盾構磨墻樁下穿運營地鐵站及緊鄰接收技術研究

徐正齊

(中國中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023)

1 工程概況

1.1 工程位置關系

杭州地鐵新建7 號線建設三路站為地下負四層結構，位于蕭山區建設三路與市心北路交叉口西側，大里程端頭東側與既有運營地鐵2 號線建設三路站(地下負二層結構)緊鄰，新老兩站夾角85°，呈“T”型換乘。新老兩站基坑圍護結構地連墻間距僅0.94～1.5m。2 號線建設三路站的原基坑圍護結構為地下連續墻，主體結構底板寬18.5m(沿7 號線線路方向)，距7 號線建設三路站～耕文路站區間隧道頂部4.26m。平面位置關系，見圖1。

圖1 新建7 號線與既有2 號線車站平面位置關系

新建地鐵7 號線建設三路站～耕文路站區間隧道中間風井段的盾構掘進，自中間風井內始發，側穿寧稅路及路邊廠房區后，沿建設三路站自東向西掘進，磨墻樁并近距離下穿運營地鐵2 號線建設三路站下方，最終到達7 號線建設三路站大里程端盾構井內接收。期間，左線盾構需直接磨穿2號線建設三路站的0.8.m 厚C30 鋼筋混凝土地連墻2 次，以及磨穿直徑800mm 鋼筋混凝土立柱樁1 根(其格構型鋼插入位置未進入7 號線區間隧道范圍內)；右線盾構需直接磨穿2 號線建設三路站玻璃纖維筋砼地連墻2 次(右線范圍內無立柱樁)。縱斷面位置關系，見圖2、圖3。

圖2 左線7 號線與2 號線車站關系縱斷面

圖3 右線7 號線與2 號線車站關系縱斷面

1.2 工程及水文地質

本段線路地面高程為+6.0m。自上而下地層為：⑴1 雜素填土，厚約3.5m；⑵4 砂質粉土，厚約9.5m；⑶5 粉砂夾砂質粉土，厚約5.3m；⑹1 淤泥質黏土夾粉土，厚約9.2m；⑻2 粉質黏土夾粉砂，厚約10.0m；⑿1 粉細砂，厚約9.0m；⑿4 及⒁4 圓礫，厚約13.7m；⒇b2 強風化砂礫巖，厚約4.8m。盾構穿越地層為⑹1 淤泥質黏土夾粉土層。

區間隧道穿越段地層中存在高水位潛水，勘測潛水水位埋深為地面以下約1.5m，自然歷史條件下，潛水水位年變幅約1.5m。區間隧道下部地層存在高水頭承壓水，勘測承壓水水頭埋深5.40m，承壓水水頭年變幅約3.0m；承壓水主要分布于區間隧道下部⑿1 層粉細砂、⑿4 及⒁4 圓礫層中，厚度約22m，頂面距區間隧道底部約10m。

2 技術難點及風險分析

2.1 技術難點

a.盾構2 次磨穿2 號線運營地鐵站鋼筋砼地連墻墻(左線)，2 次磨穿玻璃纖維筋砼地連墻(右線)，以及1 次磨穿鋼筋砼立柱樁(左線)；b.近距離下穿2 號線運營地鐵站；c.復雜地質及環境下，緊鄰2 號線運營地鐵站的盾構接收(地層存在高水位潛水及高水頭承壓水；新老車站基坑地連墻施工及開挖過程中，發生多次透水及沉陷等情況，承壓水頂部隔水地層被擾動)。

2.2 風險分析

a.盾構磨穿2 號線車站墻樁施工存在鋼筋卡螺旋機、磨墻處盾構超方、地表塌陷等風險；b.盾構近距離下穿2 號線運營地鐵站以及緊鄰接收施工，存在車站結構和運營線路沉降、變形超限等風險。

3 磨墻樁、下穿及接收技術措施

3.1 盾構刀盤刀具優化配置

本區間隧道掘進選擇采用兩臺直徑6440mm 復合土壓平衡盾構機，刀盤設計為4 主梁+4 副梁結構，開口在整個盤面均勻分布，整體開口率為40%，設置6 路泡沫改良噴口，2路膨潤土改良噴口(與泡沫噴口共用)。根據現場地質情況以及工況條件，為確保盾構磨墻樁切割效果，對兩臺復合土壓平衡盾構刀具機進行了優化配置。刀具優化配置見表1。

