賈茁

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100018）

0 引言

地鐵盾構穿越會面臨復雜多樣的施工現場，尤其在軟硬交互地層，其力學性質差，盾構穿越后沉降差異較大。國內外學者針對這一現象進行了大量研究分析，顧問天等[1]從盾構隧道縱向設計出發(fā)，提出盾構隧道設計在軟硬交互地層中的控制要點；魏新江等[2]基于matlab軟件提出隧道變形模型，用于計算地鐵盾構隧道變形等；余占奎等[3]在理論基礎上對盾構隧道設計進行改造，有效提高隧道發(fā)生不均勻沉降或過量沉降的耐久性等；李有兵等[4]依托實際工程，在刀盤配置、盾構掘進參數、管片與盾構相對位置等方面系統(tǒng)總結了軟硬地層盾構施工技術。文獻研究了在軟硬交互地層中盾構施工問題，但對于在軟硬交互地層盾構長距離小半徑穿越地面復雜環(huán)境的施工技術研究較少。

本文基于杭州機場軌道快線SGJC-1標,研究盾構在穿越多條河流、多個建(構)筑物、全斷面硬巖及上軟下硬地層、長距離小轉彎半徑及與既有隧道道路交疊施工的技術。

1 工程特點

1.1 工程概況

杭州機場軌道快線工程起點苕溪站，終點靖江站，線路長58.5km，設車站15座，其中換乘站13座，最小站間距1.658km，最大站間距10.239km。地下線長度47.5km，高架段長度12.0km，其中與杭甬高速合建9.8km。全線4座高架站、11座地下站。

圖1 杭州機場軌道快線走向示意圖

圖2 本標段線路總平面圖

本標段主要包含一站、一明挖段、一區(qū)間風井及兩區(qū)間，即苕溪站、倉前車輛段出入場線明挖段、1號區(qū)間風井、苕溪站～倉前車輛段出入場線盾構區(qū)間、苕溪站～杭州西站區(qū)間。

1.2 工程地質

本工程地貌形態(tài)單元屬于河湖相沉積平原地貌。

1.2.1 苕溪站

苕溪車站基坑開挖范圍主要地質構造為雜填土、粉質黏土、砂質粉土、淤泥質黏土、圓礫。結構底板位于③2砂質粉土、⑥1淤泥質黏土層?？紫稘撍€(wěn)定水位埋深為0.4～2.1m。

1.2.2 出入段線盾構區(qū)間

出入段線盾構區(qū)間范圍主要地質構造為素填土、粉質黏土、砂質粉土、淤泥質黏土、圓礫、中砂、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖。

1.2.3 出入段線明挖段及U型槽

明挖段及U型槽范圍主要地質構造為雜填土、粉質黏土、淤泥質黏土。

1.2.4 1號區(qū)間風井

風井基坑開挖范圍主要地質構造為素填土、淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土、粉質黏土、含粘性土卵（礫）石層。結構底板位于⑧2砂質粉土、含粘性土卵（礫）石層，開挖基底部分為(22)a3中等風化凝灰?guī)r?？紫稘撍€(wěn)定水位埋深為0.20～2.80m，結構抗浮水位可取設計室外地坪標高下0.5m。

1.2.5 苕溪站～杭州西站區(qū)間

苕杭區(qū)間掘進主要穿越淤泥質粉質黏土、粉質黏土、圓礫、中砂、中風化凝灰?guī)r。

2 軟硬交互地層盾構長距離小半徑曲線穿越地面復雜環(huán)境成套施工關鍵技術

2.1 盾構安全下穿多條河流施工

本工程盾構區(qū)間所處區(qū)域的地表水屬東苕溪、太湖水系，場地地貌單元為湖沼積平原，地表水系發(fā)達，河網交錯，區(qū)間沿線多次穿越河流。采取如下措施：

