劉咀寧，劉吉東

（中鐵隧道局集團有限公司 杭州 310030）

0 引言

隨著經濟的發(fā)展以及城市化進程的推進，軌道交通也迎來快速發(fā)展期，地鐵區(qū)間隧道施工技術也日新月異，也有明挖法、礦山法、盾構法等各種施工方法。盾構法作為一種安全快捷的隧道施工方法應用廣泛，而盾構接收過程中碰到的條件和邊界也多種多樣。國內不少學者對盾構接收也開展了相關研究，如劉華、何源［1］、肖衡、胡蓉［2］、陳樹茂、方一航［3］、胡浩睿、趙立鋒［4］、王寶佳、黃國濤［5］等人對采用鋼套筒盾構接收施工技術進行了研究，徐錦斌、王鋒［6］、謝軍、張凱［7］、梁寒山［8］、王文燦［9］、刁鵬程、楊平［10］等人對化學注漿、冷凍等方法在盾構接收中的應用進行了研究，吳鎮(zhèn)、耿傳政、王磊［11］研究了富水卵石層水下盾構接收技術。上述研究盾構接收邊界條件相對簡單，少有富水砂層、運營地鐵站且上覆機場航站樓等復雜環(huán)境、敏感地區(qū)盾構接收技術的研究報道，相關可借鑒的經驗很少。本文依托杭州地鐵機場快線某區(qū)間在蕭山機場站盾構接收工程，研究富水砂層運營車站航站樓下盾構接收施工的關鍵技術，通過控制性降水+WSS 水平不強加固+短套筒+盾尾棄置綜合性控制技術，有效解決了機場航站樓下復雜敏感環(huán)境盾構接收難題。

1 工程概述

7號風井～蕭山機場站盾構區(qū)間單線長3 027.818 m，采用2 臺盾構機分別由7 號風井始發(fā)，到達已運營蕭山機場站進行接收。盾構接收端位于蕭山機場站西端頭，蕭山機場T4 航站樓正下方，盾構接收加固原設計采用“三軸攪拌樁+高壓旋噴樁形式”，2019 年底地鐵1 號線施工期間，已完成三軸攪拌樁加固。由于地面T4 航站樓建設施工，盾構接收邊界條件發(fā)生變化，加固體與圍護結構間旋噴樁未實施。盾構接收前T4航站樓主體已施工完成，蕭山機場站頂板、T4 航站樓±0板已封閉，無地面加固及接收井盾構吊出條件。如圖1 所示。蕭山機場站為地下兩層結構，區(qū)間左右線均在車站西端負二層接收，盾構井結構長12.5 m（沿線路），右線寬10.8 m，左線寬12.2 m，負二層凈高9.3 m。洞門頂距中板1.3 m，洞門底距底板0.51 m。盾構井中板預留孔長11.4 m，寬8.5 m。區(qū)間臨近已運營地鐵7 號線，車站內與7 號線采用30 cm 厚混凝土墻體隔離，左線距7號線水平凈距6.4 m，如圖2所示。

圖1 接收端平面示意圖Fig.1 Schematic Plan of Receiving End

圖2 盾構井主體橫剖面Fig.2 Cross Section of Shield Shaft （mm）

T4 航站樓底板基礎厚度0.4～1.0 m，設有樁基礎承臺及承重梁，覆蓋整個接收加固區(qū)域。地上一層樓板距地面最小凈高3 m，旋噴樁加固區(qū)域與T4 航站樓內部結構及底板承重梁重疊，無實施條件，如圖3所示。

圖3 接收端加固區(qū)地面現(xiàn)狀Fig.3 Ground Status of Receiving End Reinforcement Area

接收端隧道頂部埋深11.2 m，洞門底埋深18.4 m，接收端所處地層主要為富水粉砂地層，上部為③3砂質粉土夾粉砂、③5粉砂地層，下部為③7砂質粉土夾淤泥質粉質粘土地層。隧道底部以下為③8粉砂，如圖4所示。端頭地層力學參數如表1所示。

