城市地鐵盾構(gòu)施工過(guò)運(yùn)營(yíng)高鐵站接收技術(shù)控制與應(yīng)用

吳四二，夏衛(wèi)平，顏海峰，潘家奎，孔祥寶，侯力

（合肥地鐵既有結(jié)構(gòu)物下盾構(gòu)施工技術(shù)攻關(guān)小組，安徽 合肥 230601）

0 前言

盾構(gòu)法施工技術(shù)不斷被運(yùn)用于城市軌道建設(shè)。因城市發(fā)展需要，需對(duì)部分地鐵線路進(jìn)行分期建設(shè)，重要站點(diǎn)為多條線路交叉換乘站，此類站點(diǎn)修建過(guò)程中一般按照盾構(gòu)接收、過(guò)站及二次始發(fā)預(yù)留實(shí)施。盾構(gòu)接收是盾構(gòu)施工中的重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)之一，特別是在已運(yùn)營(yíng)車站進(jìn)行盾構(gòu)接收，易產(chǎn)生泥涌、地面變形等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響既有運(yùn)營(yíng)車站的安全。目前，國(guó)內(nèi)已有盾構(gòu)在既有運(yùn)營(yíng)車站、高鐵線路及重要構(gòu)筑物等條件下接收的工程案例，但針對(duì)安徽地區(qū)典型黏土層地質(zhì)條件下，盾構(gòu)過(guò)既有運(yùn)營(yíng)車站的工程經(jīng)驗(yàn)幾乎沒(méi)有。

在城市地鐵既有結(jié)構(gòu)物下盾構(gòu)施工時(shí)，根據(jù)掘進(jìn)模式、地質(zhì)及環(huán)境情況，利用端頭加固區(qū)試驗(yàn)段，合理控制土倉(cāng)壓力、掘進(jìn)速度和出土量、嚴(yán)控同步注漿和二次注漿等關(guān)鍵施工技術(shù)，減小盾構(gòu)接收施工對(duì)建構(gòu)筑物及既有運(yùn)營(yíng)車站的影響。開(kāi)展特殊環(huán)境盾構(gòu)接收施工技術(shù)研究，對(duì)盾構(gòu)施工安全、保護(hù)周邊建構(gòu)筑物及既有運(yùn)營(yíng)車站（結(jié)構(gòu)物）安全具有較大的工程實(shí)用意義。

1 工程概況

合肥地鐵4號(hào)線潛口路站～高鐵站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，隧道線路出潛口路站后沿高鐵路向東進(jìn)入高鐵站，沿線主要建（構(gòu)）筑物有高鐵站西匝道橋（設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)II級(jí)，水平最小凈距約1.1m）、綠地西地塊地下室和既有高鐵南站、風(fēng)亭等。高鐵南站為1、4、5號(hào)線換乘車站，其中4號(hào)線位于高鐵南站負(fù)4層、沿東西方向穿過(guò)合肥南站站區(qū)，地鐵1、5號(hào)線位于負(fù)3層，南北方向穿過(guò)站房區(qū)、正置站房中軸線上，3條軌道線呈“T”字換乘。地鐵換乘車站主體結(jié)構(gòu)已與合肥南站主體結(jié)構(gòu)同期建設(shè)。

4號(hào)線潛-高區(qū)間盾構(gòu)接收端，位于南站西風(fēng)亭結(jié)構(gòu)下，接收端范圍內(nèi)地層由上而下依次為：雜填土①1層、粉質(zhì)黏土填土①2層、黏土⑥2層、黏土⑦1層、粉質(zhì)黏土⑦2層，盾構(gòu)主要穿越地層為黏土⑥2層，具有膨脹性。

接收端地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)接收端地質(zhì)剖面圖

2 主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)說(shuō)明

2.1 穿越重要構(gòu)筑物

盾構(gòu)接收端穿越重要構(gòu)筑物為高鐵南站西端頭風(fēng)亭。風(fēng)亭與盾構(gòu)隧道垂直距離約15m，且在風(fēng)亭上部還有干掛幕墻結(jié)構(gòu)（如圖2所示），鑒于高鐵南站屬于主要交通樞紐，施工質(zhì)量及安全措施尤為重要。

2.2 接收端地質(zhì)、環(huán)境復(fù)雜

高鐵南站為前期預(yù)留工程，接收端范圍地層已采用直徑600mm雙重管旋噴樁、相互咬合200mm，從地面進(jìn)行了加固，縱向加固長(zhǎng)度8000mm。施工前，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看，高鐵南站負(fù)四層（4號(hào)線負(fù)二層站廳層）長(zhǎng)期處于流水浸泡狀態(tài)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不明確。另外，4號(hào)線下穿風(fēng)亭結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)地鐵1號(hào)線，接收后進(jìn)入高鐵站站廳層，縱向受限無(wú)垂直加固條件。

2.3 接收端頭加固

根地勘報(bào)告，洞門范圍內(nèi)均為硬塑狀粘土，經(jīng)取芯檢測(cè)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)采用無(wú)收縮雙液漿（WSS)進(jìn)行再加固。

