地鐵盾構(gòu)直穿臨江風(fēng)井關(guān)鍵施工技術(shù)

沈 峰

地鐵盾構(gòu)直穿臨江風(fēng)井關(guān)鍵施工技術(shù)

沈 峰

摘 要：杭州地鐵2號(hào)線錢塘江區(qū)間所處周邊為高深埋、高水壓環(huán)境，盾構(gòu)施工中采用左、右線盾構(gòu)獨(dú)立進(jìn)行凍結(jié)、水土回填，以及井內(nèi)掘進(jìn)進(jìn)出洞施工的土壓平衡盾構(gòu)穿越中間風(fēng)井施工技術(shù)，安全順利地完成盾構(gòu)穿越中間風(fēng)井施工，有效地解決了盾構(gòu)進(jìn)出洞的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)直穿風(fēng)井；施工技術(shù)

沈峰：廈門軌道交通集團(tuán)有限公司，工程師，福建廈門 361007

1　工程概況

杭州地鐵2號(hào)線一期工程錢江世紀(jì)城—錢江路區(qū)間為穿越錢塘江全地下區(qū)間，長(zhǎng)3.1 km，采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間在錢塘江兩岸各設(shè)風(fēng)井1座，區(qū)間設(shè)4座聯(lián)絡(luò)通道，其中江底2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道設(shè)泵房1座。江北風(fēng)井位于錢塘江北岸，距錢塘江約200 m，風(fēng)井為地下4層風(fēng)井，長(zhǎng)19.4 m，寬24.6 m，埋深約27 m（圖1）。

江北風(fēng)井進(jìn)出洞段地層地質(zhì)條件復(fù)雜，盾構(gòu)進(jìn)出洞段穿越的土層主要為：③61層粉砂夾砂質(zhì)粉土、③62層粉砂夾砂質(zhì)粉土、⑥2層淤泥質(zhì)黏土、⑦2層黏土，盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)有涌砂涌水的風(fēng)險(xiǎn)。

江北岸場(chǎng)區(qū)水層厚度1 6 . 6 ～21.7 m，詳勘期間潛水靜止水位埋深3.0～7.60 m，高程3.1～-1.39 m；江北潛水位局部深埋深7.60 m，主要原因是北岸填層厚，且鄰近區(qū)域有大量在建工程，降水現(xiàn)象較多。

承壓水主要分布于深部的(12)1層粉砂、(12)2礫砂、(12)4層圓礫、(14)1含礫粉細(xì)砂和(14)3圓礫層中，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和黏性土層（⑥、⑦、⑧和⑨層）。承壓水位埋深在地表下7～10 m，相應(yīng)高程-0.6～-3.8 m。

2　關(guān)鍵施工技術(shù)

江北風(fēng)井結(jié)構(gòu)尺寸較小、埋深較深，穿越斷面上存在較厚的砂層，并受到潛水和承壓水的雙重影響，極易發(fā)生涌水涌砂。左、右線盾構(gòu)進(jìn)出洞段平面線型均為直線，坡度為+28‰。從施工風(fēng)險(xiǎn)及軸線線型方面考慮，采用井內(nèi)回填土盾構(gòu)直接穿越方案比起常規(guī)盾構(gòu)在井內(nèi)接收后再次始發(fā)方案更為有利。

在方案制定時(shí)，考慮到右線盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中超前于左線盾構(gòu)掘進(jìn)，這使得右線盾構(gòu)距離江北風(fēng)井較左線盾構(gòu)近。根據(jù)右線盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)判斷，右線盾構(gòu)在到達(dá)江北風(fēng)井時(shí)無(wú)需檢修和對(duì)盾構(gòu)刀盤改制，而左線盾構(gòu)距離江北風(fēng)井較遠(yuǎn)，不能確切判斷在盾構(gòu)到達(dá)江北風(fēng)井時(shí)是否需要檢修，因此，采用了在江北風(fēng)井設(shè)置1道臨時(shí)鋼筋混凝土中隔墻，并采用左、右線盾構(gòu)獨(dú)立進(jìn)行凍結(jié)、水土回填以及井內(nèi)掘進(jìn)的施工方案，總體施工流程如圖2。

