郭 昊（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的速度越來(lái)越快，地鐵網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和建設(shè)已成為衡量和制約城市發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。城市地鐵具有占地少、噪音小、干擾少、污染小等優(yōu)點(diǎn)。由于城市發(fā)展過(guò)快、區(qū)域發(fā)展不均等原因，新建下穿線車站與既有運(yùn)營(yíng)線換乘車站施工逐漸成為城市地鐵建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)的工程問(wèn)題，另外由于周邊環(huán)境、地質(zhì)條件的復(fù)雜性及差異性，也使其成為施工難題。

針對(duì)新建下穿站與既有車站換乘穿越方式國(guó)內(nèi)也有不少工程研究案例：何海健等[1]以北京地鐵 6 號(hào)線蘋果園站下穿 1 號(hào)線蘋果園站工程為例介紹了該工程下穿段采用雙層三跨框架結(jié)構(gòu)，下穿單層四跨既有車站，采用洞柱逆作暗挖工法施工，既有結(jié)構(gòu)沉降變形約 2.2 mm 小于運(yùn)營(yíng)公司要求 3 mm 變形限值。除此之外還有新建南京 5 號(hào)線上海路站下穿既有 2 號(hào)線上海路站時(shí)采用導(dǎo)洞法暗挖技術(shù)，北京地鐵4 號(hào)線宣武門站下穿既有 2 號(hào)線宣武門站時(shí)采用管棚＋千斤頂頂升的暗挖法技術(shù)，廣州地鐵 3 號(hào)線體育西路站下穿既有1 號(hào)線體育西路站時(shí)采用 CRD 法暗挖技術(shù)等等，這些暗挖技術(shù)均取得了較好的工程效果。不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要以暗挖工法為主。而機(jī)械法如盾構(gòu)法、頂管法等新建站下穿既有站換乘施工案例較少。

本文以杭州地鐵 4 號(hào)線下穿運(yùn)營(yíng) 2 號(hào)線金家渡站為工程實(shí)例，針對(duì)周邊環(huán)境特殊、地質(zhì)條件復(fù)雜，近距離下穿、施工空間狹小等工程難點(diǎn)，提出了新建地鐵站采用盾構(gòu)法下穿既有站換乘時(shí)施工相應(yīng)的解決對(duì)策，從而保證盾構(gòu)法施工的順利、安全進(jìn)行。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本工程為杭州地鐵四號(hào)線金家渡站下穿既有二號(hào)線金家渡站，面對(duì)周邊環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件差、施工難度大的前提下，工程采用了盾構(gòu)法進(jìn)行近距離下穿既有運(yùn)營(yíng)車站，并對(duì)施工過(guò)程中可能遇到的難點(diǎn)進(jìn)行分析并提出針對(duì)性解決措施。

金家渡站車站總長(zhǎng) 320.4 m，盾構(gòu)井段寬度 27 m，開挖深度 27.5 m；車站主體寬度23 m ，開挖深度 26.6 m，下穿段長(zhǎng)度 29 m。車站主體結(jié)構(gòu)覆土約 3.3～4.3 m，為地下三層雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，其中地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層、地下三層為站臺(tái)。4 號(hào)線地下三層部分下穿2 號(hào)線車站段采用盾構(gòu)法施工，如圖 1 所示。

圖1 新建站與既有站縱斷面示意圖

既有 2 號(hào)線車站主體標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約 17.6 m，頂板覆土厚度約 3.4 m。車站主體結(jié)構(gòu)為雙層三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，下穿段上方二號(hào)線結(jié)構(gòu)高度 13.2 m。圍護(hù)采用 800 mm地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻深度 33～35 m?？拥准庸虨楦邏盒龂娂庸?，加固深度至坑底以下 3 m。

1.2 工程地質(zhì)及地下水條件

下穿隧道位于正在運(yùn)營(yíng)中的 2 號(hào)線金家渡站負(fù)三層，車站底板埋深約 24 m。根據(jù)勘探資料表明，下穿隧道所處地層主要為 ⑦1 黏質(zhì)粉土，隧道上部少量 ⑥2 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。建場(chǎng)地承壓水主要分布于 ⑤2 層砂質(zhì)粉土及深部的⑿2 層中砂、⑿3 層礫砂、⑿4 層圓礫中，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和黏性土層。

1.3 工程難點(diǎn)

