飽和軟土敏感環(huán)境地鐵車(chē)站的盾構(gòu)法施工技術(shù)分析

程曉永

中鐵一局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司 江蘇 無(wú)錫 214000

引言

地鐵車(chē)站施工技術(shù)水平以及安全性要求相對(duì)較高，強(qiáng)調(diào)需要按照施工環(huán)境各項(xiàng)情況制定出有效施工策略，以便達(dá)到理想化地鐵運(yùn)營(yíng)模式。飽和軟土敏感環(huán)境是較為特殊的施工環(huán)境，需要通過(guò)合理處理，保證盾構(gòu)法以及其他施工技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，從而高質(zhì)量完成地鐵車(chē)站施工任務(wù)的目標(biāo)。盾構(gòu)法施工技術(shù)是較為常見(jiàn)的軌道交通地下車(chē)站施工技術(shù)，可以有效降低對(duì)于城市敏感環(huán)境的擾動(dòng)，保證工程施工安全性，具有較高的研究以及應(yīng)用價(jià)值。

1 盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在進(jìn)行地鐵的建設(shè)過(guò)程中，會(huì)進(jìn)行地鐵隧道以及地鐵車(chē)站的建設(shè)，較為常見(jiàn)的施工方式主要有盾構(gòu)法、暗挖法以及其他技術(shù)。各種施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件并不相同，需要按照隧道在土體中的深埋情況以及結(jié)構(gòu)形式等各項(xiàng)內(nèi)容，通過(guò)綜合分析之后確定技術(shù)的具體應(yīng)用以及施工方式。盾構(gòu)施工技術(shù)在1818年提出，并且在經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究之后，獲得了相應(yīng)實(shí)踐結(jié)果[1]。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，技術(shù)應(yīng)用變得更加成熟，并且在20世紀(jì)50年代開(kāi)始在我國(guó)得到應(yīng)用[2]。

在具體使用盾構(gòu)施工技術(shù)時(shí)，會(huì)通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用展開(kāi)機(jī)械化作業(yè)。整體施工的機(jī)械化程度相對(duì)較高，地層的適應(yīng)能力相對(duì)較強(qiáng)，具有不會(huì)受到不良天氣影響以及不會(huì)影響地面交通等方面優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)代地鐵工程建設(shè)重要施工技術(shù)。

2 盾構(gòu)施工原理

在進(jìn)行盾構(gòu)施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用在地層中進(jìn)行挖掘操作。在施工之前，需要通過(guò)盾構(gòu)始發(fā)井將相應(yīng)的零部件吊入到指定位置，并在規(guī)定地點(diǎn)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝。會(huì)在盾構(gòu)機(jī)外殼體保護(hù)之下，運(yùn)用刀盤(pán)對(duì)土體進(jìn)行挖掘施工，會(huì)配合其他設(shè)備將挖掘出的土體運(yùn)送到洞外指定地點(diǎn)。會(huì)通過(guò)對(duì)盾構(gòu)千斤頂?shù)膽?yīng)用，頂住上一環(huán)拼裝管片。利用千斤頂以及液壓系統(tǒng)推力，對(duì)土體阻力進(jìn)行克服。盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)過(guò)程中，注漿系統(tǒng)會(huì)對(duì)預(yù)制的管片襯砌以及其他部分空隙進(jìn)行注漿填充處理，會(huì)在盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)，達(dá)到下一環(huán)盾構(gòu)管片襯砌寬度之后，縮回千斤頂油缸[3]。會(huì)應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)外殼展開(kāi)預(yù)制混凝土管片襯砌的拼裝處理，且會(huì)在完成管片拼裝之后繼續(xù)進(jìn)行土體挖掘，會(huì)根據(jù)地層條件以及設(shè)備要求等內(nèi)容，對(duì)注漿量以及刀盤(pán)扭矩等施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直至整體工程挖掘施工全部結(jié)束為止。完成施工主體挖掘施工之后，會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行分解拆除處理，通過(guò)回收的方式以便后續(xù)繼續(xù)進(jìn)行應(yīng)用。

3 盾構(gòu)施工技術(shù)在飽和軟土敏感環(huán)境中的應(yīng)用方式

3.1 工程所在環(huán)境基本情況介紹

為對(duì)盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)的具體應(yīng)用方式方法展開(kāi)說(shuō)明，在此將以某地的地鐵車(chē)站工程建設(shè)為例，對(duì)技術(shù)在飽和軟土敏感環(huán)境中的應(yīng)用展開(kāi)闡述。

