翟志峰

(中鐵十六局集團軌道公司，北京 101100)

1 工程概況及地質(zhì)情況

昆明軌道交通五號線昆明北站至圓通公園站區(qū)間在里程范圍左DK5+336.562～左DK5+472.983(右DK5+760.88～DK5+878.38)涉及盾構(gòu)雙線長距離下穿小菜園城中村密集淺基礎(chǔ)建(構(gòu))筑物群。小菜園城中村地處云南省昆明市五華區(qū)，鄰近盤龍江河道，20世紀80～90年代修建，房屋多為條形基礎(chǔ)，磚砌房屋，原為盤龍江改造回填的基礎(chǔ)上自建房屋。地表以下3～7 m為回填土，隧道覆土埋深最淺為13.1 m，左、右線雙線最小凈間距僅7.8 m，盾構(gòu)隧道斷面地質(zhì)情況主要以富水圓礫地層、砂質(zhì)白云巖等不良地層，局部存在圓礫與黏土相結(jié)合地層，圓礫層透水。隧頂以圓礫層和黏土層為主。盾構(gòu)雙線累計下穿長度近200余m，影響范圍內(nèi)的房屋34棟，地面涉及管線眾多，埋深最淺為0.5 m。施工線路關(guān)系航拍圖見圖1。

圖1 施工線路關(guān)系航拍圖

2 工程重難點

區(qū)間盾構(gòu)長距離連續(xù)下穿小菜園城中村密集淺基礎(chǔ)建(構(gòu))筑物群，周邊環(huán)境復雜，居住人口密集，地質(zhì)情況變化大，如何確保建(構(gòu))筑物和居民人身財產(chǎn)安全是重中之重。

1)地質(zhì)情況復雜，涉及富水圓礫層、黏土結(jié)合地層、砂質(zhì)白云巖等不良地質(zhì)，確保盾構(gòu)連續(xù)安全地順利通過和盾構(gòu)模式選擇是本工程的重難點。

2)小菜園城中村房屋基礎(chǔ)薄弱且為盤龍江河道改造，回填土質(zhì)量差，回填土最高高度達7.0 m，確保小菜園城中村建(構(gòu))筑物的安全是本工程的重點。

3)盾構(gòu)下穿人員密集的城中村，居民關(guān)注度極高，對安全問題十分憂慮，施工中如何確保居民維穩(wěn)和后續(xù)矛盾糾紛問題是本工程的難點。

3 有限元模擬分析

結(jié)合本區(qū)間地質(zhì)水文、隧道線路形式關(guān)系等，利用有限元建立模型進行分析。

根據(jù)盾構(gòu)穿越地層的物理力學參數(shù)進行精準建模。用來驗證建(構(gòu))筑物沉降控制標準和地層受力情況。有限元建模尺寸為36 m(高)×82 m(長)，盾構(gòu)隧道外徑6.2 m，內(nèi)徑5.5 m，管片厚度0.35 m，四周及底部位移約束，頂部敞開。

有限元建模分析圖例見圖2～3。

圖2 隧道結(jié)構(gòu)受力影響模擬

圖3 施工影響范圍模擬

通過模擬分析區(qū)間左、右線隧道均穿越完成后，可能將造成地表在垂直于隧道方向產(chǎn)生一定的差異沉降，形成地表建(構(gòu))筑物的最大傾斜為0.4%，建(構(gòu))筑物控制值為+10 mm。

4 盾構(gòu)選型及掘進方法

4.1 盾構(gòu)機選型

結(jié)合地質(zhì)水文、二次補充勘察情況可判斷，該地段存在富水圓礫地層，地下水極其豐富，地表存在3～7 m軟弱回填土地層，近40 m砂質(zhì)白云巖不良地質(zhì)，通過選用雙模式盾構(gòu)機可規(guī)避地質(zhì)和施工風險。雙模盾構(gòu)機的特點為模式轉(zhuǎn)換時間短、切換便捷，兩種模式切換不需拆裝任何部件，兩個模式可獨立運行又可相互支持，可根據(jù)地質(zhì)的不同變化隨時切換模式。土壓/泥水雙模式盾構(gòu)機施工原理圖見圖4。