（1）4 號(hào)線下穿隧道位于地下三層，盾構(gòu)下穿正在運(yùn)營(yíng)的地鐵 2 號(hào)線底板，工程施工期間不能影響 2 號(hào)線的正常運(yùn)營(yíng)，故施工風(fēng)險(xiǎn)大且對(duì)環(huán)境影響的控制要求極高。

（2）盾構(gòu)預(yù)計(jì)需穿越 2 號(hào)線 6 根立柱樁，盾構(gòu)（外徑6.45）單邊距離樁基最小的間隙 17.6 cm。盾構(gòu)施工碰到樁基的可能性較大。

（3）新老基坑地墻間存在軟弱夾心層，盾構(gòu)推進(jìn)在該處時(shí)可能有盾構(gòu)機(jī)抬頭或磕頭、軟弱土局部下沉、承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)。

2 盾構(gòu)法下穿地鐵車站施工工藝

新建 4 號(hào)線金家渡站為地下三層結(jié)構(gòu)，底板埋深 26.8 m，2 號(hào)線運(yùn)營(yíng)站為地下兩層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)底板埋深 16.9 m，下穿段盾構(gòu)區(qū)間與既有站結(jié)構(gòu)凈距約 1.1 m。在金家渡站左右兩側(cè)設(shè)置西、東兩個(gè)小工作井，共同完成盾構(gòu)的兩次始發(fā)和接收工作。

施工工藝主要分為以下三點(diǎn)。

（1）在洞門范圍進(jìn)行水平 MJS 加固及水平凍結(jié)加固，其次將兩側(cè)工作井圍護(hù)與既有車站圍護(hù)之間的土體進(jìn)行垂直MJS 加固改良。從而保證盾構(gòu)始發(fā)、接收及掘進(jìn)的施工安全，以及對(duì)上部既有車站產(chǎn)生較小的影響。

（2）采用盾構(gòu)法施工時(shí)，需設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)、接收工作井，故新建車站的結(jié)構(gòu)底板需局部落低，且由于場(chǎng)地限制，盾構(gòu)機(jī)頭需在井下完成平移吊裝，故需對(duì)影響范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)底板縱梁調(diào)整為下翻，框架柱采用臨時(shí)托換和后做。

（3）由于現(xiàn)場(chǎng)施工空間限制及車架長(zhǎng)度要求，盾構(gòu)車架需借新建車站東側(cè)端頭井下井，利用電機(jī)車將其拉至下穿段東側(cè)小始發(fā)井處。完成右線下穿及接收工作后，在新建車站內(nèi)部進(jìn)行車架的改道，從而進(jìn)行左線的始發(fā)、下穿及接收工作。

3 施工難點(diǎn)及對(duì)策

3.1 盾構(gòu)進(jìn)出洞節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

3.1.1 盾構(gòu)進(jìn)出洞節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)

（1）承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)出洞處于 ⑤2 砂質(zhì)粉土承壓含水層范圍內(nèi)，土體加固質(zhì)量做不好，將面臨涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)。

（2）盾構(gòu)機(jī)抬頭或磕頭風(fēng)險(xiǎn)。既有車站圍護(hù)與新建車站圍護(hù)間存在夾心層土體。該夾縫內(nèi)土體與兩側(cè)地墻形成強(qiáng)度不連續(xù)區(qū)域，機(jī)頭穿越夾心層時(shí)有抬頭或磕頭風(fēng)險(xiǎn)等。

3.1.2 應(yīng)對(duì)處理措施

（1）洞門圈節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。既有車站與下穿站車道層并非垂直交叉，而呈 83° 夾角，洞門圈直徑設(shè)計(jì)為 6800 mm，考慮洞門圈深度達(dá)到 4300 mm，故盾構(gòu)施工若有稍微偏差會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)容易卡殼；故洞門圈延伸至洞門圈平面與隧道軸線垂直，以便盾構(gòu)進(jìn)出洞門圈時(shí)快速封堵洞門。

（2）始發(fā)、接收加固設(shè)計(jì)。為確保盾構(gòu)始發(fā)、接收及掘進(jìn)過(guò)程中的施工安全，始發(fā)采用水平凍結(jié)，接收采用MJS加固＋外圈凍結(jié)，加固體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng) 度 ≥1.5 MPa，滲透系數(shù) ≤1×10-7m/s。始發(fā)接收加固：采用外圈凍結(jié)＋MJS，凍結(jié)壁長(zhǎng)度 5 m，始發(fā) MJS 加固長(zhǎng)度 5 m，接收MJS 加固長(zhǎng)度 8 m。

