重叠隧道盾构施工作业指导书

1、工程概况

1.1工程简介

本标段隧道上下重叠部分包含在红岭站～老街站，老街站～晒布路站二个盾构区间隧道。

红岭站～老街站盾构区间隧道左线长1273.759m 、右线长1262.7m，上下重叠隧道的最小净距为1.6m（老街站西端头处）。轨面埋深11.0m～37.0m，隧道拱顶埋深约为6.0m～32.0 m。本区间隧道左、右线以14.0m的线间距从红岭站平行出发后，以R=400m曲线（曲线长度约为300m），在下穿多幢房屋、宝安南路、笔架山渠后，左右线隧道在平面上线间距逐渐缩小，纵断面上轨面高差逐渐加大，在接近桂圆路时，左右线隧道变为完全上下重叠的布置型式（左线在上，右线在下）。左右线以上下重叠的结构型式、R=350m的曲线（曲线长度约330m ）在下穿布吉河、星港中心和广深铁路桥后进入老街站，上下重叠及过渡线路长度约440m。

老街站～晒布路站盾构区间隧道左线长838.59m 、右线长836.03m，由于受老街站的（车站采用上下重叠的侧式站台形式）控制，左右线隧道（左线在上，右线在下）以轨面高差7.6m的间距（两隧道净距为1.6）从老街站以上下重叠的形式出发后，左右线以R=350m的曲线（右线曲线长度482.545m，左线曲线长度525.008m ）在下穿多幢房屋、东门老街繁华商业区后，在接近东门中路时左右线隧道在平面上线间距逐渐拉开，纵断面上轨面高差逐渐减少，左右线隧道逐渐由上下重叠过渡到左、右平行的结构形式。上下重叠及过渡线路长度约740.0m。

1.2地质条件

红老区间地形稍有起伏，红岭站至变电站段属坡残积区，地势较高，变电站至老街站属冲洪积区，地势平坦，总体上红岭站端高、老街站端低，地面高程4.5m~21.8m。线路所经处楼宇密布，商业发达。本区间线路经过地段，覆土表层为第四系人工填筑的（Q4ml）素填土、杂填土，其下为冲洪积（Q4al+pl）淤泥质土、砂层、粘性土，残积（Qel）粘性土，下伏基岩为花岗片岩（γ23）及花岗片麻岩（Zyk）。盾构隧道通过地段的地质条件复杂，地层起伏较大，主要从花岗岩的可塑状残积土、硬塑状残积土、全、强风化地层中穿越，局部地段从中、微风化岩层和砂层中穿越；且要穿过布吉河古河道，富水性、透水性均较强，对隧道施工影响较大。同时盾构通过地段有部分桩基托换后的旧桩，地面房屋密集，绝大部分为6～8层的柱基础、条形基础或筏板基础，地面沉降控制严格。

老晒区间穿越冲洪积平面区，地势平坦，地面高程一般5m~6m。洞身穿过冲洪积粘性土层、残积土层、风化层，地下水较发育，地质条件复杂。本区间线路经过地段，覆土表层为第四系人工填筑的（Q4ml）素填土、杂填土，其下为冲洪积（Q4al+pl）淤泥质土、砂层、粘性土，残积（Qel）粘性土，下伏基岩为花岗片岩（γ23）及花岗片麻岩（Zyk）。

2、目的

对于小净距隧道施工起到指导作用，通过加强监控量测，根据反馈的信息，调整施工参数，采取诸如地基改良、跟踪注浆等措施确保隧道的变形、应力变化、沉降等方面不超过控制值，确保施工安全、质量。

3、编制范围

适用于红岭站～老街站，老街站～晒布路站二个区间小净距重叠隧道盾构施工。

4、编制依据

4.1深圳轨道交通二期3号线3101工程施工总承合同文件、设计图纸；

4.2 深圳轨道交通二期3号线3101工程详细勘察阶段《岩土工程勘察报告》；

4.3本标段现场调查资料；

4.4国家现行有关施工及验收规范、规则、质量技术标准，以及深圳特区在安全文明施工、环境保护、交通组织等方面的规定；

5、技术标准及要求

建立与本工程结构、环境及地层参数相适应的模型进行数值模拟，分析隧道应力及变形规律，优选最佳施工工序。采用夹土体注浆加固、下洞移动台车支撑等技术，加强施工监控，确保下洞隧道安全。通过对盾构掘进参数的控制，保证同步注浆，并及时进行二次注浆，确保地面沉降可控，防止地面建构筑物破坏。