2.1前期準(zhǔn)備工作

(1）洞門處加固。本次江北進(jìn)出洞地基加固均采用垂直凍結(jié)法進(jìn)行加固。

(2）中隔墻澆注。為確保左、右線盾構(gòu)在獨(dú)立回填水土后可以直接穿越江北風(fēng)井，在江北風(fēng)井左、右線隧道間澆注1道臨時(shí)鋼筋混凝土中隔墻，中隔墻長(zhǎng)15 m，高19.13 m（高出下1層中板0.5 m），厚度底部為0.5 m，頂部為0.4 m，同時(shí)，設(shè)置4道609鋼支撐用于支護(hù)回填水土所產(chǎn)生的側(cè)向壓力。待左、右線盾構(gòu)均完成進(jìn)出洞施工，回填土清理及洞圈封堵完成后，最后將臨時(shí)鋼筋混凝土中隔墻鑿除。

(3）洞圈復(fù)測(cè)。待風(fēng)井結(jié)構(gòu)施工完成后，在風(fēng)井回土之前應(yīng)完成對(duì)左、右線洞圈的復(fù)測(cè)工作，以確保盾構(gòu)后續(xù)進(jìn)出洞順利進(jìn)行。洞圈復(fù)測(cè)前應(yīng)先完成過(guò)江水準(zhǔn)點(diǎn)和錢塘江兩岸導(dǎo)線控制點(diǎn)的聯(lián)測(cè)工作。

(4）風(fēng)井底部基座鋪設(shè)?；捎盟鼗炷僚c自拌砂漿相結(jié)合，先澆注混凝土（C20）至洞門圈底部；然后在洞圈底部澆注至盾構(gòu)機(jī)底部之間澆注自拌砂漿，高度15～18 cm，砂漿強(qiáng)度為≤1 MPa(28天抗壓強(qiáng)度)。這樣既能保證盾構(gòu)機(jī)在風(fēng)井內(nèi)的姿態(tài)控制，也不用擔(dān)心混凝土基座強(qiáng)度太高影響盾構(gòu)機(jī)井內(nèi)的推進(jìn)。

(5）風(fēng)井井內(nèi)回填。待洞門處地連墻鑿除后，進(jìn)行井內(nèi)回土。左、右線風(fēng)井井內(nèi)的水土回填深度為15 m左右（回灌水土壓密實(shí)后深度下降至下2層中板附近，盾構(gòu)中心覆土8 m左右），左、右線風(fēng)井水土總計(jì)回填量分別約為2 320、2 250 m3（圖3）。井內(nèi)每回土3 m左右應(yīng)進(jìn)行整平夯實(shí)，整平夯實(shí)采用挖機(jī)進(jìn)行?？紤]到盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)穿越原狀土易于控制隧道軸線，故待井內(nèi)全部回填后，凍結(jié)停止施工，拔除進(jìn)出洞洞圈范圍內(nèi)的凍結(jié)管，并及時(shí)回填密實(shí)。為避免風(fēng)井外地下水通過(guò)洞圈滲入井內(nèi)，回填后在井內(nèi)回灌水，保持回填土含水量，回灌水至下1層中板處。

(6）支撐設(shè)置及安裝。所有支撐均采用Φ609 mm鋼管，并根據(jù)支撐位置布置預(yù)埋鋼板。支撐從上到下共布置4道，每道支撐的數(shù)量根據(jù)側(cè)向水土壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)布置?？紤]到右線盾構(gòu)穿越江北風(fēng)井后，底部2道支撐被成形隧道擋住無(wú)法設(shè)置水平支撐，因此，在右線底部2道支撐采用斜撐的方式。具體過(guò)程為：①右線盾構(gòu)進(jìn)出洞期間共布置5道支撐，左線布置4道，右線布置最底部1道斜撐。由于右線盾構(gòu)進(jìn)出洞完成后，右線最底部1道支撐將沒(méi)有足夠空間進(jìn)行安裝，因此將右線最底部1道斜撐預(yù)先安裝；②右線盾構(gòu)進(jìn)出洞完成后，對(duì)右線風(fēng)井進(jìn)行清理并逐步拆除左線4道支撐，左線盾構(gòu)的回填土從右線翻運(yùn)至左線，同時(shí)根據(jù)回填土土位從下到上完成剩余3道支撐的安裝；③左線盾構(gòu)進(jìn)出洞完成后，對(duì)左線風(fēng)井進(jìn)行清理并逐步拆除右線4道支撐（圖4）。

