劉咀寧，劉吉東

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司 杭州 310030）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市化進(jìn)程的推進(jìn)，軌道交通也迎來快速發(fā)展期，地鐵區(qū)間隧道施工技術(shù)也日新月異，也有明挖法、礦山法、盾構(gòu)法等各種施工方法。盾構(gòu)法作為一種安全快捷的隧道施工方法應(yīng)用廣泛，而盾構(gòu)接收過程中碰到的條件和邊界也多種多樣。國內(nèi)不少學(xué)者對盾構(gòu)接收也開展了相關(guān)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(gòu)接收施工技術(shù)進(jìn)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(xué)注漿、冷凍等方法在盾構(gòu)接收中的應(yīng)用進(jìn)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(gòu)接收技術(shù)。上述研究盾構(gòu)接收邊界條件相對簡單，少有富水砂層、運(yùn)營地鐵站且上覆機(jī)場航站樓等復(fù)雜環(huán)境、敏感地區(qū)盾構(gòu)接收技術(shù)的研究報道，相關(guān)可借鑒的經(jīng)驗(yàn)很少。本文依托杭州地鐵機(jī)場快線某區(qū)間在蕭山機(jī)場站盾構(gòu)接收工程，研究富水砂層運(yùn)營車站航站樓下盾構(gòu)接收施工的關(guān)鍵技術(shù)，通過控制性降水+WSS 水平不強(qiáng)加固+短套筒+盾尾棄置綜合性控制技術(shù)，有效解決了機(jī)場航站樓下復(fù)雜敏感環(huán)境盾構(gòu)接收難題。

1 工程概述

7號風(fēng)井～蕭山機(jī)場站盾構(gòu)區(qū)間單線長3 027.818 m，采用2 臺盾構(gòu)機(jī)分別由7 號風(fēng)井始發(fā)，到達(dá)已運(yùn)營蕭山機(jī)場站進(jìn)行接收。盾構(gòu)接收端位于蕭山機(jī)場站西端頭，蕭山機(jī)場T4 航站樓正下方，盾構(gòu)接收加固原設(shè)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(shè)施工，盾構(gòu)接收邊界條件發(fā)生變化，加固體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間旋噴樁未實(shí)施。盾構(gòu)接收前T4航站樓主體已施工完成，蕭山機(jī)場站頂板、T4 航站樓±0板已封閉，無地面加固及接收井盾構(gòu)吊出條件。如圖1 所示。蕭山機(jī)場站為地下兩層結(jié)構(gòu)，區(qū)間左右線均在車站西端負(fù)二層接收，盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)長12.5 m（沿線路），右線寬10.8 m，左線寬12.2 m，負(fù)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(gòu)井中板預(yù)留孔長11.4 m，寬8.5 m。區(qū)間臨近已運(yùn)營地鐵7 號線，車站內(nèi)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(gòu)井主體橫剖面Fig.2 Cross Section of Shield Shaft （mm）

T4 航站樓底板基礎(chǔ)厚度0.4～1.0 m，設(shè)有樁基礎(chǔ)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(nèi)部結(jié)構(gòu)及底板承重梁重疊，無實(shí)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(zhì)粉土夾粉砂、③5粉砂地層，下部為③7砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Physical and Mechanical Parameters of Soil Layer

圖4 蕭山機(jī)場站接收端地質(zhì)斷面Fig.4 Geological Section of Xiaoshan Airport Station Receiving Terminal

2 富水砂層運(yùn)營車站航站樓下盾構(gòu)接收風(fēng)險分析

富水砂層運(yùn)營車站航站樓下盾構(gòu)接收施工風(fēng)險除常規(guī)風(fēng)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(fēng)險為接收端滲漏突涌、運(yùn)營站變形、航站樓沉降，甚至突涌可能引起的盾構(gòu)機(jī)被埋、航站樓坍塌等。富水砂層運(yùn)營車站航站樓下盾構(gòu)接收風(fēng)險分析如表2所示。

表2 航站樓下盾構(gòu)接收風(fēng)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(yùn)營地鐵7 號線和接收端地質(zhì)，主要進(jìn)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(jìn)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(jìn)行“杯型”補(bǔ)強(qiáng)加固，“杯壁”采用凍結(jié)壁進(jìn)行土體加固，形成長度15.4 m、有效厚度凍結(jié)壁1.8 m 的“杯壁”以確保盾構(gòu)接收安全；WSS 水平注漿加固長度為5 m，水平凍結(jié)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(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，加固長度15 m；為確保接收本質(zhì)安全在接收端設(shè)置7.5 m鋼套筒進(jìn)行接收，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)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(nèi)。

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(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，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(yù)留負(fù)二層洞內(nèi)吊裝孔僅11 m，長套筒接收無法實(shí)施。

4 富水砂層運(yùn)營車站航站樓下盾構(gòu)接收施工技術(shù)

4.1 端頭控制性降水技術(shù)

