劉 平

（上海三維工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司，上海 200000）

1 引言

本次穿越為國(guó)內(nèi)首次采取超大直徑盾構(gòu)直接切削車(chē)站地連墻。地鐵站已完成軌道鋪設(shè)，且左線(xiàn)盾構(gòu)先行穿越對(duì)土體造成擾動(dòng)，新建隧道下穿施工將二次擾動(dòng)土體，加劇土體的變形和沉降，若防護(hù)措施不力，將導(dǎo)致既有隧道出現(xiàn)襯砌破壞或者變形過(guò)大，影響既有車(chē)站的安全。如何采用合適的施工方式新建隧道下穿車(chē)站，將風(fēng)險(xiǎn)控制在合理范圍內(nèi)，是施工時(shí)必須解決的首要問(wèn)題。

2 工程概況

建寧西路過(guò)江通道隧道土建施工項(xiàng)目A2 標(biāo)段為越江隧道右線(xiàn)盾構(gòu)段、江南盾構(gòu)接收井及明挖段土建工程施工。工程范圍：穿越長(zhǎng)江隧道右線(xiàn)盾構(gòu)段、右線(xiàn)隧道江中廢水泵房、疏散口等土建工程；江南盾構(gòu)接收井及井后明挖段土建工程、風(fēng)井和出入口工程（含配套市政設(shè)施工程）、雨水泵房施工。其中，越江盾構(gòu)段長(zhǎng)2 361.782m，隧道外徑14.5m，內(nèi)徑13.3m。采用1 臺(tái)Ф15.07m泥水氣壓平衡復(fù)合盾構(gòu)機(jī)施工。盾構(gòu)機(jī)從江北工作井始發(fā)，完成右線(xiàn)隧道推進(jìn)后，在江南工作井接收。盾構(gòu)自1 127 環(huán)開(kāi)始切削地鐵站地連墻，至1 146 環(huán)盾構(gòu)機(jī)完全穿過(guò)地鐵5 號(hào)線(xiàn)建寧路地鐵站。穿越車(chē)站時(shí)，平面曲線(xiàn)為右曲R=3 460，縱斷面線(xiàn)形為4.5%上坡，平面隧道與車(chē)站夾角約為93°，縱斷面隧道與地墻垂直夾角約為85°。地墻縱筋采用Ф28 螺紋鋼筋，橫筋采用Ф20 螺紋鋼筋，地墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。車(chē)站底板以下2.432m 至墻底標(biāo)高范圍內(nèi)，連續(xù)墻配筋采用全螺紋玻璃纖維增強(qiáng)筋，以等直徑原則代替鋼筋。臨時(shí)立柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，立柱主筋為Ф16 鋼筋，桁架鋼筋為Ф20 鋼筋，箍筋為Ф8鋼筋。盾構(gòu)穿越地鐵5 號(hào)線(xiàn)建寧路地鐵站時(shí)，土層由上到下為：雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉砂。盾構(gòu)穿越斷面內(nèi)地層為：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉質(zhì)黏土夾粉砂。

3 施工風(fēng)險(xiǎn)

