軟土地質(zhì)盾構(gòu)法零距離下穿運營車站施工技術(shù)研究

陳建偉

（杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

新建4號線金家渡站為換乘車站，分為2個基坑，分別位于2號線勾莊站東西兩側(cè)。新建車站位于金渡北路與古墩路交叉口，換乘形式為站廳換乘，其中2號線勾莊站為南北布設(shè)，4號線金家渡站沿金渡北路跨古墩路布置。

金家渡站為地下3層，雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，其中地下1層為站廳層，地下2層為設(shè)備層、地下3層為站臺層，站臺寬度為14.0m。車站主體一般寬度為23.1m，盾構(gòu)井段寬度為27m。車站兩端均為盾構(gòu)接收，圍護形式為1.2m地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。車站主體設(shè)全包防水層，側(cè)墻為復合墻。

該車站被地鐵2號線分隔成2個基坑，自西向東依次為西區(qū)（古墩路以西）、東區(qū)（古墩路以東）。4號線地下3層部分下穿2號線車站段采用盾構(gòu)法施工。

2號線勾莊站已運營，沿古墩路南北向布設(shè)，車站布置在十字路口下方。車站主體標準段基坑深度約17.6m，頂板覆土厚度約3.4m。主體結(jié)構(gòu)為雙層三跨矩形框架結(jié)構(gòu)。圍護采用800mm厚地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻深度為33～35m，結(jié)構(gòu)采用全外包防水，地下連續(xù)墻與內(nèi)襯墻之間設(shè)置防水隔離層。坑底加固為高壓旋噴加固（φ800mm@600mm，滿堂加固），加固深度至坑底以下3m。

2 工程地質(zhì)及水文條件

2.1 工程地質(zhì)

該場地自地表至67.0m深度范圍內(nèi)所揭露的土層均為第四紀松散沉積物，按其成因可分為9層，并細分為16個工程地質(zhì)亞層。所見土層自上而下依次為①0碎石填土、①2素填土、①3淤泥質(zhì)填土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2層砂質(zhì)粉土、⑤3粉質(zhì)黏土夾粉土、⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑦1粉質(zhì)黏土、⑨1粉質(zhì)黏土、⑩1粉質(zhì)黏土、?4圓礫、?a2強風化泥質(zhì)粉砂巖、?a3中風化泥質(zhì)粉砂巖、?b3中風化砂礫巖。

車站底板埋深約24m，位于⑦1粉質(zhì)黏土層，主體圍護采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，地墻進入地層?b3中風化砂礫巖。下穿隧道區(qū)間截面范圍上部為約1m的⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，下部為⑦1粉質(zhì)黏土層。

2.2 水文條件

根據(jù)地下水的含水介質(zhì)、賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，勘探揭露范圍內(nèi)場地地下水類型主要是上第四紀松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水。

（1）孔隙潛水。擬建場地淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層①0、①2、①3層填土，“硬殼層”第②2層粉質(zhì)黏土中，其中填土層富水性較好，淤泥質(zhì)土也有一定的水量。詳勘期間測得的水位一般為0.75～2.70m，相應高程為1.64～3.41m，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，淺層地下水水位年變幅為1.0～2.0m。地下潛水垂直流向不明顯，水平流速較小，水質(zhì)一般為淡水—微咸水。結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗，建議抗浮設(shè)計水位取設(shè)計室外地坪下0.5m。

（2）孔隙承壓水。擬建場地承壓水主要分布于⑤2層砂質(zhì)粉土及深部的?2層中砂、?3層礫砂、?4層圓礫中，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和黏性土層。⑤2層砂質(zhì)粉土水位埋深在地表下2.31m（相應高程為1.51m），?4層圓礫水位埋深在地表下0.80m（相應高程為2.98m），承壓水位呈年周期性上下波動變化。目前，地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)已隔斷?4層圓礫層承壓含水層。

3 施工籌劃

金家渡站下穿盾構(gòu)利用車站兩端頭先行接收的盾構(gòu)機進行施工，施工場地布置不變。

（1）在東端頭井外吊裝端頭后，運輸至下穿部位端頭井吊裝下井，車架在車站負3層水平運輸，利用電機車拉到2號線下穿段的盾構(gòu)始發(fā)位置；（2）準備工作完成后在工作井內(nèi)始發(fā)，推進至接收井，完成上行線隧道施工；（3）平移掉頭，始發(fā)推進完成下行線；（4）盾構(gòu)機分體吊裝上井，車架水平運輸至車站東端頭井吊裝上井。

4 盾構(gòu)下穿法施工技術(shù)

