北京地鐵17 號線朝十區(qū)間盾構(gòu)機穿墻過站技術(shù)研究

常潤安，胡俊

（1.北京正遠監(jiān)理咨詢有限公司，北京 100102；2.海南大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，海南 海口 570228）

“先隧后站”施工技術(shù)在地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)中越來越多地得到運用. 當(dāng)車站無法按期提供常規(guī)過站條件時，為保證總工期目標(biāo)可考慮“先隧后站”，即盾構(gòu)先掘進通過車站后再施工車站主體. 該方法存在盾構(gòu)與車站圍護結(jié)構(gòu)沖突、隧道與車站接口止水和盾構(gòu)切削圍護結(jié)構(gòu)等問題[1-5]，但該工法保證了隧道施工的盾構(gòu)機繼續(xù)向前掘進，確保區(qū)間的施工工期，保證結(jié)構(gòu)安全、節(jié)約工程造價[6-8].

大量學(xué)者對盾構(gòu)掘進過程進行研究與探討. 唐曉武等[9]基于盾構(gòu)施工過程，利用彈性力學(xué)Mindlin 解，通過坐標(biāo)變換經(jīng)積分推導(dǎo)出刀盤與土體之間摩擦引起的地表變形公式；地面出入式盾構(gòu)隧道是日本工程界最新研發(fā)盾構(gòu)的施工方式[10]；Lee 等[11]通過一系列離心模型試驗對隧道開挖引起的地表沉降、超孔隙水壓力的產(chǎn)生等一系列進行研究；劉勇等[12]在盾構(gòu)掘進中，運用有限元分析法分析水平凍結(jié)法傳熱對盾構(gòu)掘進的影響. 目前研究集中探討盾構(gòu)機掘進施工對周圍地表產(chǎn)生變形等，嚴重時必須采取輔助措施加強隧道結(jié)構(gòu)，如隧道內(nèi)緊貼管片施工鋼套環(huán)[13]等. 本文以北京地鐵17 號線朝陽港站—十里河站區(qū)間左線盾構(gòu)機穿墻過站為工程背景，介紹一種盾構(gòu)機穿墻過站施工方法，對該工程穿越區(qū)域地連墻的設(shè)計及施工順序、盾構(gòu)機刀盤刀具的配置情況、盾構(gòu)機穿墻時機及掘進參數(shù)、控制措施和實施效果等進行詳細介紹和分析，以期為類似工程提供技術(shù)參考依據(jù).

1 工程概況

北京地鐵 17 號線朝陽港站—十里河站區(qū)間盾構(gòu)機由東南四環(huán)向東南三環(huán)方向掘進. 整個區(qū)間共設(shè)置5 處聯(lián)絡(luò)通道. 其中盾構(gòu)區(qū)間起終里程：左K12+658.162～左K16+174.717，全長3 517 m；右K12+658.162～右K16+113.851，全長3 456 m. 區(qū)間平面圖如圖1 所示.

工程在實施后進行了變更，在區(qū)間上大羊坊路與西大望路南延相交路口南側(cè)增設(shè)了十八里店站，車站沿大羊坊路設(shè)置，線路東南—西北走向敷設(shè)，車站設(shè)計起止點里程為：右K14+553.200～右K14+852.400. 車站基底持力層主要為④3 粉細砂層、⑥粉質(zhì)黏土層、⑥2 黏質(zhì)粉土層，④3 粉細砂層承載力標(biāo)準(zhǔn)值180 kPa，⑥粉質(zhì)黏土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值180 kPa，⑥2 黏質(zhì)粉土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值200 kPa. 車站圍護結(jié)構(gòu)采用0.6 m 厚的地連墻，地下連續(xù)墻采用 C35 混凝土. 最外層鋼筋的混凝土保護層厚度：外側(cè)70 mm，內(nèi)側(cè)70 mm. 新加車站地質(zhì)剖面圖如圖2 所示.

圖1 區(qū)間平面圖

圖2 十八里店站地質(zhì)剖面圖

2 新增十八里店站概況

十八里店站為地下雙層島式車站，結(jié)構(gòu)形式為地下雙層單柱兩跨箱型框架結(jié)構(gòu)，車站兩端區(qū)間均為盾構(gòu)區(qū)間. 車站總長299.20 m，有效站臺長186.00 m，車站底板標(biāo)準(zhǔn)段埋深為17.45 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.10 m. 車站中心線處軌頂絕對標(biāo)高19.27 m. 車站結(jié)構(gòu)高度為13.95 m，車站位置地面高程約為35.20 m. 十八里店站平面圖如圖3 所示. 主體基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)形式，主體基坑尺寸為299.40 m × 21.30 m ，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為17.65 m. 車站基底持力層主要為④3粉細砂層、⑥粉質(zhì)黏土層、⑥2 黏質(zhì)粉土層，④3 粉細砂層承載力標(biāo)準(zhǔn)值180 kPa，⑥粉質(zhì)黏土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值180 kPa，⑥2 黏質(zhì)粉土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值200 kPa.

圖3 十八里店站平面圖

車站主體兩端進行端頭加固. 加固范圍為隧道上下左右各3 m，加固長度為12 m. 十八里店站端頭加固范圍如圖4 所示，掘進時安裝加強型管片，待貫通后車站開挖前進行洞內(nèi)注漿加固.