（3）盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)。洞門深度達(dá)到 4300 mm，洞門圈內(nèi)加止水裝置（弧形鋼板內(nèi)加海綿加襪套鉸鏈板）;始發(fā)環(huán)采用背負(fù)鋼板，盾尾刷進(jìn)入洞門圈，快速封堵洞門;土壓力的設(shè)定為盾構(gòu)與車站結(jié)構(gòu)之間土體覆土與 2 號(hào)線車站結(jié)構(gòu)自重，穿越 2 號(hào)線金家渡站時(shí)土壓力 170 kPa；嚴(yán)格控制出土量，大約為開挖斷面的 98%～100%；推進(jìn)速度控制 2 cm 以內(nèi)，同步注漿量按建筑空隙的 150%～200%進(jìn)行控制。

（4）盾構(gòu)接收施工技術(shù)。洞門深度達(dá)到 4300 mm，盾構(gòu)接收采用兩次接收，同時(shí)洞門圈內(nèi)加止水裝置（弧形鋼板內(nèi)加海綿）;接收環(huán)采用端面鋼板環(huán)，盾尾脫出洞門，立即封堵洞門進(jìn)行壓漿填充。

3.2 既有樁基障礙物應(yīng)對(duì)措施

3.2.1 樁基位置定位復(fù)核并清障

盾構(gòu)穿越須保證有 20 cm 以上的安全距離。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，盾構(gòu)預(yù)計(jì)需穿越 2 號(hào)線 6 根立柱樁，格構(gòu)柱型鋼與盾構(gòu)最近距離 0.306 m，格構(gòu)柱樁與盾構(gòu)單邊最近距離 0.176 m，盾構(gòu)施工碰到樁基的可能性較大。依據(jù)相關(guān)資料。盾構(gòu)始發(fā)前，探明樁基具體位置；若樁對(duì)盾構(gòu)施工影響需打設(shè)排孔進(jìn)行清除。

3.2.2 加強(qiáng)型貝殼刀

為確保盾構(gòu)不受遺漏立柱樁影響，本區(qū)間采用加強(qiáng)型貝殼刀，通過(guò)保證刀盤及刀具配有一定耐磨措施，采用用貝殼先行刀輔助撕裂先行刀（配比約 3∶2），可以有效破除碎樁基等地下障礙物。

3.3 對(duì)既有 2 號(hào)線車站影響的控制措施

由于盾構(gòu)下穿 2 號(hào)線既有車站，目前 2 號(hào)線已經(jīng)處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，對(duì)沉降以及擾動(dòng)控制要求較高，如發(fā)生較大沉降及擾動(dòng)，列車運(yùn)營(yíng)存在較大風(fēng)險(xiǎn)，因此控制 2 號(hào)線的變形成為了本工程中的重中之重。盾構(gòu)下穿過(guò)程中，對(duì)二號(hào)線變形的影響的誘因主要包括水土流失，地層損失、結(jié)構(gòu)上浮等。

（1）針對(duì)水土流失。主要通過(guò)設(shè)備止水、二次注漿技術(shù)來(lái)控制和土體改良。①設(shè)備止水：為保障盾構(gòu)順利始發(fā)安全，在 0 環(huán)采用背覆鋼板環(huán)＋端面鋼板環(huán)，將洞門圈和 0環(huán)管片焊接在一起，及時(shí)注漿封堵洞門。盾尾刷由 2 道鋼絲刷及 1 道鋼板刷組成，施工前采用康達(dá)特盾尾油脂滿嵌盾尾刷，保證盾尾密封效果。②二次注漿：螺旋機(jī)出土口設(shè)置 2道液壓閘門和 1 道手動(dòng)閘門，且液壓閘門在停電狀態(tài)下閘門能自動(dòng)關(guān)閉，確保出渣量的控制，防止水土流失；在左、右線隧道管片上增開注漿孔，以便盾構(gòu)穿越后有效的進(jìn)行二次補(bǔ)壓漿、控制底板沉降變形，同時(shí)加強(qiáng)螺栓等級(jí)（8.8 級(jí)）。③盾構(gòu)施工過(guò)程中進(jìn)行渣土改良，向土倉(cāng)和開挖面注入添加劑（如泡沫等），在滲透性大的地層還可以減少地下水的流失。