下穿隧道位于地下3層，下穿正在運營的地鐵2號線底板，工程施工期間不能影響2號線的運營，施工風險與難度大。該工程的特點與施工難點主要包括三個方面：（1）為滿足下穿盾構(gòu)施工條件，需要相應調(diào)整車站結(jié)構(gòu)；（2）施工區(qū)域內(nèi)有6根立柱樁，盾構(gòu)施工可能碰到樁基；（3）下穿隧道緊挨2號線底板施工，對環(huán)境影響的控制要求高。

4.1 車站結(jié)構(gòu)調(diào)整

（1）盾構(gòu)機后配套車架需要在車站負3層水平運輸至始發(fā)井，運輸線路上底板梁需要改下翻梁；（2）盾構(gòu)推進完成上行線隧道后，需要平移至下行線始發(fā)區(qū)域，平移范圍需要將底板梁改下翻梁；（3）下行線推進時，運輸電機車線路上的岔道位置需將上翻梁改下翻梁；（4）盾構(gòu)機始發(fā)接收及吊裝，需要對車站柱子位置進行調(diào)整，并在工作井預留滿足盾構(gòu)吊裝需求的孔洞。

4.2 盾構(gòu)機吊裝運輸

（1）盾構(gòu)機中盾重量約145t，考慮采用300t履帶吊吊裝及自翻身的形式，盾構(gòu)機吊裝及運輸需盡量避開車站結(jié)構(gòu)，防止對已完成的車站造成影響；（2）履帶吊考慮停在2個井口的中間位置，吊裝半徑控制在12m以下；（3）考慮整個吊裝、運輸可能在頂板上完成，頂板的地基承載力要滿足要求；（4）履帶吊組裝的配合吊車區(qū)域約10m×50m，需滿足地基承載力要求；（5）運輸車輛行駛區(qū)域需滿足地基承載力要求。

4.3 盾構(gòu)機始發(fā)、接收

（1）已運營車站及新建車站圍護結(jié)構(gòu)之間存在夾心土，在地下連續(xù)墻施工完成后，采用MJS對夾心土進行加固，加固新老地墻之間的夾縫，加固范圍自2號線底板頂以上3m，至2號線地墻以下0.5m。MJS加固體密實度高，可有效避免承壓水突涌的發(fā)生。（2）洞門圈直徑設(shè)計為6800mm，考慮洞門圈深度達到4300mm，盾構(gòu)施工有稍微偏差，盾構(gòu)就容易卡殼；洞門圈延伸至洞門圈平面與隧道軸線垂直，以便盾構(gòu)進出洞門圈時快速封堵洞門。（3）為確保盾構(gòu)始發(fā)、接收及掘進過程中的施工安全，始發(fā)、接收采用MJS加固+外圈凍結(jié)，加固體無側(cè)限抗壓強度不小于1.5MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-7m/s。（4）盾構(gòu)始發(fā)。洞門深度達到4300mm，洞門圈內(nèi)加止水裝置（弧形鋼板內(nèi)加海綿加襪套鉸鏈板）；始發(fā)環(huán)采用背負鋼板，盾尾刷進入洞門圈，快速封堵洞門；土壓力的設(shè)定為盾構(gòu)與車站結(jié)構(gòu)之間土體覆土與2號線車站結(jié)構(gòu)自重；嚴格控制出土量；推進速度控制，同步注漿量按建筑空隙進行控制；（5）盾構(gòu)接收。洞門深度達到4300mm，盾構(gòu)接收采用3次接收，同時洞門圈內(nèi)加止水裝置；接收環(huán)采用端面鋼板環(huán)，盾尾脫出洞門，立即封堵洞門進行壓漿填充。

4.4 盾構(gòu)管片

（1）盾構(gòu)襯砌采用通用管片尺寸，襯砌環(huán)共分6塊，其中1塊封頂塊、2塊鄰近塊、3塊標準塊。襯砌環(huán)外徑為6200mm，內(nèi)徑為5500mm，管片厚度為350mm，環(huán)寬為1200mm。管片環(huán)縫接觸面設(shè)凹凸榫，環(huán)縫采用16根M30彎螺栓連接，縱縫采用12根M30彎螺栓連接。（2）由于此處為穿越杭州地鐵2號線，故管片和螺栓均與鄰近區(qū)間相同埋深管片提高一級。管片最終選型為Ⅲ型（深埋），螺栓等級提高。（3）管片縱向拉緊措施。由于此處位于已運營的杭州地鐵2號線下部，為盡量減少后期運營沉降，該段區(qū)間采用縱向安裝拉緊聯(lián)系裝置以提高縱向剛度，直至區(qū)間推進完成、混凝土保護圈達到設(shè)計強度且鋼板連接完成后拆除。（4）管片增設(shè)注漿孔。淤泥質(zhì)土層的蠕變是盾構(gòu)隧道產(chǎn)生工后長期沉降的重要原因，為控制隧道工后沉降，在管片增設(shè)可重復注漿的注漿孔。底部孔位在澆筑道床結(jié)構(gòu)前需預留接駁管。（5）管片增設(shè)環(huán)縱縫焊接聯(lián)系鋼板。為提高盾構(gòu)襯砌環(huán)的環(huán)縱向剛度及承載力，擬在管片邊緣預埋鋼板，后期完成后采用鋼板焊接連接。