6、施工程序和工艺流程

先施工下部隧道，后行施工上部隧道。上下隧道盾构掘进的纵向距离净距不小于40环管片的距离，即60m。采用信息化反馈施工，动态调整物理、材料、空间等参数，始终合理控制推进速度，严格控制土仓压力、出土量及盾构姿态变化。

6.1工艺流程框图

7、施工方法

7.1下洞隧道施工

盾构推进过程中，根据此段地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果调整土仓压力，推进速度保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，尽量减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。施工过程同正常施工。

7.2通过下洞隧道进行夹土体注浆加固

7.2.1小净距重叠隧道盾构施工夹土体厚度较小，受隧道开挖扰动影响严重，地层承载力不足，上洞隧道施工过程中盾构机姿态控制难度加大，易导致盾构机“栽头”现象。并且在运营阶段，上洞列车的振动也会对上下洞间所夹土体产生震动，进而引起上下洞盾构隧道变形，影响隧道的稳定性，导致管片变形、隧道位移、螺栓松动或受剪等问题。

为了增强隧道间土体的抗压、抗剪能力，对上下洞间所夹土体进行了注浆加固处理，以保证重叠隧道的施工安全及后期的运营安全。

7.2.2具体要求：

在下洞掘进过程中，首先加大同步注浆量和注浆压力，要求每环注浆量不小于7m3 ，以保证盾尾的土体与管片空隙及相邻土体的密实性。二次注浆浆液采用水泥- 水玻璃双液浆（浆液配合比1∶1；水泥浆水灰比1∶1，水玻璃模数m = 216， 浓度35 Be′）， 注浆压力0.15 ～1.10MPa，每孔注浆量不小于11.8 m3，要求加固后的土体无侧限抗压强度不小于0.4MPa。

在上洞施工中也应加大同步注浆和二次注浆量，并采用同样的方式向洞间所夹土体进行注浆，在二次注浆孔中设置一定长度的注浆管，注浆管距另一隧道的最小距离不应小于50cm。注浆管深入地层中，通过注浆管向上下洞间所夹土体进行注浆，以提高夹土体的强度，浆液采用水泥—水玻璃双浆液，注浆压力为0.5～1MPa，每孔注浆量不小于1.8m³，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，加固范围为每环均进行，要求加固后的土体无侧限抗压强度不小于0.4Mpa。布孔及注浆范围见图7.2.1.

为顺利施工，钢花管取与预留注浆孔（即拼装螺丝孔）直径一样的φ32mm无缝钢管加工制作。杆段预留800mm长的止浆端，不钻孔，顶端加工成椎形，中间每隔150mm间距梅花形布置φ10mm钻孔。钢花管的长度根据上下洞隧道净距现场确定。

7.3上洞隧道施工

为加强盾构掘进控制，减少下洞的隧道竖向移动和结构内力的变化，上洞盾构施工需遵循以下原则：

7.3.1严格以土压平衡状态土压力计算值为盾构掘进施工的土压设定值，严格以理论出土量为盾构弃土控制值；

7.3.2盾构机竖直方向（高程） 的控制原则：严格控制盾构机竖向、水平偏差和倾角偏差，合理控制推进千斤顶行程差，避免大幅度的轴线纠偏动作。由于左、右线隧道净距非常小，为了减小盾构施工对周边土体扰动，减小对下部右线隧道施工的影响，禁止大幅纠偏，纠偏原则为“勤纠、少纠”。

7.3.3同步注浆及时、足量，在盾构机后方通过注浆孔及时进行了二次补浆；

7.3.4在未到重叠隧道段前的加固区域进行刀具的检查，确保刀具的完好性。

7.3.5严格控制主要掘进参数

盾构推进过程中，根据此段地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果调整土仓压力，减少压力波动。推进速度保持相对平稳，控制好纠偏量，尽量减少对土体的扰动，加强出土量监控，防止超挖和欠挖，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。

1）土仓压力值的选定

严格以土压平衡状态下的土压力计算值为盾构掘进施工的土压设定值， 根据计算上部土压为1.2bar，施工中仅可以在项目工程师认可的前提下，进行微量的调整。同时可以通过埋深、土体位移和深层沉降的监测信息，对土压设定值进行修正。

