滇池沉積層地質(zhì)條件下盾構(gòu)下穿昆明站施工技術(shù)

摘要：實(shí)踐中盾構(gòu)下穿火車站站場(chǎng)、股道施工風(fēng)險(xiǎn)高，控制站場(chǎng)、股道變形標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)。昆明地鐵1號(hào)線環(huán)城南路站～昆明火車站站區(qū)間盾構(gòu)下穿昆明站施工，施工中通過(guò)對(duì)盾構(gòu)下穿火車站站場(chǎng)、鐵路股道的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查分析，采用數(shù)值模擬分析研究不同條件下盾構(gòu)下穿站場(chǎng)、股道變形和受力的影響，造成地面沉降的機(jī)理，并進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析與數(shù)值分析結(jié)果，編制切實(shí)合理、可行的專項(xiàng)施工方案，針對(duì)性加強(qiáng)盾構(gòu)下穿站場(chǎng)、股道等的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，加強(qiáng)盾構(gòu)施工中主控環(huán)節(jié)過(guò)程控制，有效控制了沉降，保證了施工安全，本文是對(duì)滇池沉積層地質(zhì)條件下盾構(gòu)下穿昆明站施工技術(shù)進(jìn)行了初步探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：滇池沉積層;昆明站;股道;站臺(tái);盾構(gòu)施工;沉降控制

1.工程概況

昆明市主城區(qū)具有典型的滇池沉積層地質(zhì)特點(diǎn)，地層結(jié)構(gòu)特征多元化、軟硬不均、滲透性多樣、含水豐富且規(guī)律預(yù)見(jiàn)性差。昆明地鐵1號(hào)線環(huán)城南路站～昆明火車站站區(qū)間沿北京路走向，下穿昆明站，昆明站是云南省、昆明市重要交通門戶的特等站。區(qū)間隧道與昆明站成57°夾角，將盾構(gòu)下穿昆明站 12條股道、6個(gè)站臺(tái)，出站大廳以及昆明站眾多建（構(gòu)）筑物，總寬度約為183m，隧道結(jié)構(gòu)外輪廓覆土厚度14.587～9.17m。盾構(gòu)下穿昆明站地段地層主要為圓礫層、粉土粉砂層及粘土層，表層地下水類型為第四系孔隙潛水，賦存于第Ⅱ陸相層以下粉砂及粉土中的地下水為微承壓水，地下水豐富。下圖1為昆明地鐵盾構(gòu)下穿昆明站示意圖。

2.工程難點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析

（1）盾構(gòu)隧道施工對(duì)既有火車站的影響主要是引起的地表沉降，由此可能造成鐵路路基道床的不均勻沉降，兩股鋼軌之間的差異沉降、混凝土軌枕的失效或嚴(yán)重?fù)p傷，鋼軌接頭產(chǎn)生軌縫、錯(cuò)牙、臺(tái)階和折角以及鋼軌的重傷或折斷等現(xiàn)象。當(dāng)?shù)孛娌痪鶆虺吝_(dá)到一定變形值就會(huì)影響其正常使用，從而影響火車站線路的正常運(yùn)營(yíng)。

（2）列車在運(yùn)行中，對(duì)路基土體產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力沿深度逐漸衰減，衰減程度與土層的力學(xué)性質(zhì)以及列車動(dòng)載大小等有關(guān)，一般認(rèn)為動(dòng)應(yīng)力的影響深度約為4～7m，但當(dāng)基床下部有構(gòu)筑物（出站通道、運(yùn)輸通道）時(shí)，動(dòng)應(yīng)力的傳播將發(fā)生較大變化。盾構(gòu)施工引起線路下沉，導(dǎo)致線路不平順加大輪軌的沖擊力，使路基內(nèi)動(dòng)應(yīng)力加大，土體動(dòng)荷載增加，影響地鐵隧道的安全。

（3）昆明站地處云南省省會(huì)城市昆明，具有規(guī)模大，作用突出，是承擔(dān)城市對(duì)外運(yùn)輸窗口。盾構(gòu)施工下穿昆明站具有下穿長(zhǎng)度長(zhǎng)，下穿股道、站臺(tái)多，下穿建（構(gòu)）筑物多等特點(diǎn)。在下穿股道、站臺(tái)時(shí)往往要近距離側(cè)穿無(wú)柱雨棚樁基或下穿地下通道，施工同時(shí)需兼顧地面金屬網(wǎng)、管線、雨棚頂?shù)缺Ｗo(hù)，這些都增加了施工難度，加大施工風(fēng)險(xiǎn)。

（4）盾構(gòu)下穿昆明站線路長(zhǎng)、范圍廣（包括12條股道、6個(gè)站臺(tái)、出站通道、出站大廳，側(cè)穿無(wú)柱雨棚、鐵路綜合大廈、站前高架等建（構(gòu)）筑物，總寬度約為284米），滇池沉積層地質(zhì)水文條件不斷變化，加大施工難度。