表1 土層物理力學參數Tab.1 Physical and Mechanical Parameters of Soil Layer

圖4 蕭山機場站接收端地質斷面Fig.4 Geological Section of Xiaoshan Airport Station Receiving Terminal

2 富水砂層運營車站航站樓下盾構接收風險分析

富水砂層運營車站航站樓下盾構接收施工風險除常規(guī)風險外，因接收端位于航站樓下，無常規(guī)接收條件、滲漏搶險條件非常差，則重大風險為接收端滲漏突涌、運營站變形、航站樓沉降，甚至突涌可能引起的盾構機被埋、航站樓坍塌等。富水砂層運營車站航站樓下盾構接收風險分析如表2所示。

表2 航站樓下盾構接收風險及事故特性分析Tab.2 Analysis of Risk and Accident Characteristics of Shield Machine under the Terminal

3 接收方案研究確定

考慮上蓋航站樓影響接收、鄰近運營地鐵7 號線和接收端地質，主要進行WSS 水平注漿+冷凍法接收方案、WSS水平注漿+短套筒+盾尾留置接收方案、WSS水平注漿+長套筒接收方案進行比選，如表3所示。

⑴方案1：WSS水平注漿+冷凍法接收方案，采用WSS水平注漿+冷凍法對加固體進行“杯型”補強加固，“杯壁”采用凍結壁進行土體加固，形成長度15.4 m、有效厚度凍結壁1.8 m 的“杯壁”以確保盾構接收安全；WSS 水平注漿加固長度為5 m，水平凍結加固長度為15.4 m。

⑵方案2：WSS水平注漿+短套筒+盾尾留置接收方案，采用WSS 水平注漿對原加固體進行補強，加固長度15 m；為確保接收本質安全在接收端設置7.5 m鋼套筒進行接收，盾構機進入鋼套筒后對殼體和盾尾注漿加固封堵洞門，并將隧道范圍部分盾尾切割留置隧道內。

⑶方案3：WSS水平注漿+長套筒接收方案，采用WSS 水平注漿對原加固體進行補強，加固長度15 m；為確保接收安全采用長度12 m 長套筒接收。但因接收端地面為航站樓、預留負二層洞內吊裝孔僅11 m，長套筒接收無法實施。

4 富水砂層運營車站航站樓下盾構接收施工技術

4.1 端頭控制性降水技術

⑴降水井布置：通過現(xiàn)場調查并結合T4 航站樓設計圖紙，在考慮避開相鄰基坑、T4航站樓承臺、結構梁及7號線安全距離后，接收端降水井布設約9口（加固區(qū)外5口，加固區(qū)內4口），如圖5所示。

圖5 接收端降水井布設位置Fig.5 Layout and Location of Water Lowering Well at the Receiving End （mm）

⑵控制性降水：為避免端頭降水過度引起航站樓及運營7號線沉降變形，端頭降水采用控制性降水，盾構機到達接收端前50 環(huán)開始降水，井數量開啟50%，盾構機進入加固體后開啟全部降水井降水，盾構機安全接收并封洞門后停止降水。

⑶降水運行期間，現(xiàn)場實行24 h 值班制，值班人員認真做好水位變化等相關記錄。降水運行過程中對停抽的井應及時測量水位，頻率為1～2次/d，水位出現(xiàn)的異常時應及時反饋分析。

⑷降水運行階段必須保證電源供電，如遇電網停電，須提前2 h 通知，以便及時啟動備用電源，確保降水效果。

⑸盾構到達前端頭地下水位降至隧道中心線以下。

4.2 WSS水平注漿加固技術

4.2.1 WSS水平注漿加固方式

采用“杯形”加固方式，對原加固體進行補強?！氨凇毖a強范圍為：隧道頂部、底部4.0 m 范圍，左右線外側3.5 m范圍，內側3.0m范圍，“杯壁”加固與隧道斷面搭接1 m，沿著線路縱向加固長度15 m?！氨住毖a強范圍為：掌子面前端5 m范圍滿堂加固。如圖6所示。