⑴降水井布置：通過現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合T4 航站樓設(shè)計圖紙，在考慮避開相鄰基坑、T4航站樓承臺、結(jié)構(gòu)梁及7號線安全距離后，接收端降水井布設(shè)約9口（加固區(qū)外5口，加固區(qū)內(nèi)4口），如圖5所示。

圖5 接收端降水井布設(shè)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(yùn)營7號線沉降變形，端頭降水采用控制性降水，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收端前50 環(huán)開始降水，井?dāng)?shù)量開啟50%，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固體后開啟全部降水井降水，盾構(gòu)機(jī)安全接收并封洞門后停止降水。

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

⑷降水運(yùn)行階段必須保證電源供電，如遇電網(wǎng)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(gòu)到達(dá)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(shù)

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(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)?！氨凇毖a(bǔ)強(qiáng)范圍為：隧道頂部、底部4.0 m 范圍，左右線外側(cè)3.5 m范圍，內(nèi)側(cè)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(bǔ)強(qiáng)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(yàn)取芯

在實(shí)施WSS水平注漿加固前，對區(qū)間接收端進(jìn)行4 根WSS 水平加固注漿試驗(yàn)及取芯驗(yàn)證，加固試驗(yàn)注漿孔深度15m，取芯1 根，深度15 m。以驗(yàn)證WSS 水平注漿參數(shù)對地層的適應(yīng)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(shè)；漿液采用水泥與水玻璃雙液漿。

嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿終止壓力≤0.8 MPa，同時密切關(guān)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(yán)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(shù)變化。WSS注漿施工參數(shù)如表4所示。

表4 WSS施工參數(shù)Tab.4 WSS Construction Parameter

4.3 短套筒接收施工技術(shù)

考慮接收端位于③3、③5富水粉砂地層，上覆蕭山機(jī)場T4航站樓且臨近運(yùn)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(nèi)徑7.45 m，外徑7.75 m。套筒內(nèi)澆筑砂漿基座（60°范圍填15 cm 厚），上部填砂。盾構(gòu)接收時，盾構(gòu)機(jī)刀盤、中前盾進(jìn)入套筒內(nèi)，盾尾推進(jìn)至洞門位置，并在管片后方跟進(jìn)施做止水環(huán)箍。然后通過殼體徑向注漿孔、套筒預(yù)埋孔，對洞門與盾構(gòu)殼體縫隙進(jìn)行注漿封堵。確保洞門密封效果后，進(jìn)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(shè)計

筒體部分長7 500 mm，內(nèi)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(wǎng)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(jié)構(gòu)，安裝完成后鑿除地連墻剩余部分。

洞門鑿除前加固體的強(qiáng)度、滲透性、自立性等技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)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(biāo)高。

4.3.3 洞門封堵及密封

⑴注漿封堵

在盾體進(jìn)洞，盾尾通過洞口過程中，每環(huán)均補(bǔ)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(diào)低氣壓，減小推速等措施。

盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入鋼套筒后，第一時間注雙液漿，封堵盾尾與洞門結(jié)構(gòu)位置，注漿量按埋論注漿量的150%～200%，確保封住洞門結(jié)構(gòu)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(rèn)注漿效果，如未出現(xiàn)漏砂、漏水情況，則說明注漿達(dá)到了封堵要求。

⑵洞門密封

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

外側(cè)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(yīng)注意焊縫飽滿，無漏焊，虛焊。整個弧形鋼板焊接完成，及時進(jìn)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(gòu)接收安全，盾構(gòu)機(jī)分兩次接收。第一次接收，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收井7.5 m 后拆解刀盤，盾尾仍處于洞門外加固體內(nèi)，進(jìn)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(jìn)，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(fēng)險，且工作井內(nèi)無實(shí)施應(yīng)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(gòu)接收風(fēng)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(rèn)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(gòu)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(shí)施效果

通過富水砂層航站樓下盾構(gòu)綜合接收技術(shù)的應(yīng)用，有效的控制了運(yùn)營車站盾構(gòu)接收施工安全，確保了運(yùn)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(yùn)營7號線隧道自動監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，運(yùn)營地鐵隧道總體變形可控，道床沉降累計最大2.7 mm，在預(yù)警值-4.2～6.0 mm 內(nèi)；隧道軌間高差累計最大1.5 mm，在預(yù)警值4.2 mm 內(nèi)；隧道水平位移累計最大4.1 mm，在預(yù)警值4.2 mm 內(nèi)；隧道水平收斂累計最大2.3 mm，在預(yù)警值4.2 mm內(nèi)。

⑶從地表和航站樓監(jiān)測數(shù)據(jù)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(yù)警值-25 mm內(nèi)；航站樓最大累計沉降-6.52 mm，在黃色預(yù)警值±14 mm內(nèi)。

6 結(jié)論與體會

因原端頭加固質(zhì)量存在缺陷，但受現(xiàn)場場地所限無地面補(bǔ)強(qiáng)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(gòu)接收安全和控制周邊變形的方案與技術(shù)措施，有效解決了航站樓下富水砂層盾構(gòu)接收可能出現(xiàn)的重大風(fēng)險，控制了運(yùn)營地鐵隧道和航站樓地面建筑變形。