2）出碴量的控制

考虑到土层松散系数实际每环出碴量控制根据监控量测数据和经验来控制。一般在70方左右。严格以理论出土量为盾构弃土控制值,每环出土量偏差不得超过1m3 。为了避免数量统计误差，施工中尽可能将土箱清洗干净。一旦出现超挖现象，必须如实反馈，在后续注浆施工中，将针对性地进行超量注浆。

3）推进力和推进速度

掘进速度太慢对土体扰动较大且不利于出渣量的控制，速度过快不利于掌子面的稳定，且易造成土仓压力的不稳定性变化。掘进速度及推力的选定以保持土仓压力为目的，根据重叠段确定盾构掘进速度为20～40mm/min；掘进过程中，根据实际情况，及时、合理调整掘进速度及推力。

7.3.6盾构姿态控制

由于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地层损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。

鉴于重叠隧道上洞盾构掘进所在土体已先期扰动，且上下隧道间距较小，必须严格控制盾构掘进竖向偏差，合理选择掘进趋势，较小“栽头”风险。掘进中盾构务必保持平稳推进，适当提高贯入度，减少纠偏，减少对正面土体的扰动。因此，推进过程中将盾构DTA整体抬高3cm，垂直向趋势保持在+3，以防盾构机下沉，将施工测量结果不断地与计算的三维坐标相校核，及时调整。另外，在穿越过程中控制刀盘转向，以免对土体产生较大的扰动。

7.3.7同步壁后注浆

盾构施工引起的地层损失和盾构隧洞周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结以及地下水的渗透，是导致地表沉降的重要原因。尤其是重叠段，为了减少和防止沉降，在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的管片背后同步注入足量的浆液材料充填盾尾环形建筑空隙，支撑管片周围岩体；凝结的浆液将作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，增强隧道的防水能力；为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。必要时要注双液浆进一步加快管片填充物的固结时间，尽快稳定地层，减少扰动与下沉量。

1）注浆材料

采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用P0.32.5，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。

2)浆液配比及主要物理力学指标

根据经验，同步注浆拟采用下表所示的配合比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定最合理的配合比。拟定同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：

表7.3.7-1  同步注浆配比表（根据现场实际情况适当调整）

b、固结体强度：一天不小于0.5MPa，28天不小于5.4MPa。

c、浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%，浆液稠度：85cm

d、浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。

3)注浆方法和工艺

同步注浆通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆，示意图见图7.3.7。

图7.3.7 同步注浆示意图

4)设备配置

搅拌站：自行设计建造的砂浆搅拌站一座，采用JS500搅拌机。

同步注浆系统：配备SWHING KSP12液压注浆泵2台，注浆能力3×12 m³/h，8个盾尾注入管口（其中4个备用）及其配套管路。

运输系统：8m³砂浆罐车，带有自搅拌功能和砂浆输送泵。

7.3.8二次补强注浆

二次补强注浆一般在管片与围岩间的空隙充填密实性差，致使隧洞变形得不到有效控制或管片衬砌出现渗漏的情况下实施。同时，地表如果出现过大沉陷时可通过二次注浆进行抬升和补强。施工时采用隧道监测信息反馈，结合洞内超声波探测管片衬砌背后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次注浆。

1）注浆材料、浆液配比及性能指数

二次注浆材料要可注性强，对同步注浆起充填和补充作用。

当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。同时为了及早建立起浆液的高粘度，以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干（将地下水压入地层深处），获得最佳充填效果，这时需要将浆液的凝胶时间调整至1～4min，必要时二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆。双液浆的初步配比见表5-2。

表7.3.8-1双液浆浆液配比

补强注浆采用自备的KBY-50/70双液注浆泵。

二次补强注浆注浆管及孔口管自制，其加工应具有与管片吊装孔的配套能力，能够实现快速接卸以及密封不漏浆的功能，并配备泄浆阀。

3)注浆主要技术参数

①注浆压力

二次注浆压力控制在为0.3~0.6Mpa。

②注浆量

根据本工程的地质及线路情况，注浆量一般为理论注浆量的1.3～1.8倍，并通过监测情况来调节。

二次补强注浆量根据地质情况及注浆记录情况，分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制。

③注浆结束标准

采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值或注浆量达到计算空隙量的150%以上时，即可认为达到了质量要求。