圖6 WSS水平加固平面Fig.6 WSS Horizontal Reinforcement Plan （mm）

4.2.2 WSS水平注漿加固試驗取芯

在實施WSS水平注漿加固前，對區(qū)間接收端進行4 根WSS 水平加固注漿試驗及取芯驗證，加固試驗注漿孔深度15m，取芯1 根，深度15 m。以驗證WSS 水平注漿參數對地層的適應性和注漿效果。

4.2.3 WSS水平注漿加固

WSS 水平注漿孔間距600 mm，呈梅花形布設；漿液采用水泥與水玻璃雙液漿。

嚴格控制注漿壓力，注漿終止壓力≤0.8 MPa，同時密切關注注漿量，每步注漿量≤0.05 m3，注漿10 min后間隔約5 min，待上個循環(huán)漿液凝固后再繼續(xù)注漿。

嚴格控制回抽幅度，每步不大于20 cm，每步回抽間隔時間約為1 min，勻速回抽，注意注漿參數變化。WSS注漿施工參數如表4所示。

表4 WSS施工參數Tab.4 WSS Construction Parameter

4.3 短套筒接收施工技術

考慮接收端位于③3、③5富水粉砂地層，上覆蕭山機場T4航站樓且臨近運營7號線，為確保安全采用短鋼套筒接收。

接收鋼套筒筒體長7.5 m，內徑7.45 m，外徑7.75 m。套筒內澆筑砂漿基座（60°范圍填15 cm 厚），上部填砂。盾構接收時，盾構機刀盤、中前盾進入套筒內，盾尾推進至洞門位置，并在管片后方跟進施做止水環(huán)箍。然后通過殼體徑向注漿孔、套筒預埋孔，對洞門與盾構殼體縫隙進行注漿封堵。確保洞門密封效果后，進行套筒拆除及下步刀盤拆解施工，如圖7所示。

圖7 套筒接收縱剖面示意圖Fig.7 Schematic Diagram of Sleeve Receiving Longitudinal Section

4.3.1 短套筒設計

筒體部分長7 500 mm，內徑7 450 mm，外徑7 750 mm，分四段（加每段長），每段又分為上、下兩塊，筒體材料用20 mm 厚的Q235A 鋼板，每段筒體的外周焊接縱、環(huán)向筋板形成網狀以保證筒體剛度，筋板厚30 mm，高130 mm，間隔約585 mm×585 mm；每段筒體的端頭和上、下兩段圓弧接合面均焊接連接法蘭，法蘭用40 mm厚的Q235A 鋼，上、下兩段連接處以及兩段筒體之間均采用M30×90 8.8 級螺栓連接，中間加3 mm 厚橡膠墊，以保證密封效果。

4.3.2 洞門鑿除

鋼套筒在安裝之前，先鑿除洞門厚度的一半，然后安裝鋼套筒下部、上部結構，安裝完成后鑿除地連墻剩余部分。

洞門鑿除前加固體的強度、滲透性、自立性等技術指標應滿足設計要求，洞門水平探孔無涌水、漏沙現(xiàn)象，端頭地下水位降至要求標高。

4.3.3 洞門封堵及密封

⑴注漿封堵

在盾體進洞，盾尾通過洞口過程中，每環(huán)均補充雙液注漿，在盾尾通過新增連續(xù)墻后，要在盾尾部位的管片注雙液漿。時刻檢查鋼套筒是否有漏漿、形變等情況，如有漏漿或者形變過大等情況發(fā)生，可以采取調低氣壓，減小推速等措施。

