盾構先行過站對地鐵車站施工的影響及處理措施

鐘育剛

(中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 453000)

0 引言

為有效緩解日益擁堵的交通壓力，地鐵已經成為我國很多大城市的首選公共交通工具而大力建設。盾構施工技術在地鐵區間隧道建設中逐步占據主導地位，因受拆遷、場地移交、管線改移、文物保護等因素制約，在施工地鐵車站時常常出現無法按施工期完成的狀況，導致盾構機無法正常過站，當車站工期嚴重滯后時，可采用盾構先行過站后再施工車站的順序。

1 工程概況

圓明園站為地下雙層島式車站，雙跨單柱、雙層矩形結構。基坑東西走向，全長184.45 m，寬18.7 m，深 15.742 m，車站主體工程采用明挖順作法施工。由于車站施工中出現文物保護問題，施工組織未能如期推進，盾構無法正常通過圓明園站，如停機等待，堅持原左、右線盾構機從車站底板通過的方案，則左線盾構機至少停機5個月，右線盾構機至少停機9個月。同時，由于處在運輸通道上，在進行下個區間隧道掘進時，會對車站站臺層附屬結構施工造成影響，為滿足總體交付鋪軌的工期要求，采取盾構直接掘進通過圓明園站，然后再進行圓明園站施工的方案。

2 先隧后站對車站施工的影響

盾構過站后車站施工中必然要受成型隧道的影響，部分工序無法按原設計組織施工，對車站基坑穩定和施工安全造成影響，重點要解決的是盾構隧道和車站銜接區域圍護結構、地層加固無法達到設計深度，鋼支撐位置調整，防止地下水通過管片背后環形間隙流入基坑，車站范圍隧道管片拆除等問題。

3 對車站圍護結構影響及處理措施

3.1 圍護樁樁長調整

根據盾構隧道已施工的現狀，車站東西兩端區間隧道洞門范圍內鉆孔灌注樁無法按原設計樁長施工，樁長調整為地面到區間隧道頂部20 cm，洞門范圍外鉆孔灌注樁樁長不變。盾構隧道上方鉆孔樁長度由原設計21.63 m調整為7.0 m～8.434 m。車站東西兩端圍護結構鉆孔樁由原設計的1 200 mm間距加密至1 000 mm間距。

在鉆孔灌注樁施工前，對該位置的盾構隧道進行高程復測，精確計算隧道頂部標高。施工過程中要根據地面實際標高和隧道實測高程精確控制圍護樁的深度，保證調整后的圍護樁樁長。

3.2 端頭加固及壓密注漿

為保證基坑開挖的施工安全，需對基坑東西端頭進行加固。加固范圍為沿線路縱向4.4 m，采用7排φ800 mm旋噴樁進行加固，旋噴樁樁間咬合10 cm，梅花形布置，見圖1。為減少洞門范圍內旋噴樁對成型隧道的影響，加固深度為地表至區間隧道頂部以上50 cm，洞門范圍外加固深度同鉆孔灌注樁。

圖1 車站端頭旋噴樁加固示意圖

為保證加固區的止水效果，在旋噴樁施工完成后從地面向下鉆孔對加固范圍內進行壓密注漿堵水，與端頭加固的旋噴樁組合形成一道隔水墻，注漿孔布置在端頭加固范圍內的左右線隧道中線上、中線兩側各2 m位置，注漿孔縱向間距1 m，一個端頭設壓密注漿孔24個，加固深度為地面至區間隧道頂部以上10 cm，采用水泥—水玻璃雙液漿加固。

3.3 圍護樁外放調整

圓明園站西側標準斷面圍護結構內側距離隧道中線2 850 mm，盾構機開挖半徑3 150 mm，如果盾構機按原設計隧道中線掘進則掘進輪廓將侵入圍護結構鉆孔灌注樁300 mm。為保證側墻圍護結構施工時避開隧道管片，盾構到達圓明園站西端后首先以一條長為22.7 m的圓曲線將盾構機軸線位置向內轉彎避開側墻圍護結構，然后以直線繼續向前推進，同時將圓明園站西端頭陰角處10 m范圍內圍護結構拉直，與車站擴大端頭圍護樁結構齊平，即將該范圍內的圍護結構外放1 850 mm，圍護樁外放后與車站結構側墻間空隙采用C15素混凝土回填，見圖2。因圍護樁位置調整，影響范圍內的3根鋼支撐對撐長度增加1 850 mm。

4 隧道和車站銜接區管片注漿止水及隧底土體加固

4.1 管片背后二次注漿止水

為防止地下水通過管片背后環形間隙從洞門位置滲漏并流入基坑，影響基坑的穩定，在基坑開挖到該位置前通過注漿孔向管片背后進行二次注漿止水，形成注漿止水密封圈。

1)加固范圍為區間隧道靠車站端各10環管片(包括洞口零環)，總共40環管片需進行背后二次注漿止水。2)逐一檢查并再次緊固管片連接螺栓。3)每環管片注漿孔數量為5個(C塊吊裝孔不注)，采用注漿機向管片背后注入水泥凈漿。水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力為0.4 MPa，漿液擴散距離按0.2 m計算，每環管片注漿量為4.67 m3。4)為掌握注漿過程的管片位移情況，全過程進行管片變形觀察和監控。