3.盾構(gòu)機(jī)下穿火車站前籌備工作

（1）在盾構(gòu)下穿鐵路前積極和鐵路部門進(jìn)行溝通，編制切實(shí)可行的施工、監(jiān)測(cè)等方案，通過(guò)監(jiān)理、業(yè)主、鐵路部門的審查，并獲批準(zhǔn)后實(shí)施。同時(shí)選用征得鐵路部門認(rèn)可的專業(yè)監(jiān)測(cè)單位對(duì)施工整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控。與鐵路工務(wù)段等相關(guān)部門簽訂施工安全配合協(xié)議書(shū)。并指派培訓(xùn)合格、責(zé)任心強(qiáng)、業(yè)務(wù)熟練的人員任現(xiàn)場(chǎng)安全巡視員，以保證鐵路線路等相關(guān)設(shè)備的安全。

（2）盾構(gòu)下穿火車站加固措施：

常規(guī)對(duì)火車站相關(guān)建（構(gòu)）筑物加固保護(hù)措施分以下幾種：

a對(duì)鐵路股道加固措施。加固措施方法有：地層加固措施、扣軌技術(shù)。

b對(duì)既有結(jié)構(gòu)物加固措施。加固措施方法有：結(jié)構(gòu)物加固、下部基礎(chǔ)加固及基礎(chǔ)托換。

c新建隧道與既有結(jié)構(gòu)物之間采取的措施。加固措施方法有：①盾構(gòu)隧道周圍地層加固;②既有結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)地層加固;③隔斷盾構(gòu)掘進(jìn)地層應(yīng)力與變形。

本工程因受場(chǎng)地、地面條件影響，未采用任何加固措施，

（3）、設(shè)置試驗(yàn)段

根據(jù)盾構(gòu)下穿火車站鐵路段地層地質(zhì)情況，選擇合適地段作為盾構(gòu)下穿火車站鐵路模擬掘進(jìn)地段，嚴(yán)格執(zhí)行方案設(shè)定參數(shù)，試驗(yàn)段設(shè)置兩處24小時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，對(duì)掘進(jìn)參數(shù)及地面沉降情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)測(cè)盾構(gòu)過(guò)火車站鐵路軌道區(qū)可能出現(xiàn)的沉降大小，以檢驗(yàn)所制定的盾構(gòu)下穿火車站整體參數(shù)，為安全通過(guò)火車站提供保障。

（4）、對(duì)既有線路進(jìn)行幾何尺寸整正作業(yè)

盾構(gòu)下穿前要求工務(wù)段對(duì)既有線路進(jìn)行幾何尺寸整正作業(yè)，達(dá)到理想幾何尺寸。整道范圍為隧道中線兩側(cè)25m（在火車站內(nèi)標(biāo)注左右線隧道中心線）。整道標(biāo)準(zhǔn)為水平偏差2mm，整道過(guò)程中取消原有墊片（利于盾構(gòu)穿越時(shí)沉降超標(biāo)，采取加墊片起道措施）。線路整正后測(cè)量采集原始數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

4盾構(gòu)下穿火車站施工控制措施

4.1盾構(gòu)下穿火車站施工總體原則

做好盾構(gòu)掘進(jìn)的施工管理，加強(qiáng)盾構(gòu)施工參數(shù)優(yōu)化是防止地面沉降的最基本的措施，也是最有效的措施。具體來(lái)說(shuō)，為控制地面沉降，盾構(gòu)下穿鐵路段時(shí)掘進(jìn)參數(shù)選擇遵循原則：

1）、保土壓、控出土，為我部下穿昆明站控制的核心參數(shù)，合理選擇土壓力和控制出土量，以減小第一和第二階段沉降。

2）、低擾動(dòng)，控制總推力和刀盤扭矩，減小對(duì)周圍地層擾動(dòng)。

3）、合理選擇推進(jìn)速度，減小穿越段沉降。

4）、勤注漿，及時(shí)填補(bǔ)盾尾間隙，減小盾構(gòu)通過(guò)后盾尾土體應(yīng)力釋放造成的沉降。

4.2嚴(yán)格控制土壓力

在施工中嚴(yán)格管理，使實(shí)際土壓略大于計(jì)算值。根據(jù)地面沉降的結(jié)果來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整土壓力，計(jì)算過(guò)程中的各種參數(shù)、安全系數(shù)，使得將土壓在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中控制在合理范圍內(nèi)。鑒于過(guò)昆明站站場(chǎng)前后地層分布較為連續(xù)，在盾構(gòu)穿越火車站站場(chǎng)前50m范圍內(nèi)設(shè)置兩組沉降觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)第一組數(shù)據(jù)得到盾構(gòu)通過(guò)后的地層沉降變化情況，初步確定盾構(gòu)掘進(jìn)各項(xiàng)參數(shù)：通過(guò)第二組數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證盾構(gòu)掘進(jìn)各項(xiàng)參數(shù)，以便進(jìn)一步調(diào)整和修正參數(shù)。盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中土壓實(shí)際應(yīng)控制在什么范圍內(nèi)，需要根據(jù)地面測(cè)量觀測(cè)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整。