表1 盾構刀具優化配置表

3.2 換刀區土體垂直MJS 加固

為保證盾構磨墻樁要求,在下穿前需進行換刀作業。換刀區設置在2 號線既有建設三路站東側的市心北路中間機動車道上，此處刀盤距離2 號線建設三路站第一道地連墻1m。為保證加固質量，確保換刀作業及磨地連墻墻安全，降低對既有運營地鐵站影響，經研究比選，換刀區加固措施優化調整為垂直MJS 加固。樁徑2.4m，樁間距1.7m，其中左線MJS 加固長度12m，右線加固長度6m，左右線加固寬度及高度均12m，樁底深度均為29.78m。左右線有效加固高度是以區間隧道中心為直徑12m 范圍。

垂直MJS 加固工藝流程為：①引孔，②下放多孔噴漿管，③設定噴漿范圍，④開始噴漿，⑤噴漿作業，⑥形成樁體。加固液水泥摻量40%，水灰比1:1。

3.3 新老車站地連墻間夾層土垂直MJS 加固

7 號線與2 號線建設三路站兩者地連墻間夾層土體厚度0.94～1.5m。采用一排MJS 進行垂直加固。MJS 加固樁共16 根，樁徑2.4m，樁心距1.7m，加固深度36m，水泥摻量40%，水灰比1:1。

3.4 接收井洞門內土體水平MJS 加固

由于7 號線盾構接收井緊鄰2 號線車站結構，無法從地面進行接收端頭處加固作業，只能采取洞內水平作業加固方式。為減小洞內水平加固對運營地鐵站影響，研究采取了水平MJS 加固方案。

水平MJS 施工主要目的：a.防止盾構接收進洞時發生噴涌、沉陷等安全風險；b.為盾構磨穿地連墻提供反力；c.防止和規避盾構下穿地鐵2 號線建設三路站期間超挖、沉降及變形等安全風險；d.為下穿直至接收期間可能發生的盾構開倉提供應急條件。

MJS 全方位超高壓噴射工法，可多角度成樁。水平MJS噴射角度設定為向下180°范圍，單樁成樁為半圓柱體。成樁直徑2400mm，橫向間距1700mm，豎向間距700mm，局部位置需避讓洞門圈預埋鋼環。7 號線區間隧道左線洞內(2 號線車站下部兩道地連墻間)水平MJS 加固范圍：洞身外圈頂部及兩側環向加固厚度1. 0 m(1 排樁)；洞身外圈底部加固厚度2.0m(2 排樁)，縱向水平加固長度18.5m；洞身范圍內小里程加固段長度2m，大里程段加固長度4m，中間段12.5m不加固。右線洞內水平MJS 加固范圍：洞身外圈底部加固厚度2.0m(2 排樁)，縱向水平加固長度18.5m；洞內其他范圍不加固。水平MJS 加固斷面，見圖4、圖5。

圖4 左線洞內水平MJS 加固縱斷面

圖5 右線洞內水平MJS 加固縱斷面

洞內水平MJS 加固以7 號線建設三路站盾構接收井負四層為作業場地，縱向沿2 號線車站寬度方向水平施作。水平MJS 加固施工順序為先下后上，逐層施工，在同一層面需要跳樁施工，保證相鄰兩根加固樁施工間隔24 小時。工藝流程為：a.提前在7 號線接收井洞門處地連墻內預埋導向管；b.安裝防噴涌裝置；c.鉆機水平引孔；d.多孔管鉆入；e.水平噴漿作業(向下180°范圍)；f.形成半圓柱加固樁體；g.封孔完成。主要工藝技術參數，見表2。

表2 水平MJS 加固主要工藝技術參數表

4 盾構磨墻樁和近距離下穿施工

根據先易后難原則，工籌組織安排右線盾構先行磨墻和下穿，取得一定技術積累及經驗后，左線盾構再磨墻樁和下穿。

4.1 盾構磨墻前開倉換刀

右線盾構掘進至1028 環進入垂直MJS 加固區、左線盾構掘進至1021 環進入垂直MJS 加固區，然后進行開倉換刀作業，換刀采用常壓開倉方式。為確保開倉作業的連續、快速，須提前做好充分準備工作，包括：作業工具、洞內水電及通風、氣體檢測儀器、壓排風機料具、進倉作業人員安全及技術交底等。開倉換刀作業主要工藝流程：盾體克泥效止水注漿及盾尾封環注漿，出渣降壓，倉內通風及氣體檢測，倉內換刀作業。