圖4 十八里店站端頭加固范圍

3 盾構(gòu)機穿墻過站方案

3.1 盾構(gòu)穿越區(qū)域地連墻概況

地連墻的立面總高度為22.4 m（北21.4 m），寬度為7.5 m. 鋼筋籠縱向桁架筋采用22 間距5 m的鋼筋，基坑內(nèi)外側(cè)豎向鋼筋均采用32 間距200 mm 和32 間距500 mm 鋼筋；鋼筋籠橫向桁架筋采用22 間距為5 m 的鋼筋，基坑內(nèi)外側(cè)橫向鋼筋均采用20 間距200 mm 和16 間距200 mm 的鋼筋；鋼筋籠加強筋采用22 橫向桁架筋與18 斜向剪刀筋，整個鋼筋籠盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)全部采用玻璃纖維筋代替鋼筋，代替范圍為除去搭接長度（1 250 mm）外盾構(gòu)區(qū)間線路中心上下左右各3.75 m.

鋼筋應(yīng)力計監(jiān)測頻率為2 次/日，盾構(gòu)掘進通過時提高為4 次/日，取澆筑前24 h 獲得的穩(wěn)定數(shù)據(jù)平均值作為初始值，控制值為設(shè)計值的2 倍內(nèi). 鋼筋籠設(shè)計尺寸部分如圖5 所示.

圖5 鋼筋籠設(shè)計尺寸圖

3.2 新加站地連墻施工順序

施工順序為首先施工靠近左線區(qū)間的南側(cè)墻及區(qū)間端頭L 型地連墻，之后再施工靠近右線區(qū)間的北側(cè)墻及區(qū)間端頭L 型地連墻. 最后，分別在盾構(gòu)通過十八里店站地連墻前后，提前合適時間施工左右線需穿越的4 副端頭地連墻.

3.3 盾構(gòu)機穿越地連墻時機

具體穿越籌劃為：盾構(gòu)機復(fù)推后在掘進至刀盤距離地連墻10 m 位置處停機，之后新加站開始對盾構(gòu)穿越地連墻進行抓槽施工并澆筑，待區(qū)間范圍內(nèi)地連墻澆筑施工8 h 后，盾構(gòu)機恢復(fù)向前掘進，24 h 內(nèi)開始切削通過地連墻.

4 方案實施效果

根據(jù)北京地鐵17 號線工程的整體工程籌劃，結(jié)合現(xiàn)場施工情況并考慮環(huán)境因素影響，本工程左線盾構(gòu)機在2019 年11 月19 日開始準(zhǔn)備過站穿越第一道地連墻，首先盾構(gòu)機掘進至新加站圍護結(jié)構(gòu)前10 m，等待車站圍護結(jié)構(gòu)施作后，盾構(gòu)破除車站圍護結(jié)構(gòu)，拼管片（通縫拼裝）通過十八里店站南段圍護結(jié)構(gòu). 左線盾構(gòu)機穿越第一道地連墻具體工期安排如下：2019 年11 月19 日至11 月20 日，盾構(gòu)機掘進至新加站圍護結(jié)構(gòu)前10 m 停機；2019 年11 月20 日EWB106 幅地連墻施工（之前兩側(cè)相鄰幅已經(jīng)施工完成）；2019 年11 月21 日，盾構(gòu)機穿越地連墻.

2019 年11 月21 日，盾構(gòu)機穿越EWB106 幅地連墻（圍護結(jié)構(gòu)南端墻）；穿越時應(yīng)嚴格控制盾構(gòu)機掘進參數(shù)，根據(jù)參數(shù)判斷刀盤是否全部貼上地連墻，當(dāng)?shù)侗P貼上地連墻后調(diào)整掘進參數(shù)，以控制掘進速度及上部土倉壓力為基準(zhǔn)，其他參數(shù)刀盤扭矩及推力大小可根據(jù)實際情況調(diào)整. 穿越第一道地連墻時的掘進參數(shù)控制如圖6 所示.

切削地連墻掘進時以泡沫和水作為主要的渣土改良劑，用來降低土倉內(nèi)溫度；并注意觀察出渣情況，觀察渣土是否冒熱氣. 低速掘進時，注意控制掘進速度和出渣量，防止超挖. 穿越時出渣的玻璃纖維筋如圖7 所示，說明盾構(gòu)機刀盤刀具可有效掘進破碎玻璃纖維筋地連墻.

圖6 穿越時掘進參數(shù)控制

圖7 穿越時出渣的玻璃纖維筋

5 結(jié)語

本文以北京地鐵17 號線朝陽港站—十里河站區(qū)間左線盾構(gòu)機穿墻過站為工程背景，介紹了一種盾構(gòu)機穿越地連墻過站的施工方法，該方法在盾構(gòu)機掘進至新加十八里店車站圍護結(jié)構(gòu)前 10 m時停機保壓，等待車站圍護結(jié)構(gòu)施作后，盾構(gòu)機復(fù)推破除車站圍護結(jié)構(gòu)，拼管片（通縫拼裝）通過十八里店站，待盾構(gòu)區(qū)間施工完畢后再施工新加車站主體結(jié)構(gòu). 該工法在實際工程中得到了成功應(yīng)用，取得了很好的實施效果，可為今后類似工程提供技術(shù)參考依據(jù).