工程所在環(huán)境為長(zhǎng)江中下游沖積平原地區(qū)，地表以下存在諸多深厚軟土層，部分區(qū)域的地基承載能力在50kPa以下，屬于極軟土范疇。該地質(zhì)環(huán)境對(duì)車(chē)站的盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了極大干擾，如果處理不當(dāng)會(huì)對(duì)后續(xù)的工程建設(shè)以及使用產(chǎn)生不良影響，所以需要做好謹(jǐn)慎處理。同時(shí)，因?yàn)槌鞘械恼w發(fā)展以及大規(guī)模建設(shè)，軌道交通的整體建設(shè)周邊制約影響也較為嚴(yán)苛，存在無(wú)法進(jìn)行明挖的區(qū)域，建筑分布以及周邊管線分布相對(duì)較為復(fù)雜，會(huì)直接增加車(chē)站盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用難度。

3.2 盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵要點(diǎn)

工程所在區(qū)域?qū)儆诟凰败浫醯貙樱褂枚軜?gòu)施工技術(shù)存在一定難度，在車(chē)站的結(jié)構(gòu)布局以及施工安全設(shè)置等方面都需要進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃。工程施工關(guān)鍵點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.2.1 車(chē)站斷面建筑布局形式。對(duì)車(chē)站對(duì)面建筑結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化，滿足車(chē)站的基本功能以及客流量方面需求。需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的外徑進(jìn)行分析，以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)展開(kāi)車(chē)站斷面以及車(chē)站站臺(tái)寬度等數(shù)據(jù)的設(shè)置[4]。因?yàn)閳A形斷面的整體利用率相對(duì)較小，所以需要通過(guò)對(duì)斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行有效優(yōu)化的方式，保證站廳層和上下行客流之間的連通質(zhì)量，做好車(chē)站設(shè)施布局以及其他內(nèi)容的綜合考量。

3.2.2 車(chē)站消防要求。因?yàn)榈罔F站的客流量相對(duì)較大，所以出于安全考慮，需要做好車(chē)站的消防處理，需要解決車(chē)站規(guī)模和車(chē)站消防要求矛盾問(wèn)題。由于國(guó)內(nèi)的地下工程存在消防疏散規(guī)范要求，需要設(shè)置樓扶梯，因此盾構(gòu)的暗挖段長(zhǎng)度存在著一定限制。在規(guī)范對(duì)于暗挖車(chē)站規(guī)模的影響之下，需要通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化的方式，保證車(chē)站能夠真正地對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)展開(kāi)應(yīng)用，確保技術(shù)應(yīng)用價(jià)值能夠得到充分性發(fā)揮。

3.2.3 車(chē)站耐久性與防水處理。為保證站臺(tái)間的聯(lián)通質(zhì)量，需要做好防火疏散以及車(chē)站規(guī)模擴(kuò)大等一系列處理，需要在完成成型盾構(gòu)隧道建設(shè)之后，展開(kāi)管片襯砌結(jié)構(gòu)通道連接與破除處理。需要做好新型柔性車(chē)站的列車(chē)運(yùn)行荷載與環(huán)境變形沉降穩(wěn)定處理等內(nèi)容設(shè)計(jì)，做好新舊結(jié)構(gòu)搭接以及裂縫等防水問(wèn)題處理，保證車(chē)站的防水處理效果以及使用耐久性。

3.2.4 施工安全控制與周邊環(huán)境保護(hù)。需要按照建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)方案，對(duì)單圓大斷面或以及其他斷面方式進(jìn)行選擇和分析，通過(guò)制定匹配性較強(qiáng)的大斷面盾構(gòu)施工方案，配合周邊環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，保證整體工程施工不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成較大破壞[5]。同時(shí)，需要對(duì)既有襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行破除處理，設(shè)置配套安全管理機(jī)制，保證工程施工的安全程度。

3.3 盾構(gòu)施工工藝具體應(yīng)用方案

為保證在飽和軟土敏感環(huán)境中車(chē)站工程能夠高質(zhì)量地完成，需要結(jié)合地區(qū)環(huán)境特征以及技術(shù)應(yīng)用水平等各項(xiàng)內(nèi)容，按照車(chē)站的客流量需求以及其他方面要求，對(duì)單圓大盾構(gòu)左右布置斷面以及其他斷面形式展開(kāi)應(yīng)用。