4.2 盾構磨墻樁

4.2.1 右線盾構磨墻掘進

盾構磨穿玻璃纖維筋砼地連墻時，主要采用滾刀切磨。盾構磨墻前，鉸接形程調至100mm；盾體磨墻時，可通過鉸接油缸調整盾體行程。磨墻過程中，采用膨潤土改良，提高渣土流塑性，減小渣土于設備間的機械摩擦，保護刀盤及刀具。膨潤土改良采用優質鈣基膨潤土，溶液粘度控制在≥40s。采用半倉推進，推進速度20mm/min。刀盤距離地連墻20cm 時，推進速度降為5mm/min；地連墻磨除10cm 后，速度提至10-20mm/min；地連墻最后剩余30cm 時，推進速度小于10mm/min。在最后30cm 地連墻磨切推進過程中逐步建立土壓，待墻體磨穿時，將土壓建立提升至0.6bar。刀盤轉速控制在0.9～1.2rpm，扭矩控制在1000-1500kN·m。

4.2.2 左線盾構磨墻樁掘進

盾構磨切地連墻前，檢查保壓進倉系統及掘進關鍵部件，確保磨墻和下穿期間設備可靠性；磨切2 號線建設三路站東側地連墻采用低貫入度掘進模式，以防止螺旋機噴涌；盾 構 掘 進 參 數： 推 力 8000-10000kN， 刀 盤 扭 矩1500-2000kN·m，推進速度3-5mm/min。磨切立柱樁時土壓設定1.5bar，并可適當微調；推進速度控制在2～4mm/min，刀盤轉速控制在1.0～1.2 rpm。磨切掘進過程中，采用優質膨潤土進行渣土改良。

磨切鋼筋砼地連墻和立柱樁時，為使砼塊和磨切斷鋼筋頭順利輸出，螺旋機輸送過程中需添加適量泡沫和膨潤土，并充分利用螺旋輸送機正轉和反轉功能，以防止螺旋輸送機卡住，必要時可通過螺旋輸送機觀察窗進行人工處理。設定合適的螺旋機扭矩油壓，設定最大值150bar，以防止出現螺旋機扭矩突變風險。盾構磨鋼筋混凝土墻樁效果照片，如下圖6。

圖6 盾構下穿磨鋼筋混凝土墻樁效果照片(3 張)

4.3 近距離下穿運營地鐵站掘進

盾構下穿2 號線運營地鐵站掘進過程中，充分結合2 號線建設三路站監測數據，及時調整盾構掘進及注漿參數，以保證掘進順利，同時嚴格控制出土量。掘進過程中，通過泡沫及膨潤土進行渣土改良，控制渣土溫度，以防止刀盤結泥餅。采用多孔超深埋管片，每環多孔少量注入雙液漿進行封閉。下穿掘進過程中，通過中盾注入克泥效，防止2 號線運營地鐵站沉降監測數據超限。掘進參數：推力8000-10000kN，刀盤扭矩1500-2000kN·m，推進速度10-15mm/min。

5 緊鄰運營地鐵站接收施工

5.1 鋼筋混凝土接收箱體

綜合考慮緊鄰運營地鐵站接收和地質環境等不利風險因素，為確保盾構接收安全，經研究分析比選，將原先鋼套箱接收方案，變更優化采用了鋼筋混凝土箱體接收方案。接收箱體結構設置在接收井底部，鋼筋混凝土接收箱體結構外部尺寸：長11m、寬8.4m、高8.24m。周邊采用鋼筋與主體結構連在一起，鋼筋植入結構深度不小于20d；頂部設置10cm 厚C25 混凝土蓋板，與7 號線車站負三層板采用單層鋼筋連一起，頂面與環框梁齊平。接收箱體內采用混凝土及砂土回填，箱內底部1.5m 回填C30混凝土，上部回填砂土。接收箱體橫、縱斷面，見圖7、圖8。

圖7 左、右線鋼筋混凝土盾構接收箱體橫斷面

圖8 鋼筋混凝土接收箱體縱斷面

5.2 盾構接收

盾構接收參數設置 ： 推 速 ＜20-30mm/min；推力＜10000kN，視實際推力大小，上部土壓0.5bar,以不超過此值為原則，刀盤轉速控制在0.5 ～1.0rpm。刀盤轉動前，及時與箱體外部進行溝通聯系，確認人員及設備安全后，再進入接收掘進模式。

6 結論

本文結合工程實例,研究闡述了盾構磨墻樁、近距離下穿運營地鐵車站，以及緊鄰接收等施工關鍵技術措施。從實施效果看，運營地鐵車站結構和線路各項沉降及變形監測數據，均在報警值以內，施工全過程安全順利。對以后類似地鐵工程建設，具有較好的參考和借鑒意義。