圖4 土壓/泥水雙模式盾構(gòu)機施工原理圖

4.2 盾構(gòu)掘進模式切換

為確保小菜園城中村建(構(gòu))筑物的安全，在盾構(gòu)下穿前需將土壓平衡模式轉(zhuǎn)換為泥水平衡模式掘進。模式轉(zhuǎn)換前保證泥水分離站、泥漿泵以及泥漿環(huán)路的控制閥門等能正常運行；保證隧道管路已延伸至盾構(gòu)機尾部連接管；泥漿池制作和供應新鮮泥漿。準備工作完成后盾構(gòu)機停止掘進，關(guān)閉螺旋機后閘門。切換到泥水模式，啟動泥水處理站，運行機外旁通線路，關(guān)閉V30、V31、V32、V33、V34、V35、V01、V03、V06、V08，運行一段時間，泥漿環(huán)路通暢且沒有泄露的情況下，打開V30、V33、V07，關(guān)閉V36、V37，切換至機內(nèi)旁通線路，確保泥水環(huán)流系統(tǒng)管路通暢正常。機內(nèi)旁通圖例見圖5。

圖5 機內(nèi)旁通圖例

打開盾體隔板泥漿連接管路的各個手動閘閥，關(guān)閉V01、V03、V06、V07、V31、V32、V33、V34、V36、V37，往開挖倉添加泥漿；手動操作V35，同時將盾體隔板頂部處的球閥稍微開啟進行排氣，聯(lián)動操作來控制開挖倉的壓力平衡。開挖倉充滿泥漿后打開V31、V06，關(guān)閉V08、V35，切換到反沖洗模式將開挖倉渣土進行反復沖洗(切換前需先通過旁通模式穩(wěn)定流量)；同時啟動刀盤低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速≤0.6 rpm)進行攪拌渣土；相繼啟動自動泄壓裝置來調(diào)節(jié)開挖倉壓力；此時確保與開挖倉相連的各管路通暢。待反沖洗模式能穩(wěn)定運行后，再打開V33、V08、V30，關(guān)閉V31，切換至開挖模式進行正常掘進。采用泥水模式穿越富水圓礫層后，進入砂質(zhì)白云巖地層后切換土壓平衡模式掘進。泥水掘進模式環(huán)流圖例見圖6。土壓轉(zhuǎn)泥水模式切換流程見圖7。

圖6 泥水掘進模式環(huán)流圖例

圖7 土壓轉(zhuǎn)泥水模式切換流程圖

4.3 雙模盾構(gòu)掘進參數(shù)選擇

在盾構(gòu)下穿前為驗證擬定掘進參數(shù)的可行性，設(shè)置了30 m試驗段，利用下穿盤龍江河道在同地質(zhì)情況下進行參數(shù)分析。主要分為泥水模式下穿小菜園城中村掘進和土壓平衡模式穿越砂質(zhì)白云巖不良地層掘進參數(shù)的驗證，見表1～2。

表1 下穿小菜園城中村掘進參數(shù)設(shè)定表(泥水模式)

表2 下穿小菜園城中村掘進參數(shù)設(shè)定表(土壓模式)

5 輔助技術(shù)管控措施

5.1 預加固處理

因小菜園城中村地基為原盤龍江河道改造回填，通過地質(zhì)雷達掃描等方法，揭示回填土存在不密實情況，為確保施工安全加強地層承載力，提高房屋及居民的安全性，在房屋周邊地面進行袖閥管注漿加固，并在地面預留部分袖閥管，施工時可及時根據(jù)監(jiān)測情況進行地面壓漿[1]。預加固鉆孔深為11.5 m至隧頂以上，布孔間距為1.5 m，漿液采用水泥水玻璃雙液漿，加快凝結(jié)速度，注漿壓力控制在0.2～0.3 MPa。

5.2 隧道內(nèi)花管注漿加固

雙線盾構(gòu)施工完成后對隧道左、右線隧道外輪廓線范圍3 m內(nèi)土體進行深孔注漿加固。主要利用管片預留的吊裝孔和注漿孔，插入花管對管片壁后土體進行注漿加固，加固范圍左、右線隧道為半環(huán)(180°)隧道注漿加固，采用水泥單液漿。水灰比取0.8～1.0，注漿壓力取0.2～0.4 MPa，從而填充土體縫隙，鞏固受擾動的土體。隧道內(nèi)注漿加固示意圖見圖8。

