天津地铁1号线小白楼至下瓦房区间隧道工程

天津地铁1号线小白楼至下瓦房区间隧道工程
一、工程概况
小白楼～下瓦房区间隧道工程是天津市地铁1号线(新建段)工程中的重要组成部分。

其地处天津市中心区域，且盾构基本在南京路、大沽南路等路段下推进，沿线经过的区域有小白楼商业区、河西区重要的商业中心以及天津市主要的办公区，其中区间隧道轴线上有百年历史的王仲山旧居(砖木结构)，两侧有中国建设银行、亚太大厦(在建)等主要建筑物，并在隧道上方布有众多口径大、压力高的市政公用管线。

小白楼～下瓦房区间隧道双线全长2087.699m，在DK16400.000m处设左右线联络通道。

隧道外径6.2m、内径5.5m，管片宽1.0m，通缝拼装。

衬砌的设计强度为C50，整环管片分6块，由1块封顶块(F)、2块邻接块(L)、3块标准块(B)构成。

纵、环向均采用M30弯螺栓连接；管片接缝防水采用弹性密封垫(三元乙丙橡胶和遇水膨胀橡胶)。

二、工程地质情况
该区间隧道区域的土层主要为第四系全系统人工填土层(人工堆积Qml)、第I陆相层(河床～河漫滩相沉积层Q34al)、第I海相层(浅海相沉积层Q24m)、第Ⅱ陆相层(河床～河漫滩相沉积层Q14al)、第四系上更新统第Ⅲ陆相层(河床～河漫滩相沉积层Qc3al)、第Ⅱ海相层(滨海～潮汐带相沉积层Qd3mc)及第Ⅳ陆相层(河床～河漫滩相沉积层Qc3al)。

盾构主要穿越④、④3、⑤和⑥4等土层，土层的物理力学指标见表1。

表1物理力学指标
三、盾构掘进机
德国海瑞克土压平衡铰接式盾构是目前国际上比较先进的盾构机械设备。

盾构直径为6390mm，全长约48m，主体长8.47m，重约300t。

盾构机共有32个千斤顶(分为16组)，行程为2.2m，单个千斤顶推力为1078kN，总推力为34511kN；14个铰接千斤顶，行程为150mm。

盾构拼装机有6个自由度，可以全方位运动；螺旋机功率为110kW，直径为700mm，最大扭矩为190kNm。

盾构还配备管片喂片机，可以放置3块管片。

盾构机的总功率约为1000kW。

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，并使管片外弧碎裂和管片渗水等情况得以大大改善。

四、盾构施工技术
1盾构出洞
(1)洞门的凿除
盾构出洞前应将洞圈内800mm厚的地下连续墙(其结构形式为内外2排主筋和横向筋及连接筋)凿除，暴露出外侧的加固土体，然后开始正式推进施工。

洞门凿除时，先在洞圈内搭设钢制脚手架；在刀盘前加垫木板条，保护刀盘不在吊除混凝土块时被砸坏；在洞门内凿5个孔(均匀分布)，用来观察外部土体情况，若土体情况良好，则分块凿除洞门混凝土，先
凿出内、外排钢筋，并割去内排钢筋，保留外排钢筋；在每块混凝土凿出1个吊装孔，清理干净落在洞圈底部的混凝土碎块，然后按照先下后上的顺序逐块割断外排钢筋，吊出混凝土块。

洞门凿除要连续施工，尽量缩短作业时间，以减少正面土体的流失量；由专职安全员进行全过程监督，由专人对洞口上的密封装置做跟踪检查，清除洞口内杂物、混凝土碎块，保护洞口密封装置。

(2)土体加固
洞门前土体加固采用φ800@600深层搅拌桩，深层搅拌桩和地下连续墙间的空隙用φ600的高压旋喷桩加固。

加固平面尺寸为7.4m(宽)×25.4m(长)，桩深为18.197m，其中上部5.5m为弱加固区，其余为强加固区。

土体加固后的强度qu≥0.8MPa。

2.出洞施工参数的设置
(1)平衡土压设定
根据区间出洞段地质情况，通过水土合算公式计算得P=0.182MPa，经过水土分算(郎肯土压理论)，计算得Pa≈0.168MPa，考虑出洞阶段盾构需穿越加固的土体，因此初始平衡压力取0.175MPa。

在实际推进中，根据地面变形情况的反馈，平衡压力取值改为0.20MPa(根据水土合算公式，反推得在天津地质情况下，侧向静止平衡压力系数k0取值约为0.9～1.0。

因此在今后的推进过程中，可用其来计算正面的平衡压力)。

3.推进施工
(1)隧道轴线的控制
本盾构千斤顶分上下左右4个区域，通过区域油压的调节，使所有千斤顶的合力与作用于盾构上的阻力的合力形成1对有利于控制推进轴线的力偶。