盾構機完全進入鋼套筒后，第一時間注雙液漿，封堵盾尾與洞門結構位置，注漿量按埋論注漿量的150%～200%，確保封住洞門結構位置。雙液漿配比如表5所示。

表5 雙液漿配比Tab.5 Double Slurry Proportioning

待雙液漿注漿凝固后，通過管片背面探孔確認注漿效果，如未出現(xiàn)漏砂、漏水情況，則說明注漿達到了封堵要求。

⑵洞門密封

洞門密封是盾構接收的一個重要環(huán)節(jié)，影響整個盾構接收的成敗以及安全。為確保安全，在棄置盾尾外側焊接弧形鋼板連接盾尾與洞門鋼圈進行密封，在棄置盾尾內側焊接弧形鋼板連接盾尾與特殊環(huán)管片預埋鋼板進行密封。

外側密封時要分段拆除鋼套筒可拆卸環(huán)，及時焊接弧形鋼板。焊接弧形鋼板，應注意焊縫飽滿，無漏焊，虛焊。整個弧形鋼板焊接完成，及時進行二次注漿，填充管片與弧形板中間空隙。如圖8所示。

圖8 洞門密封示意圖Fig.8 Schematic Diagram of Portal Sealing

4.4 盾尾棄置

為保證盾構接收安全，盾構機分兩次接收。第一次接收，盾構機進入接收井7.5 m 后拆解刀盤，盾尾仍處于洞門外加固體內，進行第一次洞門密封封堵；第二次接收距第一次接收間隔時間計劃約3 天，第二次接收如繼續(xù)推進，采用常規(guī)二次接收方式，盾尾完全脫出洞門圈，將增加滲漏風險，且工作井內無實施應急搶險條件，故需將盾尾切割、棄置，通過“脫殼”接收方式，降低盾構接收風險。如圖9所示。

圖9 盾尾棄置縱剖面示意圖Fig.9 Longitudinal Profile of Abandoned Shield Tail

最后一環(huán)管片拼裝完成后，通過鋼套筒連接環(huán)割除口焊接第一道密封鋼板，將盾尾和洞門鋼圈焊接密封。密封鋼板焊接完成檢查合格確認安全后，從洞門鋼圈處外放100 mm 割除盾尾。然后按正常程序完成盾構接收剩余工作。如圖10所示。

圖10 盾尾棄置切割示意圖Fig.10 Schematic of Abandoned Shield Tail Cutting（mm）

5 實施效果

通過富水砂層航站樓下盾構綜合接收技術的應用，有效的控制了運營車站盾構接收施工安全，確保了運營地鐵隧道和上覆航站樓的沉降變形。

⑴該區(qū)間左線隧道于2021年10月2日順利完成接收，右線隧道于2021年9月8日順利完成接收。

⑵從運營7號線隧道自動監(jiān)測數據來看，運營地鐵隧道總體變形可控，道床沉降累計最大2.7 mm，在預警值-4.2～6.0 mm 內；隧道軌間高差累計最大1.5 mm，在預警值4.2 mm 內；隧道水平位移累計最大4.1 mm，在預警值4.2 mm 內；隧道水平收斂累計最大2.3 mm，在預警值4.2 mm內。

⑶從地表和航站樓監(jiān)測數據來看，左線地表最大累計沉降-21.3 mm，右線地表最大累計沉降-20.6 mm，在橙色預警值-25 mm內；航站樓最大累計沉降-6.52 mm，在黃色預警值±14 mm內。

6 結論與體會

因原端頭加固質量存在缺陷，但受現(xiàn)場場地所限無地面補強加固條件，采用端頭控制性降水、WSS 水平注漿加固、短套筒接收、盾尾棄置快速封堵等系列確保盾構接收安全和控制周邊變形的方案與技術措施，有效解決了航站樓下富水砂層盾構接收可能出現(xiàn)的重大風險，控制了運營地鐵隧道和航站樓地面建筑變形。