地鐵盾構(gòu)隧道施工下穿火車站片區(qū)安全風(fēng)險分析與對策研究

楊茂成

摘 要：昆明地鐵1號線環(huán)城南路站至昆明火車站站區(qū)間，盾構(gòu)要下穿昆明火車站片區(qū)，為了最大限度減少拆遷，降低對既有車站及建構(gòu)筑物的施工安全風(fēng)險，研究了7大風(fēng)險因素及其對策措施，成功穿越既有建構(gòu)筑物和大范圍鐵路特等站站場股道，為后續(xù)地鐵2號線的施工提供了經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；下穿；站場；施工；風(fēng)險；研究

中圖分類號：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0113-02

1 工程情況介紹

（1）線路情況：為了減少拆遷工作量，昆明地鐵1號線的環(huán)城南路站至昆明火車站站區(qū)間，線路在環(huán)城南路站采用豎向重疊隧道（上方左線下方右線），隨線路前進(jìn)方向逐漸扁平展開，到達(dá)昆明火車站站時左右兩線線路水平平行進(jìn)站。即便盡最大努力優(yōu)化線路，線路還是不可避免地要下穿一棟老舊鐵路招待所、昆明火車站的地下出站廳、出站地道、火車站無柱雨棚、6個站臺和12條股道，側(cè)穿鐵路大廈，火車站站前高架及地下停車場等7大高風(fēng)險建構(gòu)筑物，是昆明地鐵施工安全風(fēng)險最高的區(qū)域，建設(shè)難度非常大。

（2）水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況：地層巖性復(fù)雜軟弱，分布在盾構(gòu)頂板以上的有雜填土、素填土、黏土、粉土、泥炭土、圓礫、粉砂、粉黏土；線路西側(cè)240m就是盤龍江，與本區(qū)域有水力聯(lián)系，水位較高，地表下1.0m-2.0m可見地下水，經(jīng)檢驗地下水無侵蝕性。

2 風(fēng)險識別與對策措施方案

因昆明火車站樁基切斷了盾構(gòu)路徑，線路必須選擇從火車站與鐵路大廈之間影響最小的狹窄區(qū)域重疊近接穿過，線路前行進(jìn)入春城路。在最大限度減少建設(shè)風(fēng)險，成功避開火車站主站房和鐵路大廈這一路況下，還要面臨和處理以下風(fēng)險。

（1）風(fēng)險一：鐵路招待所5—6層框架結(jié)構(gòu)，線路選擇從該幢建筑的東北角下穿越，因樁群密集，切斷了盾構(gòu)線路，且站前廣場地形復(fù)雜，又是老舊建筑，不拆除施工風(fēng)險很大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，拆除代價較小。采取拆除房屋，拔除盾構(gòu)路徑上的預(yù)制樁的方案處理，風(fēng)險將至最低。

（2）風(fēng)險二：鐵路大廈為6-9層框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土預(yù)制樁，型號為350mm*350mm*12000mm（樁寬*樁寬*樁長）。

（3）風(fēng)險三：區(qū)間線路側(cè)穿火車站站前高架及地下停車場，右線隧道結(jié)構(gòu)外輪廓距離站前高架橋樁基1.724m，距離地下停車場出口樁基0.424m。

為加固穩(wěn)定地層，防止建筑變形，盾構(gòu)施工之前，對隧道周圍土體進(jìn)行旋噴加固，旋噴樁型采用φ600@400的旋噴樁，樁內(nèi)水泥摻量為22%，2批次6組28天鉆芯試件，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于1.0MP，滿足設(shè)計要求。

（4）風(fēng)險四：東北側(cè)地下出站廳墻下樁基為PCA400預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑為400mm，樁長大于20m，柱下樁基為直徑600mm的鉆孔灌注樁，樁長大于24m。地下出站廳的樁基已經(jīng)切斷盾構(gòu)線路，并有93根抗拔樁侵入盾構(gòu)結(jié)構(gòu)。在盾構(gòu)前臨時拆除地下出站廳，拔除侵入盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的樁基，地鐵盾構(gòu)竣工穩(wěn)定后，還建地下出站廳。

（5）風(fēng)險五：區(qū)間線路下穿火車站南側(cè)出站地道，因南廣場未開通，暫時未開通投入客流疏散使用。其結(jié)構(gòu)與右線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)豎向最小凈距9.173m，嚴(yán)格控制盾構(gòu)參數(shù)與變形，防止沉降和隆起超標(biāo)（-10mm，+5mm）。