7.4支撑台车系统

根据盾构推进的三维模拟数值分析，必须对先建下行隧道进行临时支撑加固，并满足以下要求：

1）抵抗上洞施工过程中，盾体下方下洞管片环缝之间因垂直错动产生的剪力。

2）提高下洞纵向刚度，减小下洞垂直弯曲变形。

3）下洞影响范围（24ｍ）内的支撑不能卸力，必须提供持续支撑。

为此，经过论证采取洞内临时支撑台车对下洞进行临时支撑加固，上洞掘进过程中，确保下洞安全。保护范围为在上洞盾构机所处位置对应的下洞后5环，前10环管片（总长22.5米）范围内设临时移动台车，台车长22.5米，随上洞掘进而移动。移动时设专人协调指挥，确保二者同步移动，使盾构机始终处于台车正上方。钢环与管片之间必须保证密贴。

施工过程中除对上下隧道进行地表、临近建筑物及洞内监测外，还要对下行隧道十字撑轴力进行监测，当监测值超过150KN时，增设临时钢支撑，同时对下行隧道直径变形进行监测，当监测值大于0.6%D（D为隧道外径）时，亦增设临时钢支撑。具体如7.4图所示：

多个轮式支撑机构的数量为五个，五个轮式支撑机构分别布设在圆环形混凝土管片

内部的9点钟、11点钟、12点钟、1点钟和3点钟五个方位。其中布设在12点钟方位的轮式支撑机构为中心轴线轮式支撑机构，布设在9点钟和3点钟方位上的两个轮式支撑机构为腰线轮式支撑机构，布设在11点钟和1点钟方位上的两个轮式支撑机构为77°夹角轮式支撑机构。

此外，在多组结构相同的轮式支撑台车前部左右侧对称安装了多个侧部向前推进用顶推装置。

台车主要技术参数经理论设计计算为

1）外形尺寸： 5400mm；

2）纵向有效总长：车长4.5m×4＋车间距1.5m×3＝22.5m；

3）车总长：28.8m；

4）轮对中心距：987mm；

5）支腿液压系统：压力可调7～16MPa，系统压力16MPa，工作压力12MPa，最大行程200mm，工作行程140～160mm，系统压力显示，支腿油缸顶推力8～12.5t，2组十联阀分路控制；

临时移动式支撑台车正面图如下图7.4所示

6）顶推液压系统：压力可调14～28MPa，系统压力28MPa，工作压力24MPa。油缸行程分为1000mm和450mm两种，车组之间油缸正常状态时为零行程，一组五联阀分路控制，单组油缸顶推力60～71t；

7）支点数量：采用HT200铸铁轮心压橡胶支点与管片接触，共224个支点；

8）整车总质量98.5t。

7.5重叠隧道施工量测系统及量测分析

7.5.1地表沉降

1）采用精密水准尺仪，铟钢水准尺、30m 检定过的钢卷尺进行沉降观测。线路沿线一般的多层建筑物和地表沉降，按国家三等水准测量技术要求作业，高程中误差≤±2.0mm，相邻点高差中误差≤±1.0mm。

2）正常情况下，沿隧道中线上方地面每隔5m 布设一个沉降观测点，每隔20m 建立一个监测横断面，该断面垂直于隧道中线，每个断面上布设5个观测点，其中隧道中线上方一个点，左右间隔5m各一个点。对于软弱土层、或埋深较浅的区域，应根据隧道埋深和围岩地质条件，加密监测断面和测点。为了防止路面硬壳层不能及时、准确反映地层实际沉降情况，造成路面下方虚空，需钻穿混凝土路面并在路面以下地层中打入短钢筋布设观测点，以便对地层的沉降情况进行监测。

3）沉降观测频率

盾构机机头前10m和后20m范围每天早晚各观测一次，并随施工进度递进；范围之外的监测点每周观测一次，直至稳定。当沉降或隆起超过规定限差（-30/+10 mm）或变化异常时，则加大监测频率和监测范围。

7.5.2下洞拱顶竖向位移

隧道拱顶沉降监测采用采用全站仪观测的方法进行。在每5环布设1个断面，设置1个测点，测点布设在隧道顶内壁，,标志采用强制对中装置。监测使用全站仪，以施工控制导线点为基准，采用极坐标法或前方交会法观测布设的强制对中小棱镜监测点。内业计算将各期观测的监测点坐标变化量投影至线路垂直方向，计算拱顶沉降值。