3.3.1 單圓大盾構(gòu)左右布置斷面施工。如果采用此種車(chē)站斷面模式，需要將站臺(tái)以及站廳放置在同一盾構(gòu)斷面之中，存在著圓形斷面利用率較小的狀況。在進(jìn)行站臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將隧道斷面直徑控制在17.6m，寬度10m。因?yàn)榇朔N斷面的應(yīng)用案例相對(duì)減少，所以在建設(shè)與使用方面，可能會(huì)存在著與大客流量適應(yīng)性相對(duì)較弱的狀況。同時(shí)，因?yàn)槭艿酱髷嗝嫠淼雷钚「餐料拗茊?wèn)題，所以車(chē)站埋置深度需要保持在10m以上[6]。此種結(jié)構(gòu)對(duì)于周邊環(huán)境保護(hù)以及施工操控有著較高的要求，存在建設(shè)成本較高以及客流疏散不理想等方面的狀況。

3.3.2 兩單圓左右布置的斷面施工。此種斷面形式布局會(huì)在每條隧道中分別設(shè)置軌行區(qū)以及側(cè)式站臺(tái)，會(huì)進(jìn)行橫向連通的方式，保證兩條隧道的連接質(zhì)量。和單圓大盾構(gòu)左右布置斷面形式有所不同，此種結(jié)構(gòu)隧道直徑為9.1m，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)盾構(gòu)設(shè)備問(wèn)題的有效處理，可以有效突破埋深方面的限制問(wèn)題。但因?yàn)閿嗝娴脑O(shè)置只會(huì)設(shè)置一層站臺(tái)層，所以需要對(duì)站廳以及站臺(tái)層的連接問(wèn)題進(jìn)行充分考量，需要通過(guò)進(jìn)行消防疏散以及其他問(wèn)題專(zhuān)題的深入性研究，對(duì)整體的結(jié)構(gòu)設(shè)置，方式方法以及盾構(gòu)施工方式方法展開(kāi)研究，以防對(duì)車(chē)站規(guī)模以及盾構(gòu)段長(zhǎng)度造成不良影響。可以按照具體的客流量情況，對(duì)隧道的斷面形式進(jìn)行選擇，保證斷面尺寸的設(shè)計(jì)合理性，確保站臺(tái)布置形式能夠達(dá)到理想狀態(tài)。

不同的斷面尺寸優(yōu)勢(shì)以及缺點(diǎn)并不相同，內(nèi)徑為6.76m的斷面所對(duì)應(yīng)的站臺(tái)寬度在2.5m左右，與車(chē)站整體的客流量需求并不相符，存在著整體施工與實(shí)際狀況不符的情況，不宜采用此種尺寸施工模式[7]。而內(nèi)徑為8m的斷面布置形式，在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了應(yīng)用，通過(guò)對(duì)國(guó)外運(yùn)營(yíng)狀況以及建設(shè)情況的分析發(fā)現(xiàn)，此種斷面的施工成本相對(duì)較高，需要定制專(zhuān)門(mén)的盾構(gòu)設(shè)備。需要結(jié)合消防以及地質(zhì)等各方面因素，對(duì)暗挖段的具體程度進(jìn)行設(shè)置。如果內(nèi)徑的尺寸設(shè)置為10m，需要設(shè)置臨時(shí)避難區(qū)域，保證站臺(tái)的寬度能夠滿足客流量的需求，但因?yàn)樗淼朗┕?huì)占用較大范圍，所以需要按照市區(qū)的街道具體情況確定此方案是否可行。

3.3.3 三圓斷面施工。此種斷面形式的應(yīng)用，能夠滿足大客流量運(yùn)行要求，整個(gè)結(jié)構(gòu)采用島式站臺(tái)布局模式，站臺(tái)寬度設(shè)置為13m。在進(jìn)行斷面尺寸設(shè)置時(shí)，將整個(gè)尺寸設(shè)置為22.4m×8.5m。與其他結(jié)構(gòu)相比，三圓盾構(gòu)斷面結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可以有效提高斷面利用率，但結(jié)構(gòu)應(yīng)用同時(shí)也存在著施工占用寬度過(guò)大的問(wèn)題，需要通過(guò)重新定制盾構(gòu)裝備的方式，保證結(jié)構(gòu)能夠順利使用。因?yàn)槟壳按朔N結(jié)構(gòu)模式的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，在斷面設(shè)置方面也多以站臺(tái)層為主，所以整個(gè)施工還需要不停進(jìn)行研究，需要通過(guò)實(shí)踐積累獲得有效施工經(jīng)驗(yàn)[8]。