圖2　施工流程圖

圖3　水土回填示意圖

圖4　盾構(gòu)進(jìn)出洞期間支撐布置圖

2.2盾構(gòu)進(jìn)洞

(1）盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)，先核準(zhǔn)里程，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，安排好管片排列。在地連墻前、后（含地連墻），設(shè)置5環(huán)設(shè)有注漿孔的管片。在江北風(fēng)井內(nèi)緊靠進(jìn)出洞區(qū)域，再分別設(shè)置2環(huán)設(shè)有注漿孔的管片。

(2）待盾構(gòu)機(jī)前排注漿孔進(jìn)入地連墻前端靠?jī)?nèi)襯墻處時(shí)（圖5a），暫停掘進(jìn)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)前排注漿孔環(huán)圈跳孔壓注同步注漿漿液。

(3）待盾構(gòu)機(jī)后排注漿孔進(jìn)入地連墻前端靠?jī)?nèi)襯墻處時(shí)（圖5b），暫停掘進(jìn)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)后排注漿孔環(huán)圈跳孔壓注同步注漿漿液，并與前排錯(cuò)開。

(4）待增設(shè)有注漿孔的管片進(jìn)入地連墻并且盾構(gòu)機(jī)脫出盾尾后，及時(shí)對(duì)管片注漿孔環(huán)圈跳孔壓注單液漿和雙液漿（圖5c）。

(5）盾構(gòu)進(jìn)江北風(fēng)井后，對(duì)地連墻外管片注漿孔全孔二次壓注單液漿。

(6）盾構(gòu)機(jī)盾尾脫出騎于內(nèi)襯墻部位的背覆鋼板環(huán)管片（圖5d）。

(7）盾構(gòu)機(jī)注漿后在江北風(fēng)井內(nèi)時(shí)及時(shí)疏通好盾構(gòu)機(jī)注漿孔，待出洞時(shí)備用。

(8）穿越江北風(fēng)井時(shí)，管片全部閉口環(huán)掘進(jìn)，管片類型盡量采用淺埋直線型。

(9）待盾構(gòu)進(jìn)入江北風(fēng)井后，應(yīng)對(duì)脫出盾尾刷的管片注漿孔進(jìn)行注漿。漿液以單液漿為主，注漿壓力控制在0.3 MPa以內(nèi)。

2.3盾構(gòu)出洞

(1）待盾構(gòu)機(jī)前排注漿孔進(jìn)入地連墻前端靠?jī)?nèi)襯墻處時(shí)（圖6a），暫停掘進(jìn)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)前排注漿孔環(huán)圈跳孔同步注漿。

(2）待盾構(gòu)機(jī)后排注漿孔進(jìn)入地連墻前端靠?jī)?nèi)襯墻處時(shí)（圖6b），暫停掘進(jìn)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)后排注漿孔環(huán)圈跳孔同步壓注注漿漿液，并與前排錯(cuò)開。

(3）盾構(gòu)機(jī)盾尾脫出騎于內(nèi)襯墻部位的背覆鋼板環(huán)管片（圖6c）。

(4）待增設(shè)有注漿孔的管片進(jìn)入地連墻并且盾構(gòu)機(jī)脫出盾尾后，及時(shí)對(duì)管片注漿孔環(huán)圈跳孔壓注單液漿和雙液漿（圖6d）。

