盾構半填土過站核心技術探究

安 宇

（中國鐵建投資集團有限公司,北京 100000）

引言

在地下水位較高的富水砂土、粉土中進行盾構機的接受與始發是一件風險相對較大的工程。有關文獻表明，盾構掘進過程中80%的事故均出現在盾構始發、接收期間。特別是在洞門鑿除、管片拆除期間，洞門位置易涌水涌砂，造成車站端頭地面塌陷[1-2]。國內常規的做法是在車站端頭一定范圍內采用采用攪拌樁、旋噴樁、鉆孔灌注樁等進行地面注漿加固[3-4]，但是該方法對需要將管線改遷出加固區域。而往往在一些城市核心區周邊環境復雜，地下管線遷改難度極大，而不具備進行地面加固的條件。針對此類難題，沈中江提出了水平旋噴法（MJS）進行端頭加固，此類方法對解決此類問題具有一定的可行性，但該方法費用較高，工期較長[5]。為了能夠讓盾構機安全的、經濟的、快速的完成盾構機過站，本研究結合太原地鐵2 號線長風街站具體情況提出了“盾構機半回填法過站”的工法。

1 工程概況及周邊環境

長風街站北端活塞風道沿線路方向長度為22.800 m，垂直線路方向寬度為26.200 m，高度為15.49 m，埋深3.8 m，基底持力層為2-3-1 黏質粉土，承載力特征值為140 KPa，為地下二層整體式鋼筋混凝土箱形框架結構。該處地下水位埋深約4 m。本工程擬采用兩臺盾構機由北向南穿越北端活塞風道后在長風街站主體接收。其中穿越北端活塞風道時采用的工法為：半填土過站。周邊環境見圖1。地質情況見圖2。

圖1 車站周邊地面環境

圖2 北端活塞風道地質斷面圖

2 施工工藝流程

具體施工流程詳見圖3。

圖3 半回填法盾構過站施工流程

3 工法特點

盾構掘進時，通過回填土壓及多道密封裝置實現穿越地層水土壓力平衡，確保盾構機在風井內進出洞時不會出現土壓劇烈變化而引起的超挖沉降等施工風險；側墻支撐體系輔以監測系統有效改善結構受力狀態，確保盾構機穿越時結構受力安全；另外通過底部回填復合地層，為盾構機提供承載力的同時方便掘進參數調整，且通過預埋分區注漿系統，多重設防有效阻隔結構內外部水土流動，精確封堵涌水通道，消除該部位隱患及風險，實現盾構機安全順利穿越風井結構。該技術具有的最大優勢主要為：（1） 土方回填一半即可穿越，本技術輔以洞門水平注漿加固及預埋分區注漿系統，將傳統回填過站土壓保障方式由單純依靠回填土自身，過渡為回填土+軟弱夾層針對性處理，有效減小土方回填數量，實現工期、造價等多重簡化和節約，同時也克服后期開挖時接縫滲漏水風險。（2） 結構施工完成一半即可實施，過站結構僅需完成盾構機過站斷面施工即可。有效減小因先施工結構后果站時結構預留大量后澆帶，且回填土方受已完結構影響出土困難等問題，大大提高過站后回填土開挖及結構施工效率。

4 工藝原理及關鍵技術

盾構機采用半填土過站的方法過站主要面臨基坑坍塌、盾構機刀盤土壓力失衡、盾構機姿態偏移等風險。為止需要著重控制區間風井端頭的加固質量、盾構機進出洞的保壓能力、盾構機空推時的姿態，具體技術體系見圖4。

圖4 半回填法過站技術體系總圖

4.1 盾構機進出洞風險控制

盾構機進出洞門是盾構法施工最大的風險點，稍有不慎會產生洞門處土體坍塌、洞門涌水涌砂。因此必須對洞門處土體采取加固措施，但由于加固空間受限，只能對洞門處3 m 的土體采用WSS 注漿加固。為了應為加固方法及加固范圍較少的限制，必須在洞門處輔以短套筒進行盾構的始發與接收。

4.2 回填段盾構機掘進姿態的控制

由于回填土高度較低，且很難做到密實，盾構在掘進過程中很容易發生跑偏，具體表現為高扭矩、低轉速、低土壓。因此在結構設計時，側墻洞門應留有一定得富裕量。并且在結構底板，盾構機推行路徑處設置導向鋼軌，確保盾構機可按預定軌跡完成進洞、出洞。

4.3 已完結構受力支撐體系建立技術

為了方便進行土方回填及事后挖除，區間風井頂板無法封閉，也無法形成完整的完整的結構體系，為此必須在側墻處增加臨時支撐體系保證結構的受力安全。盾構機刀盤切割側墻地下連續墻時，是整個結構體系受力最大的階段。

盾構頂進過程結構強度驗算如下：

盾構機頂進推力按照1.2 bar 取值。采用midas gts進行驗算，驗算結果如下：最大變形1.2 mm，水平(xx)方向彎矩控制值 正彎矩400 KN.M，負彎矩493 KN.M 豎向（YY） 控制值 正彎矩205 KN.M，負彎矩548 KN.M,剪力控制值1 084 KN. 各值均在可控范圍內,配筋不會出現超筋的情況，具體內力分布情況見圖5 至圖7。

圖5 位移結果

圖6 XX 方向彎矩

圖7 YY 向彎矩

5 效益分析

傳統回填過站工法，需將風井結構施工完成后再開始土方回填和盾構機過站，且中板及頂板預留洞口為滿足回填土及后期管片拆除要求往往設置的較大，盾構施工完成后后續結構施工及回填土方工程量大，工期長成本高。采用此工法風井結構僅需完成負二層（盾構穿越層）側墻施工，土方回填至刀盤開挖面以上3 m 即可，大大降低盾構穿越前的準備工作及穿越后的后續工程施工組織難度，有明顯的工期及成本優勢。同時，風井端頭小里程采用3 m 全斷面小導管注漿加固，大里程采用3 m 攪拌樁加固，較傳統端頭加固長度減小7～9 m，項目應用過程中累計創造經濟效益達840 萬元。

6 結論與討論

圖6 XX 方向彎矩

通過本工法很好的解決了常規盾構端頭加固需要改遷管線，費時費力的不利條件。最終長風街站～王村南街站區間雙線盾構機安全、快速的通過了中間風井，基坑周圍地面最大變形量為15 mm，工期提前90 d。

盾構半填土過站可作為一種新的盾構機過站方式進行推廣應用，主要適用于受場地條件限制盾構機進出洞端頭不具備地面垂直加固施工條件，且主體結構施工工期無法滿足后續盾構過站要求的區間風井結構。施工中依然需要注意兩個方面：（1） 盾構機頂進磨地墻時及在基坑內淺部覆土掘進時，易造成盾構掌子面土壓力失衡。此處應加強盾構機頂推力、姿態等掘進參數的控制；（2） 二次開挖土方時，洞門處易發生漏水問題。此處應加強盾構二次注漿質量，必要時采用花管再次補漿封堵。