1）盾構頂距河床沖刷線的距離保持1D（洞徑）左右。

2）設計時在管片各分塊均預留注漿管，盾構施工結束后再對管片頂部土體進行加固處理，以提高隧道的穩(wěn)定性。

3）始發(fā)時洞門密封裝置需完好，防止涌砂涌水進入盾構井。

4）盾構施工過程中，嚴格按照設計軸線掘進施工，盡可能減少糾偏量，減少地層的擾動及損失。

5）進入河底前預先調整好盾構姿態(tài)，以較好的姿態(tài)下穿河底。在掘進過程中，盾構駕駛員根據測量偏差及時調整盾構掘進方向，盡可能減少糾偏。

6）操作手要時刻關注土倉內壓力變化及排除碴土的變化情況，若發(fā)現碴土含水量過大，要立即上報，并分析原因，避免盲目出土造成超挖。

7）加強同步注漿管理，減少盾尾通過后隧道周圍形成的建筑空隙，減少隧道周圍土體的超挖量。

8）加快管片運輸及拼裝，減少不必要的停機時間。

9）為防止盾尾發(fā)生漏泥、漏水，定期、定量、均勻地壓注盾尾油脂。

10）制定相應的應急預案，保證險情發(fā)生時有章可循，及時處理。

11）現場配備一定數量的搶險物資，如沙袋、木板、型鋼、注漿機、花管等，保證出現險情及時處理。

12）加強監(jiān)測頻率，確定合理施工參數，信息化管理指導盾構推進施工，控制隧道軸線偏移量，減少對周圍環(huán)境的影響。

2.2 盾構安全下穿或側穿多個建（構）筑物

隧道掘進引起的地面沉降包括盾構隧道橫斷面方向及縱向的沉降，在不同程度上影響隧道沿線地面建筑物和地下管線的安全。盾構在穿越建筑物、臨近建構筑物施工時，應加強掘進參數的調整和盾構姿態(tài)的控制，進行信息化施工和管理。采取如下措施：

1）優(yōu)化并匹配盾構施工參數，減小盾構施工時對周圍土體的擾動程度。盾構各施工參數并非相互獨立，許多參數是相互聯(lián)系、連鎖改變的。因此，要對盾構的施工參數進行調整、優(yōu)化和匹配。

①由于地鐵隧道臨近建構筑物，盾構的土艙壓力直接影響建構筑物變形，在盾構穿越過程中，嚴格控制土艙壓力和與土艙壓力有關的施工參數，如推進速度、出土量等，以保持盾構掘進面的穩(wěn)定和平衡。

②嚴格控制同步注漿量和漿液質量，通過同步注漿及時填充建筑空隙，減少施工過程中土體的變形。

③嚴格控制盾構的姿態(tài)，盾構姿態(tài)的變化不宜過大、過頻，以降低土層的損失和對周圍土體的擾動，減少建構筑物和隧道本身的沉降。

④在變形影響控制較好的情況下，使盾構保持均衡施工，在最短的時間內穿越建構筑物，減少盾構施工對建構筑物的影響。

2）信息化施工技術。在地鐵穿越過程中，通過全面及時的監(jiān)測反饋分析來實行信息化施工。盾構掘進穿越時，建構筑物的變形對其反應靈敏。對鄰近建筑物布設監(jiān)測點，在施工時實時監(jiān)控，根據監(jiān)測數據及時調整盾構掘進參數，以確定是否采取地面加固措施。

3）低層房屋抗變形能力差，盾構施工中嚴格控制相關參數，推進前進行房屋鑒定，保證上部房屋建筑的安全，并制定緊急疏散預案。

4）盾構穿越建（構）筑物施工時，管片預留全環(huán)注漿孔，根據地面監(jiān)測情況，若有必要可采取壁后二次注漿進行補壓漿，壓漿量的控制根據變形信息確定。

2.3 盾構機長距離穿越全斷面硬巖及上軟下硬地層

區(qū)間出1 號風井后穿越巖層,在里程約K2+790～K3+800 處為土巖結合面或全斷面基巖，長度范圍約1010m，基巖主要為(22)a3中等風化凝灰?guī)r，屬較硬巖，巖體較完整，基本質量等級為Ⅳ級。合理控制硬巖段盾構機姿態(tài)，合理控制硬巖段盾構機參數，減少換刀次數，保證成型管片質量和施工進度要求是本工程盾構施工的一個重點。采取如下措施：

1）對該區(qū)域進行地質補勘，勘探點位加密，更加精準掌握地層資料。

2）以詳勘及補勘資料中巖體的強度及各項參數作為刀盤選型的依據。

3）根據刀盤各項技術指標，制定掘進過程中的推進速度、推力、刀盤轉速、刀盤扭矩，并在施工中嚴格控制。

4）合理控制掘進參數，延長刀具的使用壽命，減少開倉次數，降低換刀風險，提高施工進度。

5）刀具配置符合巖層硬度要求，按照本區(qū)間巖層最大硬度111.7MPa考慮，設計破巖能力為150～180MPa。

2.4 盾構機長距離小轉彎半徑施工

苕溪站～倉前車輛段區(qū)間里程RDK0+844至貫通平面轉彎半徑R=305（出段線R=310），接收段坡度為34.8‰，盾構機開挖面屬淤泥質黏土，盾構選型至關重要。保證盾構機姿態(tài)要求及管片質量是本工程盾構施工的一個重點。采取如下措施：