圖2 圍護樁調整前后對比圖

4.2 端頭零環管片底部鉆孔注漿加固

因端頭加固隧道底部位置無法實施，為避免基坑開挖時影響區間隧道結構的穩定，在洞口零環管片底部鉆孔對地層進行小導管注漿加固，深度為管片底部以下3 m。在零環管片上布置前后2排注漿孔，排距600 mm，每排注漿孔布置在隧道中心兩側各2.1 m投影范圍內，孔間距為600 mm，每排布設注漿孔8個，兩排共計16個。采用水泥凈漿，注漿壓力控制在0.5 MPa。

5 基坑支護調整

5.1 端頭鋼支撐架設調整

車站原設計三道鋼管支撐，受區間隧道影響，東西兩端隧道洞門范圍內鉆孔灌注樁只能施工到隧道頂部20 cm，處于斷開狀態，同時在車站東西端頭第三道斜撐受隧道影響，無法架設。為保證端頭處基坑的穩定性，將第三道斜撐上移到隧道頂部加強支撐，隧道管片拆除后在原設計第三道斜撐位置改用水平對撐以保證端頭基坑南北方向圍護結構的穩定性，見圖3。

5.2 端墻增設錨索加固

車站東西端頭原第三道斜撐上移到隧道上方，增設第四道水平對撐后，在車站端墻左右線隧道區域外，第三道斜撐以下7.98 m開挖范圍的鉆孔樁沒有架設支撐，無法保證圍護結構的穩定性，增設錨索進行錨固支撐。

布設4道錨索，每道5束，共計20束，在隧道外側距中線4 m處各施工1排，兩隧道間施工3排，排距2.5 m，豎向間距2 m，鋼腰梁采用兩根并列Ⅰ45C型鋼。

錨索加固范圍見圖4，錨索施工參數見表1。

圖3 車站端頭鋼支撐調整對比圖

圖4 錨索加固范圍示意圖

表1 錨索施工參數表

6 土方開挖及管片拆除

經過對豎向土層壓力、側向土壓力、管片自重、靜水壓力分析，在沒有降水的情況下車站基坑開挖至距地面9.98 m(隧頂覆土厚度為9.4 m)深處時管片壓力平衡，即開挖基坑至隧道管片頂部時整個隧道處于穩定狀態，只產生因應力釋放發生的小變形。

當開挖至隧道1/2處時，上部土壓力消失。此時，隧道管片受到自重和靜水壓力的作用，而靜水壓力明顯大于管片自重，故采取降水措施，經計算降低后的水位線應位于隧道中心線以下2.23 m。考慮降水效果等不利因素現場實際將水位線降至車站底板標高下1.5 m處。

根據隧道受力分析結果結合實際施工情況，管片拆除要點如下:

1)將地下水位線降至車站結構底板標高1.5 m以下位置，保證降水的連續性，以有效保護基坑及既成隧道的穩定性。2)將車站與隧道接口處兩環管片的連接螺栓拆除，以防止在拆除車站范圍內管片的過程中管片上浮變形帶動既成隧道產生向上的位移。3)采用分段開挖的方法，將整個車站分為6段，每段長度為30 m左右，從西向東施工，每段首先開挖到管片頂部位置，采取從上到下、左右對稱的方法開挖管片左右兩側土體，保證管片側向受力均勻，開挖到管片水平中線位置后采用50 t履帶吊拆每環管片的頂部3塊管片，然后繼續開挖管片中線以下的土體，待管片全部露出后拆除底部剩余的3塊管片。拆除管片時首先破除圓明園站最西端的一環管片將整個隧道的應力釋放出來，然后采取由西向東的順序逐步拆除管片。4)為保證基坑開挖和管片拆除的施工安全，在整個開挖過程中加強監控和監測，記錄隧道在各個開挖階段產生的位移變形等，并能及時有效的采取應急措施。

7 結語

通過本工程實例驗證，當盾構無法實現正常過站，影響項目總工期時采取盾構直接掘進過站，再進行車站施工的方案，能夠解決工期矛盾，但必須解決好圍護結構補強、管片拆除等影響車站基坑穩定和施工安全的問題，同時需考慮以下幾點:

1)本工程車站范圍內隧道管片拆除廢棄308環，造成較大資源浪費;2)車站基坑開挖工效嚴重降低，且要進行錨索施工、管片拆除等工序，工序干擾較大;3)管片拆除前需對區間隧道影響范圍段(30 m)內管片安裝拉緊裝置，并加裝內支撐加固;4)管片拆除期間，基坑內大量泥水流入區間隧道，增加清理工作量。

[1] 侯志奎，張智博.盾構隧道施工位移控制技術[J].安徽建筑，2006(2):8-9.

[2] 徐 云.錨索施工技術[J].長沙鐵道學院學報，2006，7(3):3-5.

[3] 高愛林，金 淮.北京地鐵區間大盾構先行淺埋暗挖法擴挖車站致險因素與對策[J].隧道建設，2010(5):33-35.

[4] JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程[S].

[5] GB 50299-1999，地下鐵道工程施工及驗收規范[S].