城市地鐵盾構施工過運營高鐵站接收技術控制與應用

吳四二，夏衛(wèi)平，顏海峰，潘家奎，孔祥寶，侯力

（合肥地鐵既有結構物下盾構施工技術攻關小組，安徽 合肥 230601）

0 前言

盾構法施工技術不斷被運用于城市軌道建設。因城市發(fā)展需要，需對部分地鐵線路進行分期建設，重要站點為多條線路交叉換乘站，此類站點修建過程中一般按照盾構接收、過站及二次始發(fā)預留實施。盾構接收是盾構施工中的重要風險點之一，特別是在已運營車站進行盾構接收，易產生泥涌、地面變形等現(xiàn)象，嚴重影響既有運營車站的安全。目前，國內已有盾構在既有運營車站、高鐵線路及重要構筑物等條件下接收的工程案例，但針對安徽地區(qū)典型黏土層地質條件下，盾構過既有運營車站的工程經驗幾乎沒有。

在城市地鐵既有結構物下盾構施工時，根據(jù)掘進模式、地質及環(huán)境情況，利用端頭加固區(qū)試驗段，合理控制土倉壓力、掘進速度和出土量、嚴控同步注漿和二次注漿等關鍵施工技術，減小盾構接收施工對建構筑物及既有運營車站的影響。開展特殊環(huán)境盾構接收施工技術研究，對盾構施工安全、保護周邊建構筑物及既有運營車站（結構物）安全具有較大的工程實用意義。

1 工程概況

合肥地鐵4號線潛口路站～高鐵站區(qū)間采用盾構法施工，隧道線路出潛口路站后沿高鐵路向東進入高鐵站，沿線主要建（構）筑物有高鐵站西匝道橋（設計風險等級II級，水平最小凈距約1.1m）、綠地西地塊地下室和既有高鐵南站、風亭等。高鐵南站為1、4、5號線換乘車站，其中4號線位于高鐵南站負4層、沿東西方向穿過合肥南站站區(qū)，地鐵1、5號線位于負3層，南北方向穿過站房區(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構已與合肥南站主體結構同期建設。

4號線潛-高區(qū)間盾構接收端，位于南站西風亭結構下，接收端范圍內地層由上而下依次為：雜填土①1層、粉質黏土填土①2層、黏土⑥2層、黏土⑦1層、粉質黏土⑦2層，盾構主要穿越地層為黏土⑥2層，具有膨脹性。

接收端地質剖面圖如圖1所示。

圖1 盾構接收端地質剖面圖

2 主要風險點說明

2.1 穿越重要構筑物

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

2.2 接收端地質、環(huán)境復雜

高鐵南站為前期預留工程，接收端范圍地層已采用直徑600mm雙重管旋噴樁、相互咬合200mm，從地面進行了加固，縱向加固長度8000mm。施工前，通過現(xiàn)場查看，高鐵南站負四層（4號線負二層站廳層）長期處于流水浸泡狀態(tài)，結構穩(wěn)定性不明確。另外，4號線下穿風亭結構和運營地鐵1號線，接收后進入高鐵站站廳層，縱向受限無垂直加固條件。

2.3 接收端頭加固

根地勘報告，洞門范圍內均為硬塑狀粘土，經取芯檢測，無側限抗壓強度不符合設計要求，設計采用無收縮雙液漿（WSS)進行再加固。

①施工工藝及試驗參數(shù)的確定

通過試驗，驗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

注漿孔采用鉆機成孔，鉆桿采用φ42中空鉆桿，鉆機按照指定的位置就位，并在技術人員的指導下，調整鉆桿角度，對準孔位后，鉆機不得移位。當加固范圍在結構范圍外部時，采取打設斜向注漿孔進行土體加固。

鉆進成孔：按注漿長度及注漿范圍要求，嚴格控制鉆桿深度，慢速運轉，根據(jù)地層對鉆機的影響情況，確定該地層條件下的鉆進參數(shù)；密切觀察溢水、出水情況，當出現(xiàn)大量溢水時立即停鉆，分析原因、落實解決辦法后繼續(xù)施工。

③無收縮雙液漿加固工藝A、B化學液技術指標參數(shù)。

a.注漿擴散半徑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，若出水量超過限值，重新進行補漿加固。

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，當壓力突然上升或溢孔，立即停止注漿。

無收縮雙液漿加固施工工藝流程圖

3 盾構接收前準備

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，施工前編制詳細的專項施工方案及切實可行的施工技術措施，組織行業(yè)內的知名專家進行評審，并對施工管理人員和班組進行精準技術交底；接收前進行模擬掘進試驗段，對試驗段的關鍵數(shù)據(jù)進行及時收集、整理及分析，關鍵數(shù)據(jù)包括沉降值、同步及二次注漿量、盾構推進速度等，依托方案和試驗得出的總結數(shù)據(jù)，及時召開分析會，確定最終的掘進參數(shù)、沉降控制參數(shù)、注漿參數(shù)及其他控制數(shù)值，由專家級技術顧問跟蹤指導,從而為盾構安全順利過既有運營高鐵站提供技術保證。