1）施工過程中加強掘進管片的選型工作，選擇合適的管片進行拼裝，確保盾尾間隙，減少糾偏。

2）管片姿態(tài)要先行于盾構姿態(tài)，即管片姿態(tài)要有一定的超前量，一般超前9m左右（盾構機盾體長度），確保轉彎順利，避免管片與盾構機卡死的情況。

3）若需要糾偏，要緩糾、勤糾，不要猛糾，否則易出現碎裂、滲漏等。

2.5 盾構區(qū)間與待建3號線隧道上下交疊及留祥路隧道施工

區(qū)間快線與3號線北沿交疊區(qū)域前后15m，全環(huán)管片等級加強并增設預留注漿孔，同時進行長管注漿，注漿范圍半徑為3.94m。機場快線與規(guī)劃留祥路隧道在交叉重疊區(qū)域及前后10環(huán)15m范圍，全環(huán)管片等級加強并增設預留注漿孔，共計84環(huán)，注漿范圍半徑為3.5m。

1）對快線盾構區(qū)間加固范圍全環(huán)增設注漿孔，對管片上半環(huán)進行長管注漿加固。

2）盾構施工中嚴格控制施工參數，合理控制推進速度，保證連續(xù)均衡施工，嚴格控制土倉壓力及出土量，防止盾構的超挖和欠挖，并做好如下技術措施：

①疊落隧道盾構施工過程中，對兩條隧道重疊范圍內盾尾管片與土體間的建筑孔隙壓注緩凝漿液，漿液1d的強度大于周圍加固土體強度。

②上部盾構穿越前，下部隧道通過預留注漿孔對周圍土體進行二次分層注漿加固。

③上部盾構穿越前，應對下部已施工機場快線隧道進行穿越施工安全評估，提出相應安全施工方案、監(jiān)測方案及正線隧道變形控制值。

④上部隧道施工時，管片應預留全環(huán)注漿孔進行二次長管注漿，上部盾構施工時，通過對下部隧道內的監(jiān)測數據反饋，調整上部盾構的推進參數、注漿量、注漿壓力。

⑤上部盾構穿越后，預留注漿孔進行補壓漿，壓漿工作需待上部隧道沉降穩(wěn)定后才能停止。

3）機場快線與北延3號線疊交段，在3號線上跨施工過程中對機場軌道快線進行監(jiān)測：

①全自動化監(jiān)測及人工監(jiān)測。一是全自動化監(jiān)測，要求采用全站儀自動化系統(tǒng)實時監(jiān)測，人工復測，7天/次，現場指揮中心根據監(jiān)測數據決定是否調整開挖時序；二是人工監(jiān)測，需監(jiān)測隧道收斂、軌道沉降（兼隧道結構沉降）。

②所有測點布置應避開區(qū)間設備位置、隧道內電線電纜、接觸網等。如快線隧道運營，監(jiān)測時段應利用運行空余時段，進行監(jiān)測作業(yè)前均需清點，保證作業(yè)安全。

③施工監(jiān)測應有可靠的基準點系統(tǒng)，水準基點不少于2個，基準點系統(tǒng)應定期校核。

④盾構機配備兩臺注漿泵，能注厚漿，注漿材料采用中粗砂、水泥、水，不得采用細沙，盾構機上安裝自動導向測量系統(tǒng),以更好控制隧道軸線。

3 結論

1）鑒于盾構施工區(qū)域地表水系發(fā)達，下穿多條河流，施工前應確保洞門密封裝置完好，調整盾構姿態(tài)，施工時嚴格按設計要求，減少糾偏量等，并結合信息化管理，確保盾構安全進行。

2）盾構下穿或側穿對建（構）筑物安全造成一定影響，應對盾構參數進行優(yōu)化并匹配，減少盾構施工對周邊土體的應力狀態(tài)的影響；采用信息化施工與管理，對盾構掘進參數及盾構姿態(tài)進行實時調整和控制。

3）盾構機長距離穿越軟弱交互地層，要合理控制盾構機參數，制定刀盤的各項技術指標，減少開倉換刀風險，按施工進度計劃完工。

4）在本工程條件下，盾構選型對于盾構機長距離小轉彎半徑施工至關重要，通過加強盾構掘進管片選型、保證盾構機姿態(tài)要求、及時糾偏等措施，達到施工質量、安全、工期等要求。

5）針對盾構區(qū)間與既有隧道交疊施工難點，對盾構區(qū)間加固范圍采用全環(huán)增設注漿孔進行加固，嚴格控制施工參數，進行全自動化與人工共同監(jiān)測，保證施工質量。