（2）針對(duì)地層損失。主要通過(guò)前殼體上布置 8 個(gè)注漿孔，后殼體上布置 8 個(gè)注漿孔，同步由機(jī)殼頂部注漿孔孔向殼體外注入克泥效，及時(shí)填充開挖面和盾體之間的空隙，注入率為 120%～130% 之間，同時(shí)控制注入壓力和注入量，從而減少地層損失并控制結(jié)構(gòu)變形。

（3）針對(duì)結(jié)構(gòu)上浮。推進(jìn)過(guò)程中，隧道有可能上浮，當(dāng)監(jiān)測(cè)到隧道存在明顯上浮現(xiàn)象時(shí)可采取對(duì)施工隧道內(nèi)進(jìn)行壓重控制隧道的進(jìn)一步上浮，同時(shí)同步漿液采用惰性漿液，在漿液中適當(dāng)加入水泥。

此外，采用先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及測(cè)量手段，可以對(duì) 2 號(hào)線底板變形進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的跟蹤，通過(guò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給施工人員，以便及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)及二次注漿參數(shù)，從而更科學(xué)有效的控制結(jié)構(gòu)變形。

3.4 其他難點(diǎn)及措施

盾構(gòu)平移及車架移動(dòng)掉頭區(qū)域，結(jié)構(gòu)底板縱梁需由上翻改為下翻。另外，接收工作井尺寸及周邊場(chǎng)地受限，無(wú)法滿足盾構(gòu)本體正常的吊裝，故機(jī)頭在井內(nèi)進(jìn)行平移，局部結(jié)構(gòu)柱需臨時(shí)移位托換，以保證機(jī)頭平移所需空間。

考慮施工風(fēng)險(xiǎn)，盾尾留在隧道內(nèi)，屆時(shí)吊裝只有刀盤、切口環(huán)和支撐環(huán)。

4 施工過(guò)程及效果

2021 年 6 月 30 日，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)連日的不懈奮戰(zhàn)，下穿 2 號(hào)線金家渡站區(qū)間左線順利貫通。至此，下穿 2 號(hào)線金家渡站區(qū)間左、右線圓滿實(shí)現(xiàn)了貫通，也為我們下一步工作目標(biāo)的達(dá)成邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

金家渡站盾構(gòu)下穿 2 號(hào)線右線穿越時(shí)間為 2021 年 4 月1日—5 月 8 日，左線穿越時(shí)間 2021 年 6 月15日—7 月 3 日。右線穿越完成后 2 號(hào)線沉降最大累計(jì)值 3.7 mm（對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn) L 14），圖 2 為 2 號(hào)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖。左線穿越完成后 2 號(hào)線沉降最大累計(jì)值 11.1 mm（對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn) R 14）。（負(fù)值下沉，正值隆起，下同）。

圖22 號(hào)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

右線穿越范圍對(duì)應(yīng) 2 號(hào)線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn) R 17、L 17、R 18、L 18，穿越期間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表 1 和圖 3（累計(jì)沉降報(bào)警值 ±4 mm）：

表1 右線穿越沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 單位：mm

圖3 盾構(gòu)穿越期間 R 17、L 17、R 18、L 18 道床豎向位移折線圖

左線穿越范圍對(duì)應(yīng) 2 號(hào)線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn) R 14、L 14、R 15、L 15，穿越期間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表 2 和圖 4 （累計(jì)沉降報(bào)警值 ±4 mm）。

表2 左線穿越沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 單位：mm

圖4 盾構(gòu)穿越期間 R 14、L 14、R 15、L 15 道床豎向位移折線圖

左線盾構(gòu)在推進(jìn)前由于長(zhǎng)時(shí)間凍脹影響，已經(jīng)有 10 mm左右的隆起，實(shí)際推進(jìn)過(guò)程最大變化量在 3 mm 以內(nèi)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以杭州地鐵 4 號(hào)線工程為工程背景，通過(guò)結(jié)合施工工期、周邊環(huán)境、工程地質(zhì)等對(duì)采用盾構(gòu)法施工近距離下穿既有地鐵車站時(shí)，遇到的施工難點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，并提出了專項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施，這些措施技術(shù)具有“安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，工程案例豐富”等特點(diǎn)，并且成功應(yīng)用在實(shí)際施工過(guò)程中，效果良好，極大保證了盾構(gòu)下穿施工的順利實(shí)施。