果TBM 掘进速度较快或下部主推油缸推力过大时造成TBM 姿态突变也可能导致上述情况的发生。

3 技术措施

3.1 人防洞室内集水坑处理

3.1.1 现场补勘

人防洞室修建年代久远，可供参照的资料不足，且前期未对人防洞室进行调查，导致现有人防洞室调查资料不能满足设计、施工需要。为了保证施工安全，TBM 掘进施工前组织相关人员对此段落围岩地质情况及人防洞室结构现状进行现场补勘调查。

3.1.2 回填处理

对洞室内集水坑进行回填处理，采用C30、P8 混凝土进行回填，施工前对其标高、形状进行详细勘察，并对坑内积水进行抽排。由于集水坑与区间隧道是局部交叉的，因此，施工完成后保证隧道开挖轮廓上方有不小于1 m 的混凝土覆层。而人防洞室其他部分与区间隧道最少均有1 m 左右，还要对人防洞室进行拱架以及喷射混凝土全面加固，厚度约30 cm。

3.2 预加固措施

人防洞室与地铁隧道之间的关系复杂，且人防洞室为毛洞，当人防洞室断面底板与隧道拱顶的距离不足2.5 m时，TBM 掘进过程中人防洞室存在安全隐患较大，为了防止隧道出现坍塌，人防洞室会提前采取加固措施，对此断面进行全环加固处理。在人防洞室内提前架设全环I16 钢架，间距1 m，并喷射C25 混凝土包裹钢架，而断面底板与隧道拱顶的距离大于2.5 m 时，采用底板喷射250 mm 厚C30、P8 混凝土加固处理，各断面加固参数表见表2。

表2 各断面加固参数

为了保证施工安全，区间隧道TBM 掘进后对人防洞室也采取加固措施，TBM 掘进过后，密切监控洞周变形，必要时采取型钢钢架+喷射混凝土的加固措施。

3.3 施工参数控制

由于人防洞室距离TBM 隧道很近，隧道拱顶处岩层较薄，因此在TBM 掘进下穿人防洞室时应严格控制推力和刀盘转速等掘进参数，控制人防洞室的安全。该项目所用双护盾TBM 主要技术参数见表3。施工时遵循“低推力、低转速”原则，掘进参数选择见表4。

表3 TBM 主要技术参数

表4 掘进参数

进入下穿人防洞室范围内掘进施工前10 m 即停机检修，严禁TBM“带病”进入此段落施工。进入下穿段掘进前5 m 进行掘进参数的调整，推进时速度应控制在2.5 cm/min～3 cm/min，推力＜4 000 kN，以此减小TBM 掘进推力过大及速度过快对地层的扰动影响，减少了土体坍塌的可能性。

为了避免掘进过程中盾体姿态的突变，特别是刀盘“抬头值”过大，而导致人防洞室底部被穿透的情况发生，掘进时应当精确控制TBM 油缸推力，降低刀盘转速和推力，减少单位时间内出渣量，不停机快速通过，防止塌方；掘进过程中严格控制出碴量。

3.4 监控量测及信息反馈

由于人防洞室距离TBM 隧道较近，隧道拱顶处岩层较薄，为防止在TBM 掘进过程中，人防洞室出现异常情况，过程中对人防洞室的底板沉降、拱顶沉降、净空收敛以及地表沉降作为主控项目进行了严密的监控，并设定了警戒值、控制值，见表5。

表5 人防洞室监控控制值表

为了避免地面构建物出现开裂及坍塌等安全风险，人防洞室内部监测点布设的同时，也要在人防洞室上方布设房屋、地表、管线监控量测点，定时进行测量，如发现有沉降达到预警值，及时采取加固措施。

4 施工效果

该工程双护盾TBM 超近距离下穿人防洞室施工，在国内城市硬岩地铁施工中尚属首例，超近距离下穿人防洞室的区间隧道对设备的适应性和施工技术管理水平提出了严苛的考验，在采取了该文所述的措施后，超近距离下穿人防洞室段未出现坍塌及涌水情况，地表沉降控制在-15 mm～0 mm，地面建（构）筑物未出现开裂、坍塌的情况，各项指标达到优良工程标准，很好地完成了这一重难点的施工任务。

5 结论与建议

结论与建议有如下2 点：1）在双护盾TBM 超近距离下穿人防洞室段落隧道施工中，既有和一般的隧道掘进相同的一面，又有其特殊性，要着重研究和控制它特殊性的一面。2）在双护盾TBM 超近距离下穿人防洞室区间隧道施工中，要抓住人防洞室易坍塌、沉降的特点，做好超前预加固及监控量测措施，TBM 进入此段落施工时要严格控制施工参数，以“小推力、短进尺、勤监测、勤调整、及时背后回填”的原则进行推进，随着区间隧道与人防洞室垂直距离的变化不断进行各种参数优化。