隧道轴线的位置是由盾构的水平和高程偏差来控制的，盾构应根据盾尾与成环管片的位置来调整偏移方向，即根据左右千斤顶及上下千斤顶的长度差来控制盾构的偏移量。

盾尾与成环管片的间隙理论上为45mm，实际施工中控制在±50mm内。

由于盾构切口到盾尾的距离一般约为5m，盾构推进中，切口所处的位置即是随后盾尾将要到达的位置，因此控制好盾构的姿态对管片成环的轴线是至关重要的；而盾构的受力后靠是成环管片，因此成环管片的位置直接影响盾构的纠偏量，此外，盾构姿态不佳也导致盾尾对管片挤压，造成破损渗水。

所以盾构姿态的控制和管片拼装控制是相辅相成的。

(2)地面变形的控制
①盾构推进引起的地面形变
当设置平衡压力P0小于实测土压力P1时，即平衡压力低于正面土压，造成超挖，地面将产生沉降；当P0＞P1时，即平衡压力高于正面土压，造成欠挖，地面将产生隆起。

因此，应控制螺旋机转速或推进速度来控制盾构正面地面土体的变形。

②同步注浆引起的地面形变
管片在盾尾内进行拼装，管片直径为6.2m，而盾构的直径为6.39m，由此存在1个95mm宽的圆环，这就是盾构施工的建筑空隙。

如果不填充这一建筑空隙，周围土体就会向此空隙移动，从而造成地面的沉降，因而在盾构推进中须采用同步注浆来充填建筑间隙。

每推进一环的理论建筑空隙为1.87m3，一般每环的压浆量为建筑空隙的150%～250%，泵送出口处的压力应根据不同深度和土质来控制，一般为0.3MPa左右。

浆液配比见表2，浆液稠度为9～11cm。

③地面监测
运用地面监测来反映地面变形，而地面变形信息是指导推进施工的重要条件之一，盾构推进参数需要根据地面变形信息来制定，因此必须及时而准确地进行反馈。

(3)管片拼装
隧道是由6块预制钢筋混凝土管片拼装而成，成环形式为小封顶纵向插入式。

管片的拼装质量直接影响隧道最后的成形质量，因此管片在拼装过程中必须控制以下几点：
①在管片拼装过程中要严格把握衬砌环面的平整度，根据隧道轴线的坡度确定环面的超前量，并根据测量得出的管片椭圆度加以控制；
②严格控制管片成环后的环、纵向压密量；
③管片在做防水处理之前，必须对管片进行环面、端面的清理，然后再进行防水橡胶条的粘贴；
④在拼装过程中要清除盾尾处拼装部位的垃圾和杂物，同时必须注意管片定位的正确性，尤其是第一块管片的定位会影响整环管片成环后的质量及与盾构的相对位置良好度；
⑤根据整环测量的成果报告以及管片与盾壳间的间隙，及时、充分利用铰接装置等调整管片拼装的姿态；
⑥每块管片拼装结束后，伸出千斤顶并控制到所需的顶力，再进行下一块管片的拼装，从而完成一环的拼装；
⑦每块管片拼装后，及时调整圆环椭圆度至符合要求，再调整千斤顶的顶力，防止盾构姿态发生突变；
⑧严格控制环面平整度，控制相邻块管片的踏步，防止邻接块接缝处管片碎裂；
⑨控制环面超前量，经常检测管片圆环环面与隧道设计轴线的垂直度，当管片超前量超过控制量时，应用楔子给予纠正，从而保证管片环面与隧道设计轴线的垂直；
⑩控制相邻环高差，不超出允许范围；控制管片的旋转，及时纠正管片的旋转方向及旋转量。

成环管片由纵、环向螺栓连接，其连接的紧密度将直接影响到隧道的整体性能和质量。

因此在每环管片拼装结束后，及时拧紧连接管片的纵、环向螺栓；在推进下一环时，应在千斤顶顶力的作用下，复紧纵向螺栓；当成环管片推出车架后，必须再次复紧纵、环向螺栓。

五、施工小结
1.天津地铁1号线小白楼～下瓦房间区间隧道中心标高基本处在-9～-13m的粉质粘土层内，较适合盾构推进施工，但此段为第Ⅰ海相层和第Ⅱ陆相层，土层为交互状，上下土质软硬变化较大，局部土质砂性较强，因此，盾构在推进中受到一定程度的影响。

2.根据盾构推进中实际测得的平衡压力，反馈演算出土的侧向静止平衡压力系数为0.9～1.0，用此值计算出的平衡压力与实际土压较为接近，便于控制地面的变形。

3.盾构在此标高段内推进时，推力基本为10000～12000kN，推进速度以4cm/min左右较为合适。

4.通过施工控制和辅助措施，地面的变形情况大部分能够控制在5～-10mm的范围内。

天津地铁1号线小白楼～下瓦房区间隧道采取的施工方法和技术措施，可供天津地铁其他区间隧道(采用盾构法)施工作参考。