3.3.4 矩形斷面。類(lèi)矩形斷面車(chē)站的整體結(jié)構(gòu)設(shè)置與布局，和單圓盾構(gòu)結(jié)構(gòu)較為相似，整體的空間利用率相對(duì)較高，能夠按照施工需求，運(yùn)用類(lèi)矩形盾構(gòu)機(jī)展開(kāi)施工操作。但此種結(jié)構(gòu)同時(shí)也存在結(jié)構(gòu)受力性能不理想的問(wèn)題，可能會(huì)在車(chē)站周邊出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)加卸載問(wèn)題時(shí)，在偏心荷載的作用之下，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良干擾，長(zhǎng)時(shí)間耐久性保持與治理方面存在著較大難度，與圓形隧道相比，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)并不突出。

如果工程項(xiàng)目施工區(qū)域存在高靈敏性軟土地層，在進(jìn)行施工過(guò)程中需要做好復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算工作以及耐久性的保障處理工作，需要通過(guò)對(duì)施工輕微擾動(dòng)控制技術(shù)的合理使用，確保整體的建筑方案實(shí)施質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的控制模式，保證能夠在精細(xì)化計(jì)算理論的支持之下，高質(zhì)量地完成各部分的施工任務(wù)。因?yàn)槭┕つ芰σ约敖Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)建筑方案的使用產(chǎn)生一定影響，所以需要再進(jìn)行富水軟土地層處理過(guò)程中，做好長(zhǎng)距離按挖通道以及切開(kāi)口設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)置，保證整體的施工以及設(shè)計(jì)能夠達(dá)到理想狀態(tài)，從而高質(zhì)量完成工程施工任務(wù)。

3.3.5 斷面形式選擇方式。為保證盾構(gòu)施工技術(shù)能夠達(dá)到最優(yōu)化的應(yīng)用水平，需要對(duì)具體的施工斷面形式進(jìn)行科學(xué)選擇。在進(jìn)行斷面選擇過(guò)程中，需要對(duì)施工設(shè)備、線路走行關(guān)系以及車(chē)站客流等各項(xiàng)內(nèi)容展開(kāi)分析。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的綜合情況，可以兩單圓斷面以及單圓大盾構(gòu)斷面出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及消防安全等各項(xiàng)內(nèi)容展開(kāi)設(shè)置，獲得最優(yōu)化的施工方案[9]。因?yàn)榭紤]到車(chē)站的規(guī)模會(huì)受到消防疏散距離的直接限制，所以車(chē)站設(shè)計(jì)方案需要對(duì)消防專(zhuān)題進(jìn)行深入性研究，需要對(duì)站廳和站臺(tái)層之間聯(lián)通方式進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇。在采用兩單圓左右布置斷面形式時(shí)，需要對(duì)站臺(tái)之間的連通進(jìn)行更加深入的分析，確保按凹長(zhǎng)度以及消防規(guī)范都能夠得到同時(shí)滿足。

4 結(jié)束語(yǔ)

在軟土地區(qū)進(jìn)行地鐵車(chē)站施工過(guò)程中，需要提前對(duì)地質(zhì)情況以及周邊管線分布等各方面數(shù)據(jù)展開(kāi)調(diào)查和分析，在獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用原理以及應(yīng)用適用條件等各項(xiàng)內(nèi)容，制定出應(yīng)用質(zhì)量較高的盾構(gòu)施工技術(shù)運(yùn)用方案，保證整體方案的推廣質(zhì)量以及施工效果。應(yīng)科學(xué)展開(kāi)用單圓大盾構(gòu)左右布置斷面以及兩單圓左右布置斷面等斷面形式的篩選與應(yīng)用，做好盾構(gòu)施工要點(diǎn)與施工控制策略設(shè)置，以便達(dá)到最優(yōu)化盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用效果。