本次穿越為國(guó)內(nèi)首次采取超大直徑盾構(gòu)直接切削車(chē)站地連墻。地鐵站已完成軌道鋪設(shè)，且左線(xiàn)盾構(gòu)先行穿越，已經(jīng)對(duì)土體造成擾動(dòng)，因此，對(duì)右線(xiàn)穿越提出更高的要求。下穿段處于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土加粉土、粉砂地層，地質(zhì)條件較差，若穿越過(guò)程中參數(shù)設(shè)置不合理，主體結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)裂縫、滲漏水等情況，或?qū)︿佋O(shè)軌道造成較大影響，如沉降過(guò)大、水平位移過(guò)多等，致使經(jīng)濟(jì)損失大、修復(fù)困難，因此，需要采取正確的施工控制措施，確保盾構(gòu)穿越任務(wù)順利完成。穿越過(guò)程需切削地連墻和立柱樁，因此，刀具至關(guān)重要，需采用針對(duì)性的刀具，以保證在完成切削任務(wù)的同時(shí)，減小對(duì)地鐵站的擾動(dòng)。同時(shí)，施工時(shí)的泥水壓力直接關(guān)系到地鐵站的整體沉降，泥水壓力偏大擠壓前方土體會(huì)造成車(chē)站底板隆起，而泥水壓力偏小又會(huì)造成車(chē)站整體下沉，依據(jù)試驗(yàn)段參數(shù)總結(jié)，采用0.9～1.1 倍靜止土壓力系數(shù)計(jì)算泥水壓力，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值及時(shí)調(diào)整。盾尾注漿是在盾構(gòu)機(jī)主體通過(guò)后補(bǔ)充建筑空隙的關(guān)鍵點(diǎn)，采取注漿量和注漿壓力雙控機(jī)制，通過(guò)注漿完成對(duì)車(chē)站變形量的二次控制。

4 施工控制措施

4.1 穿越地鐵站設(shè)計(jì)改良措施

本工程盾構(gòu)機(jī)的泥水平衡盾構(gòu)壓力波動(dòng)比較敏感，在氣泡艙內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力來(lái)補(bǔ)償泥水液位壓力差值，調(diào)節(jié)精度為±0.005MPa，便于控制正面壓力平衡，對(duì)地鐵站變形控制精度較高；采取常壓，可更換全盤(pán)滾刀，以應(yīng)對(duì)切削地連墻和臨時(shí)立柱樁。其中，圓刃滾刀高度225mm，常壓刮刀高度185mm，普通刮刀和邊刮刀高度165mm。盾尾密封系統(tǒng)采用4 道螺栓鋼絲刷+1 道鋼板束+1 道止?jié){板，配置4×18個(gè)油脂壓注孔，以保證砂性地層中的盾尾密封，再采用自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供盾構(gòu)姿態(tài)，便于盾構(gòu)操作人員控制好盾構(gòu)姿態(tài)。盾構(gòu)注漿系統(tǒng)采用單液注漿方式，注漿管路能夠滿(mǎn)足雙液漿壓注需求，在始發(fā)段、淺覆土段及特殊地層段，可壓注雙液漿，以控制成型隧道穩(wěn)定。采用10 點(diǎn)注漿，盾構(gòu)機(jī)同步漿液系統(tǒng)具備雙液漿壓注功能。1 號(hào)車(chē)架處配備2 個(gè)20m3容積的漿桶，配備5 臺(tái)100m3/h 的高壓KSP20 柱塞式注漿泵，單點(diǎn)單管壓注；2 號(hào)車(chē)架處配備1 個(gè)4m3容積的速凝劑漿桶，配備10 臺(tái)10m3/h 的螺桿泵，單點(diǎn)單管壓注，以實(shí)現(xiàn)同步雙液漿壓注。施工中，為有效支撐地層變形、減少隧道上浮、防止殼體段泥水后竄等，可結(jié)合各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在掘進(jìn)中，通過(guò)盾體預(yù)留孔進(jìn)行殼體注漿?？紤]本工程工況的特殊性，刀盤(pán)超挖、盾體錐度、小曲率施工等因素，盾構(gòu)機(jī)配備1 套海納泵設(shè)備，盾體預(yù)留2 道注漿孔。在不影響拼裝機(jī)移動(dòng)的前提下，在1 號(hào)車(chē)架與拼裝機(jī)的空處搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)注漿平臺(tái)，以利于及時(shí)對(duì)脫出盾尾管片進(jìn)行二次注漿，加快成型管片穩(wěn)定。最后，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)車(chē)架新漿系統(tǒng)及時(shí)對(duì)開(kāi)挖面補(bǔ)充新漿，提高泥膜質(zhì)量。新漿系統(tǒng)配備漿桶5個(gè)，大流量高壓注入泵1 臺(tái)。新漿材料組成包括HS-1、HS-2、HS-3、水等。管片設(shè)計(jì)改良，可全線(xiàn)設(shè)置剪力銷(xiāo)，以有效控制管片拼裝過(guò)程中的錯(cuò)臺(tái)，每處環(huán)縫共設(shè)置28 個(gè)。全線(xiàn)管片預(yù)埋有注漿孔、標(biāo)準(zhǔn)塊和鄰接塊，每塊預(yù)埋2 個(gè)，封頂塊預(yù)埋1 個(gè)，每環(huán)共19 個(gè)，以保證盾構(gòu)穿越后，根據(jù)地表和管線(xiàn)沉降情況，及時(shí)、足量地進(jìn)行補(bǔ)壓漿。