4.5 盾構(gòu)推進施工技術(shù)

（1）盾構(gòu)可能碰到格構(gòu)樁。盾構(gòu)需穿越2號線施工時遺留的6根立柱樁。盾構(gòu)始發(fā)前，需探明樁基具體位置，若樁位于隧道斷面范圍內(nèi)，需要清除。刀盤及刀具配有以下耐磨措施：①面板耐磨采用耐磨焊堆焊；②刀盤周邊耐磨以外周保護刀（硬質(zhì)合金）為主，其余部位采用耐磨焊條堆焊；③刀體采用耐磨性能和韌性兼具的材質(zhì)，刀體表面采用耐磨堆焊層，硬度大于HRC55。格構(gòu)柱切除影響分析：利用PLAXIS建立盾構(gòu)推進切樁的模型進行分析，根據(jù)模型計算結(jié)果，盾構(gòu)推進時，割掉立柱樁之后，已運營車站標準段底板變形向上隆起0.18mm；盾構(gòu)隧道施工后，由于土體回彈，造成車站底板向上隆起1.57mm。上述計算說明，其對已運營的車站結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響非常小。

（2）減少水土流失。①設(shè)備止水。為保障盾構(gòu)順利始發(fā)安全，在0環(huán)采用背覆鋼板環(huán)+端面鋼板環(huán)，將洞門圈和0環(huán)管片焊接在一起，及時注漿封堵洞門。②二次注漿。在左、右線隧道管片上增開注漿孔，以便盾構(gòu)穿越后有效進行二次補壓漿、控制底板沉降變形，同時加強螺栓等級。③微擾動注漿。同步由機殼頂部注漿孔孔向殼體外注入克泥效，及時填充開挖面和盾體之間的空隙，同時控制注入壓力和注入量；在二號線軌道面采用自動化監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整克泥效的壓漿量。

（3）土體改良。盾構(gòu)施工過程中進行渣土改良，向土倉和開挖面注入添加劑（如泡沫等），可以降低刀盤、螺旋輸送機的扭矩，降低盾構(gòu)機的負荷，降低刀具的磨損，防止產(chǎn)生泥餅，有利于沉降控制。

（4）防上浮。推進過程中，隧道有可能上浮。當監(jiān)測到隧道存在明顯上浮現(xiàn)象時可采取對施工隧道內(nèi)進行壓重以控制隧道的進一步上浮，同時同步漿液采用惰性漿液，在漿液中適當加入水泥。

4.6 施工監(jiān)測技術(shù)

（1）軸線自動測量。隧道內(nèi)自動化監(jiān)測，實時監(jiān)測隧道軸線變化，同時安排人員測量復核，以便減少糾偏過大時對2號線底板的影響。

（2）結(jié)構(gòu)底板自動監(jiān)測。TH-STC系列壓差式沉降測量儀系統(tǒng)具有高精度、低溫漂、高可靠性等特點，既可用于短期沉降的實時測量，又可實現(xiàn)微小沉降的有效長期監(jiān)測。對2號線底板及軌行區(qū)域布置自動監(jiān)測儀器，實時監(jiān)控結(jié)構(gòu)底板變形情況，以便及時調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)及二次注漿參數(shù)。

（3）大數(shù)據(jù)信息化施工。盾構(gòu)推進數(shù)據(jù)連接管控中心，以“互聯(lián)網(wǎng)+”思維構(gòu)建管理系統(tǒng)，進行風險實時報警，同時集成大量施工數(shù)據(jù)，提供智能化決策基礎(chǔ)。

5 結(jié)論及效果

金家渡站零距離下穿已運營車站存在較多施工難點，經(jīng)過對各工序施工技術(shù)研究，結(jié)構(gòu)調(diào)整、盾構(gòu)進出洞加固、推進切樁、盾構(gòu)平移吊裝等施工難點都能夠得到有效解決。且施工對已運營車站的沉降和變形影響在可控范圍內(nèi)，對類似工程有參考價值。