①施工工藝及試驗(yàn)參數(shù)的確定

通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證施工工藝的適用性，采集注漿壓力、注漿量、水灰比等控制參數(shù)。

②成孔

注漿孔采用鉆機(jī)成孔，鉆桿采用φ42中空鉆桿，鉆機(jī)按照指定的位置就位，并在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，調(diào)整鉆桿角度，對(duì)準(zhǔn)孔位后，鉆機(jī)不得移位。當(dāng)加固范圍在結(jié)構(gòu)范圍外部時(shí)，采取打設(shè)斜向注漿孔進(jìn)行土體加固。

鉆進(jìn)成孔：按注漿長(zhǎng)度及注漿范圍要求，嚴(yán)格控制鉆桿深度，慢速運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)地層對(duì)鉆機(jī)的影響情況，確定該地層條件下的鉆進(jìn)參數(shù)；密切觀察溢水、出水情況，當(dāng)出現(xiàn)大量溢水時(shí)立即停鉆，分析原因、落實(shí)解決辦法后繼續(xù)施工。

③無(wú)收縮雙液漿加固工藝A、B化學(xué)液技術(shù)指標(biāo)參數(shù)。

a.注漿擴(kuò)散半徑R暫定0.5m；

b.注漿壓力：不大于0.4MPa；

c.入漿率：A、B雙液漿約60%；

d.初凝時(shí)間：20～40s，為速凝注漿；

e.鉆桿回抽幅度：2m（或 3m）；

④加固土體要求具有良好的均勻性、自立性、密封性，9孔流水量的總和<30L/h，若出水量超過(guò)限值，重新進(jìn)行補(bǔ)漿加固。

注漿加固采用后退式注漿，注漿步距分2m和3m兩種，從外圍到中心注漿施工，當(dāng)壓力突然上升或溢孔，立即停止注漿。

無(wú)收縮雙液漿加固施工工藝流程圖

3 盾構(gòu)接收前準(zhǔn)備

圖2 潛口路站～高鐵站區(qū)間接收端剖面圖

按照“方案先行、交底到位”的原則，施工前編制詳細(xì)的專項(xiàng)施工方案及切實(shí)可行的施工技術(shù)措施，組織行業(yè)內(nèi)的知名專家進(jìn)行評(píng)審，并對(duì)施工管理人員和班組進(jìn)行精準(zhǔn)技術(shù)交底；接收前進(jìn)行模擬掘進(jìn)試驗(yàn)段，對(duì)試驗(yàn)段的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)收集、整理及分析，關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括沉降值、同步及二次注漿量、盾構(gòu)推進(jìn)速度等，依托方案和試驗(yàn)得出的總結(jié)數(shù)據(jù)，及時(shí)召開(kāi)分析會(huì)，確定最終的掘進(jìn)參數(shù)、沉降控制參數(shù)、注漿參數(shù)及其他控制數(shù)值，由專家級(jí)技術(shù)顧問(wèn)跟蹤指導(dǎo),從而為盾構(gòu)安全順利過(guò)既有運(yùn)營(yíng)高鐵站提供技術(shù)保證。

4 盾構(gòu)過(guò)運(yùn)營(yíng)高鐵站接收技術(shù)控制與應(yīng)用

4.1 隧道線型控制

線形控制的主要任務(wù)是通過(guò)控制盾構(gòu)姿態(tài)，使構(gòu)建的管片結(jié)構(gòu)幾何中心線線型順滑，且偏離設(shè)計(jì)中心線的距離在容許誤差范圍內(nèi)。

4.1.1 掘進(jìn)控制測(cè)量

隨著盾構(gòu)掘進(jìn)，對(duì)盾構(gòu)及管片的位置進(jìn)行間斷測(cè)量，以把握其偏離設(shè)計(jì)中心線的程度。測(cè)量項(xiàng)目包括：盾構(gòu)的橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉(zhuǎn)角和切口行程、盾尾間隙和管片環(huán)中心坐標(biāo)、底部高程、水平直徑、垂直直徑、前端面里程等?；谏鲜鰷y(cè)量結(jié)果，畫出盾構(gòu)及管片與設(shè)計(jì)中心線的位置關(guān)系圖，直接預(yù)測(cè)下一環(huán)盾構(gòu)掘進(jìn)的偏差范圍。

4.1.2 盾構(gòu)方向控制

掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)及拼裝管片的位置選點(diǎn)進(jìn)行有效的控制；通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)千斤頂使用數(shù)量和設(shè)定刀盤回轉(zhuǎn)力矩對(duì)盾構(gòu)方向進(jìn)行修正；若遇硬地層或曲線掘進(jìn)，要進(jìn)行大的方向修正時(shí)，則采用仿形刀向調(diào)整方向超挖，此時(shí)，盾尾間隙減小、管片拼裝困難，為確保盾尾間隙，必須進(jìn)行方向再修正。在盾尾間隙大大減小的情況下，要拼裝楔形環(huán)管片，以確保盾尾間隙。盾構(gòu)滾轉(zhuǎn)角的修正，采取刀盤向盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)同一方向旋轉(zhuǎn)的方法，利用所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)反力進(jìn)行。