4.2 穿越階段施工措施

原則上根據(jù)隧道上部覆土厚度和荷載變化，計(jì)算盾構(gòu)機(jī)切口到達(dá)前15 環(huán)（30m）和盾尾通過(guò)后10 環(huán)（20m）切口水壓值。實(shí)際施工中，按照地面沉降結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，最終穿越過(guò)程中，依監(jiān)測(cè)報(bào)表實(shí)時(shí)調(diào)整。推進(jìn)過(guò)程中，將氣泡倉(cāng)液位控制在中心位置-0.5m～+0.5m 范圍內(nèi)，盡量減少液位波動(dòng)，平穩(wěn)掘進(jìn)施工。若切口前地面沉降，則需調(diào)高壓力設(shè)定值，反之調(diào)低；若盾尾后部地面沉降，則需增加同步注漿量，反之減少。下穿建寧路地鐵站段施工時(shí)，為減少對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)，避免在途中耽誤時(shí)間，推進(jìn)速度一般控制在15～20mm/min 之間，在切削車(chē)站地墻和臨時(shí)立柱樁時(shí)，控制速度為5～10mm/min；為了控制盾構(gòu)正前方的地面沉降，必須降低刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速，正常情況下控制在0.8r/min，切削車(chē)站地墻和臨時(shí)立柱樁時(shí)，調(diào)整至1.2r/min，以降低貫入度，充分切削，減少對(duì)地鐵站的影響；通過(guò)計(jì)算理論總推力為100 000kN，推進(jìn)時(shí)總推力控制在100 000±10 000kN；根據(jù)軟土地層推進(jìn)經(jīng)驗(yàn)值，刀盤(pán)扭矩應(yīng)控制在2～3MNm，若刀盤(pán)扭矩出現(xiàn)異常波動(dòng)，需檢查、更換抽刀；泥比重過(guò)高與過(guò)低，會(huì)破壞泥水的輸送能力和開(kāi)挖面的穩(wěn)定，特泥水比重應(yīng)控制在1.15～1.25g/cm3，下限為1.15g/cm3，同時(shí)可考慮重漿，比重為1.25～1.3g/cm3。通過(guò)同步注漿及時(shí)充填建筑空隙，減少施工過(guò)程中的土體變形。本隧道盾構(gòu)施工采用10 點(diǎn)注漿法，理論注漿量為26.46m3，注漿作業(yè)按一般充填系數(shù)1.1～1.3 壓注，應(yīng)嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量。注漿時(shí)，采取注漿壓力及注漿量雙控。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%以上時(shí)，應(yīng)結(jié)束注漿，防止壓力過(guò)大造成負(fù)面影響。同時(shí)，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整注漿總量，以控制沉降量。根據(jù)路面變形情況，確定新的施工參數(shù)和注漿量等信息、指令，并傳遞給盾構(gòu)推進(jìn)面，并及時(shí)作相應(yīng)調(diào)整，最后通過(guò)監(jiān)測(cè)確定效果，反復(fù)循環(huán)、驗(yàn)證、完善，以保證隧道施工質(zhì)量。