（6）風(fēng)險六：盾構(gòu)穿越火車站股道，有4處近接無柱雨棚樁基礎(chǔ)，無柱雨棚的樁基礎(chǔ)采用直徑600mm的鉆孔灌注樁，樁長大于30m，盾構(gòu)外側(cè)與雨棚樁基礎(chǔ)的距離分別是：A斷面左線0.70m，右線0.87m；B斷面左線0.95m，右線2.23m；C斷面左線2.32m，右線3.13m；D斷面左線8.78m，右線被切斷。

ABC三處無柱雨棚基礎(chǔ)，通過精準(zhǔn)控制盾構(gòu)穿越樁群；D處在右線盾構(gòu)隧道內(nèi)，路徑被切斷，因不能拆除，采用了托換樁基的方案處理，是該區(qū)域化解風(fēng)險技術(shù)措施較復(fù)雜的項目。

施工順序：1250mm鉆孔樁—--托梁制作—--焊接包裹雨棚柱----旋噴加固地基土體----挖破樁孔----破除雨棚柱樁基----C10素混凝土回填——再壓漿充填密實：

1）雨棚柱的托梁樁基礎(chǔ)，采用直徑1250mm的鉆孔樁，樁長分別為37m、18m；梁的長寬高分別為10.6m*1.5m* 1.8m。托梁包住雨棚柱的同時，要在雨棚柱上焊接鋼板，錨固在托梁上，再用混凝土進(jìn)行包裹，形成新的樁基托梁體系，支撐雨棚柱分擔(dān)的承重。見圖1樁基托換平面位置圖。

2）在開挖破樁孔前，采用旋噴加固技術(shù)，地層在地層加固范圍長4.75m，寬4.60m，深度21.0m。φ600@400的旋噴樁，樁內(nèi)水泥摻量為18%，6組28天鉆芯取樣試件，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于大于1.0MP，滿足設(shè)計要求。

3）在要破除的雨棚柱基礎(chǔ)邊0.65m處，采用人工開挖破樁孔，樁徑1.50m，深度19.0m。

在原樁與隧道相交的下緣往下1.0m的位置，按照1.5m的高度開挖水平孔，用可拆卸的16工字鋼支護(hù)，接近原樁并鑿除，空腔用C10素混凝土回填，預(yù)埋加固注漿管；之后往上開挖第二個循環(huán)，總共6個循環(huán)可以確保全部拆除侵入盾構(gòu)路徑的原樁，用C10素混凝土回填輔助破樁孔，在盾構(gòu)推過后，利用預(yù)埋管注水泥砂漿充填開挖回填空隙，使之密實防止沉降變形。完成全部托換工作，以保護(hù)無柱雨棚免受拆除與重新恢復(fù)而產(chǎn)生的巨大工作量，以及由此帶來的既有線施工安全壓力。見圖2舊樁破除方案示意圖。

（7）風(fēng)險七：下穿火車站12條股道及6個站臺。這是昆明地鐵施工利用盾構(gòu)技術(shù)穿越的最大運營火車站，總共12條股道加6個站臺，隧道結(jié)構(gòu)最小覆土厚度為8.964m。受周邊建筑環(huán)境影響，地鐵線路與車站線路以73°的平面角度下穿，總長度103m。穿越要克服的最大風(fēng)險就是控制地面股道的變形，保證車站安全運營。采取措施如下。

1）設(shè)備選型：在分析我國其他城市成果經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，了解盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的特點，再結(jié)合昆明地區(qū)的工程地質(zhì)水文地質(zhì)特點，最終選擇采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，德國海瑞克S-652/S-653盾構(gòu)機(jī)（直徑6410mm），承擔(dān)施工任務(wù)，其刀盤開口率38%，主要切削刀具31把。

2）地面變形控制指標(biāo)的確定：采用變形累計值和變形速率雙控指標(biāo)進(jìn)行控制。累計變形控制值為-10mm，+5mm；變形速率速率控制值±2mm/d，這是昆明地鐵建設(shè)中最嚴(yán)格的控制指標(biāo)。