(5）盾構(gòu)出江北風(fēng)井后，地連墻外管片注漿孔全孔二次壓注單液漿。

(6）盾構(gòu)機(jī)注漿孔在注漿后及時(shí)疏通好，待錢江路站進(jìn)洞時(shí)備用。

(7）穿越江北風(fēng)井時(shí)，管片全部閉口環(huán)掘進(jìn)，管片類型盡量采用淺埋直線型。

(8）待盾構(gòu)出江北風(fēng)井后，對(duì)風(fēng)井地連墻外5環(huán)管片注漿孔進(jìn)行注

漿。漿液以單液漿為主，注漿壓力控制在0.3 MPa以內(nèi)。

2.4井內(nèi)掘進(jìn)

(1）盾構(gòu)進(jìn)出江北風(fēng)井時(shí)，根據(jù)推進(jìn)參數(shù)及盾構(gòu)姿態(tài)等可以進(jìn)行刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)。原則上在進(jìn)出江北風(fēng)井推進(jìn)時(shí)出土量應(yīng)略少于理論方量，以盡量對(duì)井內(nèi)土體保持有一定的擠壓效果。

(2）井內(nèi)掘進(jìn)期間考慮到回填土可能存在局部不密實(shí)，盾構(gòu)姿態(tài)突變的情況，盾構(gòu)司機(jī)需要密切關(guān)注盾構(gòu)機(jī)左右、上下千斤頂行程差及盾構(gòu)姿態(tài)等施工參數(shù)，有變化及時(shí)糾偏并加密監(jiān)測(cè)。

(3）進(jìn)入風(fēng)井地連墻前5環(huán)和出風(fēng)井地連墻后5環(huán)均應(yīng)加大同步注漿和壁后注漿量，確保漿液在洞圈附近密實(shí)堵塞建筑空隙及滲漏通道。

圖5　盾構(gòu)進(jìn)洞流程圖

2.5洞圈封堵

洞圈封堵以注漿為主，待區(qū)間隧道掘進(jìn)至錢江路站后，進(jìn)行江北風(fēng)井的回填土開挖。待開挖至隧道頂部后，邊開挖邊用弧形鋼板進(jìn)行洞圈的封堵。

圖6　盾構(gòu)出洞流程圖

3　施工監(jiān)測(cè)

盾構(gòu)出洞后實(shí)際最大切口高程偏差僅為26 mm，盾構(gòu)姿態(tài)控制良好，地表累計(jì)最大沉降僅為6 mm，近鄰的交通銀行及慶春路隧道雖然在盾構(gòu)穿越期間有沉降，但沉降基本控制在2 mm以內(nèi)。

4　結(jié)束語(yǔ)

由于工作井洞圈直徑(6 700 mm)與盾構(gòu)刀盤外徑(6 410 mm)存有一定間隙，盾構(gòu)穿越風(fēng)井后，二次開挖風(fēng)險(xiǎn)高。雖然在施工期間，加大了進(jìn)洞環(huán)及出洞環(huán)處的同步注漿及二次注漿量，但為了防止盾構(gòu)穿越期間土體從該間隙中流失，洞門混凝土鑿除后，可以嘗試掛網(wǎng)噴射砂漿進(jìn)行縮小洞門圈的施工，減小盾殼與洞門的間隙，這樣既能減小二次開挖風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也利于后期的環(huán)箍注漿封堵。

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責(zé)任編輯 朱開明

Construction Technology of Metro Shielding Directly Passing Riverside Shaft

Shen Feng

Abstract:Hangzhou metro line 2 at Qiantang River section locates in the surrounding environment of deeply buried soil and high water pressure. In shield construction, it uses left and right lines for shield independent freezing, water and soil backfill, and shaft excavating in and out portal construction with earth pressure balance shield crossing construction technology of intermediate air shaft. The construction for the intermediate shaft shield crossing is safely and successfully completed, effectively solving the risk problem of shielding in and out portal.

Keywords:metro, shield directly across air shaft, construction technology

收稿日期2014-06-28

中圖分類號(hào)：U455.43