4.3 穿越參數(shù)分析

盾構(gòu)穿越地鐵站時(shí)，遵循快速穿越原則。未開(kāi)始切削任務(wù)時(shí)，推進(jìn)速度保持在15～20mm/min，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速0.8r/min，快速通過(guò)，以減小對(duì)車(chē)站的影響；而在切削地墻和立柱樁時(shí)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速提高至1.2r/min，推進(jìn)速度降低至5～10mm/min，通過(guò)降低貫入度充分切削地墻和立柱樁。圖1中切削左側(cè)地墻時(shí)，扭矩略有增大，由于立柱樁僅有3 根，在降低貫入度后，扭矩顯著減小，對(duì)地鐵站影響較小；而在切削右側(cè)地墻時(shí)，扭矩有明顯增大現(xiàn)象，后泥水泵壓力異常，除清理出混凝土塊外，還有螺紋鋼筋、鋼絲繩卡扣、大鐵鏈，因第二道地墻處存在大量異物，導(dǎo)致切削時(shí)扭矩增大。

圖1 推進(jìn)參數(shù)歷時(shí)曲線(xiàn)圖

5 施工監(jiān)測(cè)

穿越過(guò)程中對(duì)建寧路站主體結(jié)構(gòu)左、右線(xiàn)側(cè)墻沉降、立柱沉降、附屬結(jié)構(gòu)沉降、隧道與附屬結(jié)構(gòu)連接處差異沉降，保持24h 車(chē)站及地面巡查，2h 車(chē)站監(jiān)測(cè)。其中，附屬結(jié)構(gòu)累計(jì)最大沉降量F7變化1.5mm，整體均在1.5mm 以?xún)?nèi)；而車(chē)站主體與附屬結(jié)構(gòu)連接處累計(jì)最大沉降量JGK9-2 變化1.2mm，整體均在1.5mm 以?xún)?nèi)；盾構(gòu)穿越地鐵站時(shí)，刀盤(pán)于1 132～1 133 環(huán)首先切削Ф800 地連墻，左側(cè)地墻點(diǎn)位變化最大為ZC22 隆起1.9mm，左側(cè)地墻整體變化在2mm 以?xún)?nèi)。左側(cè)地墻豎向位移如圖2 所示。

圖2 左側(cè)地墻豎向位移

盾構(gòu)切削Ф800 地連墻后，于1 137 環(huán)切削3根Ф1 000 立柱樁，立柱樁點(diǎn)位變化最大為L(zhǎng)Z13隆起1.4mm，立柱樁整體變化在1.5mm 以?xún)?nèi)。立柱豎向位移如圖3 所示。

圖3 立柱豎向位移

盾構(gòu)穿過(guò)立柱樁后，于1 143 環(huán)切削右側(cè)Ф800 地連墻，右側(cè)地連墻點(diǎn)位變化最大為YC17沉降1.8mm，右側(cè)地連墻變化在2mm 以?xún)?nèi)。右側(cè)地墻豎向位移如圖4 所示。

圖4 右側(cè)地墻豎向位移

6 結(jié)語(yǔ)

穿越地鐵站前25 環(huán)作為試驗(yàn)段進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，試推進(jìn)階段的施工參數(shù)為之后穿越過(guò)程提供了有效支撐，同步注漿采取注漿壓力和注漿量雙指標(biāo)控制，同時(shí)，嚴(yán)格控制同步漿質(zhì)量，根據(jù)實(shí)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，最終地鐵站穿越任務(wù)圓滿(mǎn)完成，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)沉降量均遠(yuǎn)低于控制值，保證了地鐵站與建寧西路隧道的施工安全，且該工程有效控制了下穿過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，成為超大直徑盾構(gòu)切削地鐵站地連墻首個(gè)成功案例，希望為此類(lèi)工程提供經(jīng)驗(yàn)積累，完善隧道施工技術(shù)。