施工期間建立了完善的施工方和獨立第三方監(jiān)控量測系統(tǒng)，施工過程采取變形與盾構(gòu)推力、出土量、注漿量、推進(jìn)速率等的線性相關(guān)性分析，及時分析糾偏，施工期間沉降最大為-8.7mm，沒有出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，沉降變形成功控制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)。

施工確定了必須開展監(jiān)測的項目6個：進(jìn)行洞內(nèi)及洞外巡查，地表沉降與隆起，管片襯砌變形，建筑物下沉傾斜，地下水位觀測。

3）推進(jìn)參數(shù)的試驗確定：為了保持開挖面的穩(wěn)定，防止欠壓、過壓推進(jìn)，嚴(yán)格控制出土與盾構(gòu)推進(jìn)速度的關(guān)系，防止過量出土與出土不足。進(jìn)入股道前，根據(jù)先推段的推力、刀盤扭矩、推進(jìn)速率、出土量、注漿壓力與變形值的線性關(guān)系取得的盾構(gòu)機(jī)推力10000～12200KN；刀盤扭矩1900～2300KN/m推進(jìn)速率在12～28mm/min；出土量控制在39立方米左右；注漿壓力控制在0.15～0.3MP以內(nèi)，同步注漿量4.47立方米。穿越股道時盾構(gòu)機(jī)上部土壓力值為93.6kpa---106.4kpa，左線為71.3kpa---90.3kpa；每一環(huán)的出土量控制在39.21立方米；二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，最大注漿壓力為0.3Mpa，以解決彌補(bǔ)同步注漿不足，這是嚴(yán)格防止地表沉降的有效手段，嚴(yán)格控制壓力，保證是填充注漿而不能是劈裂壓漿。

同步注漿與二次注漿：盡快在盾構(gòu)脫出后的襯砌背面充填漿液材料，做到量足，時間及時；同時要根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測情況做好再次補(bǔ)注漿。

4）保障設(shè)備完好及姿態(tài)控制：進(jìn)入股道前，全面整修盾構(gòu)設(shè)備，消除隱患，做到避免長時間停機(jī)、防止了螺旋輸送機(jī)噴涌砂、盾尾和鉸接部位漏砂，沒有造成地層損失，克服加大沉降變形。控制好多個姿態(tài)，避免了盾構(gòu)大幅糾偏、上浮、磕頭發(fā)生。

5）列車限速：盾構(gòu)下穿股道，列車限速45km/h，并對軌道進(jìn)行整道，取消原有墊片，利于盾構(gòu)穿越時沉降超標(biāo)，采取加墊片起道措施。

6）下穿股道范圍采用洞內(nèi)注漿加固措施。該區(qū)間部分隧道為上下重疊近接隧道，最小凈距為1.8m，上層隧道的覆土厚度最小為5.5m，施工風(fēng)險較大。施工順序上采用先施工下層隧道右線，在下層隧道變形監(jiān)測穩(wěn)定后，才施工上層的左線隧道，施工區(qū)間嚴(yán)格控制了盾構(gòu)總推力及土艙壓力參數(shù)，同時對下方隧道進(jìn)行監(jiān)測，防止過大的附加變形的產(chǎn)生。

為了有效控制地層變位，減少盾構(gòu)施工對車站環(huán)境的影響，在盾構(gòu)施工通過之后，再次在洞內(nèi)，從預(yù)留以隧道襯砌外緣以外3.0m內(nèi)的土體進(jìn)行了土體加固，加固土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于大于1.0MP，滿足設(shè)計要求。

經(jīng)過多年跟蹤監(jiān)測，地鐵隧道設(shè)備和昆明火車站站場設(shè)備穩(wěn)定，運營狀態(tài)安全。

3 結(jié)語

地鐵通過高風(fēng)險復(fù)雜區(qū)域，線路的選擇是化解重大風(fēng)險的最可靠的措施，本案成功避開了火車站主站房和鐵路大廈；再對盾構(gòu)穿越建構(gòu)筑物復(fù)雜區(qū)域的全部風(fēng)險因素進(jìn)行識別，采用拆除、加固、托換、優(yōu)化盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)等措施逐一化解風(fēng)險，使得盾構(gòu)穿越了昆明最復(fù)雜的火車站區(qū)域，為今后穿越類似復(fù)雜區(qū)域的2號線施工提供了經(jīng)驗借鑒。

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