4 盾構過運營高鐵站接收技術控制與應用

4.1 隧道線型控制

線形控制的主要任務是通過控制盾構姿態(tài)，使構建的管片結構幾何中心線線型順滑，且偏離設計中心線的距離在容許誤差范圍內。

4.1.1 掘進控制測量

隨著盾構掘進，對盾構及管片的位置進行間斷測量，以把握其偏離設計中心線的程度。測量項目包括：盾構的橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉角和切口行程、盾尾間隙和管片環(huán)中心坐標、底部高程、水平直徑、垂直直徑、前端面里程等。基于上述測量結果，畫出盾構及管片與設計中心線的位置關系圖，直接預測下一環(huán)盾構掘進的偏差范圍。

4.1.2 盾構方向控制

掘進過程中，對盾構姿態(tài)及拼裝管片的位置選點進行有效的控制；通過調整盾構千斤頂使用數(shù)量和設定刀盤回轉力矩對盾構方向進行修正；若遇硬地層或曲線掘進，要進行大的方向修正時，則采用仿形刀向調整方向超挖，此時，盾尾間隙減小、管片拼裝困難，為確保盾尾間隙，必須進行方向再修正。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。盾構滾轉角的修正，采取刀盤向盾構偏轉同一方向旋轉的方法，利用所產生的回轉反力進行。

4.2 盾構姿態(tài)及參數(shù)控制

4.2.1 接收試驗控制區(qū)參數(shù)控制

為保證盾構順利穿越風險源并完成接收，潛-高區(qū)間接收施工設定了掘進試驗段（距接收洞門100m～40m），在總結分析接收試驗段掘進參數(shù)的基礎下，確定合適的接收控制參數(shù)，對控制參數(shù)進行專家級分析并運用，是盾構姿態(tài)良好的保證。試驗段掘進參數(shù)記錄如下。

圖3

盾構掘進參數(shù)統(tǒng)計表 表1

結合專項施工方案和試驗段掘進控制階段參數(shù)，進一步總結分析，形成了接收段（距接收洞門40m～洞門）質量控制參數(shù)：盾構水平姿態(tài)控制在±20之間、垂直姿態(tài)控制在-30～0之間。具體實際掘進參數(shù)如表2（部分）所示。

掘進參數(shù)分析表 表2

4.2.2 接收段參數(shù)控制

為保證盾構順利完成接收，通過總結分析接收試驗控制區(qū)掘進參數(shù)，確定了接收掘進參數(shù)。

盾構接收掘進參數(shù)統(tǒng)計表 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‰下坡轉平坡，平面姿態(tài)在掘進至374環(huán)后做出調整，即盾構機刀盤未出邊坡點處逐步調整，掘進至370環(huán)已經緊貼設計軸線（圖4），盾構機有左轉趨勢。

圖4 潛口路站-高鐵站區(qū)間右線333-399環(huán)管片實測掘進姿態(tài)

4.4 監(jiān)控量測

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

圖5 接收端頭監(jiān)測點分布圖

從監(jiān)測成果（最大量統(tǒng)計表）分析表中得知，監(jiān)測項目均已達到指導施工的監(jiān)測目的，監(jiān)測項目均未超出預報警值，各監(jiān)測項目在良好的控制范圍內。

5 結束語

圖6 接收端風亭監(jiān)測點分布圖

圖7 建筑物沉降監(jiān)測累計沉降值統(tǒng)計分布

圖8 西側2#風亭墻面沉降監(jiān)測沉降累計值分布

圖9 西側2#風亭地面伸縮縫沉降監(jiān)測沉降累計值分布

圖10 西側2#風亭1層地面沉降監(jiān)測沉降累計值分布

圖11 西側2#風亭裂縫監(jiān)測沉降累計值分布

盾構過運營高鐵站接收前，根據(jù)接收段建構筑物的結構及基礎特點，做好環(huán)境調查、監(jiān)控量測、構筑物保護、端頭地層加固及充分施工準備工作，開展模擬掘進試驗段，接收期間根據(jù)試驗段掘進參數(shù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)，科學選擇土倉壓力、合理控制出土量及推進速度、嚴控同步注漿量和二次注漿、防止盾尾漏漿、加強設備維護等技術措施，確保建構筑物安全及盾構施工順利進行，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，構筑物沉降指標符合要求。通過實踐證明，針對黏土層地層采用“水和泡沫進行渣土改良，控制土倉壓力在0.10～0.13 MPa之間，盾構掘進出土量控制在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措施”，有效地降低了工程風險，極大地保障了既有高鐵站的正常運行，顯著提升了工程的安全性，對今后同類工況的施工提供了參考。