[发明专利]两线立交小半径、浅覆土、大纵坡复杂线型盾构施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说涉及一种两线立交小半径、浅覆土、大纵坡复杂线型隧道的盾构施工方法。

背景技术

盾构施工过程中会引起土体内应力的变化，改变土体结构强度，引起隧道周边一定范围内的地层移动。当两线隧道近接施工时，必然存在复杂的相互影响，尤其是先建隧道将会受到后建隧道施工的影响；而且隧道先后施工存在对地层的多次扰动和影响的叠加，容易使地表沉降超限。若同时存在小半径、大纵坡、浅覆土的复合线型情况，必将存在更为复杂的相互影响，地表位移更易超限，极大地增加施工的难度。小半径隧道盾构推进时轴线控制难度大，隧道时时处于急转弯状态，管片超装量较大，施工人员如不能很好控制，将造成超装滞后、盾构与管片之间卡壳、管片碎裂等情形；并且曲线的半径过小，盾构作用于管片后座的侧向分力很容易使成环管片外移，产生管片环的高差，同时，已经建成的隧道在盾构的推力作用下，极易产生偏移。隧道上方覆土层浅，盾构推进对地表的影响极大，机头容易上飘，易造成地表沉降、窜浆或塌方冒顶。大纵坡区段盾构施工过程中容易发生动力车脱车自走、盾构滑出台架等危险。从既有工程实例来看，有两线立交掘进、小半径曲线掘进、大纵坡掘进、浅覆土掘进等单个线形和简单立交的盾构掘进的施工方法，还未见有在两线立交小半径、浅覆土、大纵坡复杂线型情况下盾构施工方法的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两线立交、小半径、浅覆土、大纵坡复杂线型隧道的盾构施工方法，使复杂线型情况下的地表位移和隧道结构变形控制在限定范围内，以保障隧道施工和周围环境的安全。

为了实现上述目的，本发明通过二维有限元数值模拟试验和离心试验预测技术，分析了小半径及立交相关工况，确定了以下技术方案，两线立交小半径、浅覆土、大纵坡复杂线型盾构施工方法，包括有以下步骤：

1)、数值模拟分析确定两线立交的推进顺序

采用二维数值模拟，根据隧道推进顺序的不同模拟两个工况，即“先施工上方隧道，后施工下方隧道”(工况1)和“先施工下方隧道，后施工上方隧道”(工况2)两个顺序，计算分析两工况下后行隧道盾构施工引起的先建隧道位移和结构内力变化。根据模拟试验结果选择的盾构施工顺序为“先施工下方隧道，后施工上方隧道”，该工况条件下后行盾构施工引起的先建隧道位移和结构内力增量均较小。

2)、选择盾构机型

结合复杂线型具体情况，通过详细的盾构机方案优化比选，确定了安装有仿形刀，可控制超挖范围的土压平衡铰接式盾构机进行施工。盾构机最好选择安装2把仿形刀，超挖范围达100mm，水平铰接角度可达+1.5°的土压平衡铰接式盾构机。由于盾构增加了铰接部分，使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成活体，增加了盾构的灵敏度，使其在施工过程中，对隧道的轴线控制更加方便，管片外弧碎裂和管片渗水等情况可得以改善，并且可根据推进轴线情况进行超挖量的控制，便于施工的顺利进行和隧道变形的有效控制。

3)、对地表、地层采取辅助加强措施

(1)隧道管片壁后注浆加固

①先建隧道内注浆加固

后建隧道施工前，通过先建隧道内的预埋注浆孔对土体进行注浆加固，加固范围为管片壁后2m，以加强隧道两侧的土体强度，待土体达到一定强度后，才进行后建隧道的施工。

②后建隧道内注浆加固

后建隧道每掘进完成5环，及时通过隧道内的预埋注浆孔对土体进行注浆加固，加固范围为管片壁后2m，每环有5个注浆孔；在立交段增设注浆孔管片，每环有16个注浆孔。

(2)已建隧道内压重

在两线立交段，后建隧道开挖后，先建隧道上方由于应力释放而使其失去原有的平衡状态，引起隧道及周围土体一定程度上的“回弹”。因此在后建隧道盾构推进前，在先建隧道内采用袋装钢渣进行压重：

压重范围：立交交叉点前后各15m，共30m；

压重重量：5t/m；

压重时间：盾构开挖面前3环，后建隧道每推进一段，及时在先建隧道内压重一段；

分期卸载：盾构通过立交段后，待洞内注浆加固土体达到设计强度后，分期卸载，根据监测数据，适时调整分期卸载重量以及卸载时间。

(3)地表压重