圖8 隧道內(nèi)注漿加固示意圖(單位：mm)

5.3 調(diào)整盾構(gòu)機采石箱格柵

因雙模盾構(gòu)機土倉內(nèi)空間較小，無法設(shè)置破碎裝置。采石箱的設(shè)置是防止較大石塊或土塊造成管路堵塞的作用。地層處于圓礫和黏土混合地層，采石箱內(nèi)均為黏土夾雜圓礫，格柵設(shè)置較密，時常容易堵塞。根據(jù)地層情況適當割除采石箱格柵，調(diào)整泥漿比重，控制掘進速度，每掘進2～3環(huán)對采石箱進行主動檢查清理。減少因堵管造成的被動停機、土壓波動和工效降低問題，從而平穩(wěn)通過[2]。采石箱調(diào)整前后對比圖見圖9。

圖9 采石箱調(diào)整前后對比照片

5.4 證據(jù)保全及房屋安全鑒定

為穩(wěn)定居民情緒，防止出現(xiàn)后續(xù)矛盾糾紛問題，在盾構(gòu)下穿前對小菜園城中村內(nèi)的34棟(施工影響區(qū))房屋均進行安全鑒定和證據(jù)保全，并在盾構(gòu)穿越完成后再次進行證據(jù)保全工作，明確施工前后變化，確保小菜園城中村居民人身財產(chǎn)不受損失。在施工中同步將施工進展情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析情況及后續(xù)施工計劃向小菜園城中村居民公布，使小菜園城中村居民可隨時了解施工動態(tài)。

6 信息化監(jiān)控量測

監(jiān)測采用人工+自動化監(jiān)測的信息化監(jiān)控方法。通過人工監(jiān)測成果并結(jié)合自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)進行復核，從而保證數(shù)據(jù)的準確性。盾構(gòu)下穿期間建筑物監(jiān)測頻次為6 h/次。自動化監(jiān)測點布置在房屋樓體頂部結(jié)構(gòu)上，通過人工監(jiān)測樓體下部結(jié)構(gòu)和自動化監(jiān)測樓頂上部結(jié)構(gòu)相結(jié)合的手段，分析建筑物沉降變化情況，并及時利用軟件分析及時進行掘進數(shù)據(jù)微調(diào)，為盾構(gòu)掘進保駕護航。盾構(gòu)下穿小菜園城中村雙線通過后，建(構(gòu))筑物累計沉降最大僅-3.5 mm。

7 結(jié) 論

1)通過盾構(gòu)雙線長距離下穿淺基礎(chǔ)城中村建(構(gòu))筑物群的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和模擬數(shù)據(jù)對比，實際沉降數(shù)據(jù)能夠控制到模擬分析的1/3，證明該施工方法可行，對類似工程環(huán)境的盾構(gòu)下穿施工具有參考和指導作用。

2)在同區(qū)間涉及多種不良地層的復合地層中采用泥水/土壓雙模式盾構(gòu)機的切換方法和掘進參數(shù)值得借鑒和參考。雙模式盾構(gòu)機在特殊工況情況下可及時進行切換調(diào)整，改變了盾構(gòu)單一掘進的方式方法，提高控制標準，規(guī)避施工風險。

3)在施工前及時掌握地質(zhì)水文特征，論證盾構(gòu)適應性，并按地質(zhì)特征提前配置好刀盤刀具。采取地面定點超前預加固、洞內(nèi)深孔注漿加固等輔助方法是盾構(gòu)在不良地質(zhì)中下穿淺基礎(chǔ)建(構(gòu))筑物施工前后必要的安全保障技術(shù)措施。

4)施工前后分別做好淺基礎(chǔ)房屋的安全鑒定和證據(jù)保全是十分必要的措施，對居民的安撫和維穩(wěn)工作同樣是盾構(gòu)下穿施工中必不可少的重要保障環(huán)節(jié)。

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