4.2 盾構(gòu)姿態(tài)及參數(shù)控制

4.2.1 接收試驗(yàn)控制區(qū)參數(shù)控制

為保證盾構(gòu)順利穿越風(fēng)險(xiǎn)源并完成接收，潛-高區(qū)間接收施工設(shè)定了掘進(jìn)試驗(yàn)段（距接收洞門100m～40m），在總結(jié)分析接收試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)的基礎(chǔ)下，確定合適的接收控制參數(shù)，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行專家級(jí)分析并運(yùn)用，是盾構(gòu)姿態(tài)良好的保證。試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)記錄如下。

圖3

盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表 表1

結(jié)合專項(xiàng)施工方案和試驗(yàn)段掘進(jìn)控制階段參數(shù)，進(jìn)一步總結(jié)分析，形成了接收段（距接收洞門40m～洞門）質(zhì)量控制參數(shù)：盾構(gòu)水平姿態(tài)控制在±20之間、垂直姿態(tài)控制在-30～0之間。具體實(shí)際掘進(jìn)參數(shù)如表2（部分）所示。

掘進(jìn)參數(shù)分析表 表2

4.2.2 接收段參數(shù)控制

為保證盾構(gòu)順利完成接收，通過(guò)總結(jié)分析接收試驗(yàn)控制區(qū)掘進(jìn)參數(shù)，確定了接收掘進(jìn)參數(shù)。

盾構(gòu)接收掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表 表3

4.3 管片姿態(tài)控制

潛口路站～高鐵站區(qū)間右線距離接收端洞門40m處為6.932‰下坡轉(zhuǎn)平坡，平面姿態(tài)在掘進(jìn)至374環(huán)后做出調(diào)整，即盾構(gòu)機(jī)刀盤未出邊坡點(diǎn)處逐步調(diào)整，掘進(jìn)至370環(huán)已經(jīng)緊貼設(shè)計(jì)軸線（圖4），盾構(gòu)機(jī)有左轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

圖4 潛口路站-高鐵站區(qū)間右線333-399環(huán)管片實(shí)測(cè)掘進(jìn)姿態(tài)

4.4 監(jiān)控量測(cè)

穿越過(guò)程中加強(qiáng)了地表沉降監(jiān)測(cè)、差異沉降及傾斜監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為3次/d，用數(shù)據(jù)更好地指導(dǎo)施工，保證施工過(guò)程中的安全性（下沉控制指標(biāo)20mm內(nèi)）。

圖5 接收端頭監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

從監(jiān)測(cè)成果（最大量統(tǒng)計(jì)表）分析表中得知，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均已達(dá)到指導(dǎo)施工的監(jiān)測(cè)目的，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均未超出預(yù)報(bào)警值，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在良好的控制范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖6 接收端風(fēng)亭監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

圖7 建筑物沉降監(jiān)測(cè)累計(jì)沉降值統(tǒng)計(jì)分布

圖8 西側(cè)2#風(fēng)亭墻面沉降監(jiān)測(cè)沉降累計(jì)值分布

圖9 西側(cè)2#風(fēng)亭地面伸縮縫沉降監(jiān)測(cè)沉降累計(jì)值分布

圖10 西側(cè)2#風(fēng)亭1層地面沉降監(jiān)測(cè)沉降累計(jì)值分布

圖11 西側(cè)2#風(fēng)亭裂縫監(jiān)測(cè)沉降累計(jì)值分布

盾構(gòu)過(guò)運(yùn)營(yíng)高鐵站接收前，根據(jù)接收段建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)特點(diǎn)，做好環(huán)境調(diào)查、監(jiān)控量測(cè)、構(gòu)筑物保護(hù)、端頭地層加固及充分施工準(zhǔn)備工作，開(kāi)展模擬掘進(jìn)試驗(yàn)段，接收期間根據(jù)試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)選擇土倉(cāng)壓力、合理控制出土量及推進(jìn)速度、嚴(yán)控同步注漿量和二次注漿、防止盾尾漏漿、加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)等技術(shù)措施，確保建構(gòu)筑物安全及盾構(gòu)施工順利進(jìn)行，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，構(gòu)筑物沉降指標(biāo)符合要求。通過(guò)實(shí)踐證明，針對(duì)黏土層地層采用“水和泡沫進(jìn)行渣土改良，控制土倉(cāng)壓力在0.10～0.13 MPa之間，盾構(gòu)掘進(jìn)出土量控制在51～60 m3之間，同步注漿每環(huán)量為4.4～5.0m3，二次注漿壓力控制為0.4 MPa。盾尾殼體和管片之間的縫隙中嵌入海綿條等主要施工技術(shù)措施”，有效地降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，極大地保障了既有高鐵站的正常運(yùn)行，顯著提升了工程的安全性，對(duì)今后同類工況的施工提供了參考。