8、劳力、机具设备配置

8.1劳动组织

根据工程施工组织设计要求设置组织机构，配备劳动定员，见表8-1。 

表8-1   劳动力配置计划表

表8-2  主要施工机械设备配置表

9.1施工时间、空间顺序上采取措施，先下后上；

9.2由于上下隧道之间在施工期间和使用阶段列车震动的影响，上下洞的衬砌结构均应做加强处理。考虑到管片模板的成本，盾构管片厚度、宽度均与一般段相同，加大管片配筋量和管片之间的连接螺栓直径（直径由φ24调整为φ27或采用高强度同直径螺栓），以满足管片的各项受力要求。同时，管片采用错缝拼装方式，以增大衬砌的空间刚度。

9.3采用信息化反馈施工，动态调整物理、材料、空间等参数，始终合理控制推进速度，严格控制土仓压力、出土量及盾构姿态变化；

9.4采取动态、全程、可控、精确的注浆加固措施，动态补偿因土层蠕变、地层损失等可能影响的两隧道间的空间关系及结构平衡。

9.4.1在盾构掘进时，对盾构与衬砌间的环形空隙压注缓凝浆液；

9.4.2在下部隧道施工后，上部隧道施工前，通过压浆孔对下部隧道土体进行二次双液注浆加固；

9.4.3在上部隧道推进已成段与先行隧道间，利用隧道内注浆孔全天候、动态双液注浆，直至上部隧道地表沉降稳定；

9.4.4在左线隧道施工时，通过对右线隧道内的监测数据反馈，调整左线的推进参数、隧道内注浆量、注浆压力及注浆部位；

9.4.5在后行隧道也结束后，根据实测资料，对隧道变形尚未稳定区段，打开剩余的管片注浆孔，再进行双液注浆来达到控制变形的目的。

9.5在下洞掘进过程中，应首先加大同步注浆量和注浆压力，以保证盾尾的土体与管片空隙及相邻土体的密实性。在二次注浆孔中设置一定长度的注浆管，深入地层中，必要时应在拱部管片中增设预留注浆孔，通过注浆管向地层进行注浆，以提供夹土体的强度。注浆加固范围为隧道拱部120°范围内、衬砌环外3.0m线以内的土体，要求加固后的土体无侧限抗压强度不小于0.4MPa。上洞施工中也应加大同步注浆和二次注浆量，并应采用结硬性浆液。

10、质量控制

10.1建立健全的质量管理体系组织机构，施工前对施工班组进行详细的安全技术交底，施工过程中由专职质检员跟班检查，上一工序检验合格后才开始下一工序施工，贯彻执行“谁施工，谁负责工程质量”的原则。

10.2 盾构掘进过程中随时调整掘进参数，严格控制出土量，保证盾构掘进的匀速、连续性。

10.3 下洞台车作业与上洞盾构掘进保持同步性，并加强下洞管片监测，保证管片质量。

10.4 没有串浆、大量漏浆、冒浆等异常现象，注浆压力达设计要求，并按正常工序结束注浆。

11、安全措施

11.1建立完善的安全保证体系，工程施工中必须认真贯彻执行国家和地方有关安全管理的法令、法规及规定等。根据工程的具体情况编制详细的安全操作规程、细则，制定切实可行的安全技术措施，并针对性地展开职工安全教育和上岗安全培训工作。

11.2加强所有机械设备的管理、使用、保养和维修工作，保持机械设备的完好率，并保证使用有效可靠。

11.3全体施工管理人员应事先充分了解区间的地质资料，查明施工现场地下的有关管线、管道等，以便予以保护，确保安全。

11.4 严格控制出土量，随时注意盾构掘进参数变化，保证盾构掘进的连续性。

11.5严格控制注浆量和注浆压力，在注浆时加强管片监测，防止管片变形。

12、环保、节能措施

12.1施工场地噪音控制标准按《建筑施工场界噪声限值》要求执行，确保离开施工作业区边界30m处噪音小于70dB，撞击噪音最大不超过90dB。

12.2施工过程中严格按照设计及实测尺寸进行下料，尽量减少材料浪费。

12.3施工过程中严禁对材料进行恶意破坏，确保材料重复利用。