4.3 推進(jìn)速度及總推力

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)、施工地質(zhì)狀況、參考以往盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)下穿鐵路段掘進(jìn)速度控制在20 mm /min～30 mm /min左右，總推力控制在10000 kN～15000 kN，扭矩1800 kN/m～2 200 kN/m，可根據(jù)具體掘進(jìn)情況適當(dāng)調(diào)整。如果出現(xiàn)總推力大而影響推進(jìn)速度時(shí)，采取相應(yīng)減小推力措施。推進(jìn)過(guò)程中保持穩(wěn)定，實(shí)際施工每日推進(jìn)8環(huán)～10環(huán)，且保持連續(xù)均衡推進(jìn)，左右先盾構(gòu)下穿火車站軌道、站臺(tái)在半個(gè)月內(nèi)順利通過(guò)。

4.4保證開(kāi)挖面穩(wěn)定

由于在隧道施工過(guò)程中盾構(gòu)穿越的土層復(fù)雜，容易出現(xiàn)粘性土附著在刀盤上致使刀盤扭矩增大，或土體進(jìn)入土倉(cāng)后被壓密固化，形成開(kāi)挖、排土很難達(dá)到平衡的狀況，針對(duì)這種情況，向刀盤前方土體注入泡沫，在增大土體流動(dòng)性的同時(shí)，降低其附著力，防止開(kāi)挖土附著在刀頭和土倉(cāng)內(nèi)壁;同時(shí)利用刀盤輻條上的攪拌翼將泡沫和切削下來(lái)的土體加以攪拌，使之充分混合，變得較為蓬松，增大可排性，從而使開(kāi)挖土量和排土量保持平衡，保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定，減少地層擾動(dòng)

4.5嚴(yán)格控制注漿施工

盾構(gòu)施工引起的建筑空隙、地層損失和盾構(gòu)隧道周圍受擾動(dòng)或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是導(dǎo)致地表沉降的主要因素。注漿作為盾構(gòu)施工的一個(gè)關(guān)鍵工序，必須嚴(yán)格按“確保注漿壓力，兼顧注漿量”的雙重保障原則，緊密結(jié)合施工監(jiān)控量測(cè)的反饋信息，不斷優(yōu)化注漿壓力的設(shè)定，保證注漿量一定要超過(guò)理論計(jì)算值，實(shí)際平均注漿量的合理范圍內(nèi)波動(dòng)。

盾構(gòu)隧道主要通過(guò)均布在盾殼體的4根同步注漿管來(lái)控制地表沉降。

同步注漿漿液采用活性漿液，水泥砂漿基準(zhǔn)配合比如下表所示，該漿液凝膠時(shí)間短，以便在填充地層的同時(shí)能盡早獲得漿液固結(jié)體強(qiáng)度，保證開(kāi)挖面安全并防止漏漿;并確保不液化。

表1水泥砂漿材料用量表（kg/m³）

同步注漿漿液性能指標(biāo)

注漿壓力為0.3～0.5MPa左右，并根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)速度控制注漿量，實(shí)際注漿量采用理論值的150%～200%。

隧道在推進(jìn)過(guò)程中，注漿量應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況和地表隆陷監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整和動(dòng)態(tài)管理。一般情況下以滿足控制地表隆陷為原則，以控制地表稍微向上隆起2～3mm為宜。

同步注漿和盾構(gòu)推進(jìn)保持同步，即在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行注漿，推進(jìn)停止后，注漿也相應(yīng)停止，注漿壓入的時(shí)間應(yīng)控制在盾尾脫離管片時(shí)為宜。

根據(jù)地面沉降的變化，進(jìn)行二次壓漿，以彌補(bǔ)同步注漿的不足，二次壓漿在管片出盾尾4環(huán)后進(jìn)行，采用速凝漿液，注漿壓力為不大于0.5MPa。施工中對(duì)壓漿位置、壓入量、壓力值做詳細(xì)記錄，并根據(jù)地層變形監(jiān)測(cè)信息及時(shí)調(diào)整。

4.6盾構(gòu)施工軸線控制

在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入穿越區(qū)之前，盡量將盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整至最佳，減少盾構(gòu)糾偏。盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)操作人員須嚴(yán)格執(zhí)行指令，嚴(yán)格執(zhí)行“勤糾偏、小糾偏”的原則，嚴(yán)禁大幅度糾偏，并控制每次糾偏的量，盾構(gòu)機(jī)一次糾偏量不宜過(guò)大，以減少對(duì)地層的擾動(dòng)，加強(qiáng)管片拼裝質(zhì)量控制。

4.7實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、信息化管理

盾構(gòu)下穿期間要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，測(cè)得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，要及時(shí)進(jìn)行整理，繪制位移隨時(shí)間或空間的變化曲線圖，實(shí)施時(shí)，多采用位移——空間曲線，即監(jiān)測(cè)結(jié)果隨工作而與洞土跨度比值的關(guān)系散點(diǎn)圖。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，還應(yīng)根據(jù)散點(diǎn)圖的數(shù)據(jù)分部狀況，選擇合適的函數(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，以預(yù)測(cè)該測(cè)點(diǎn)可能出現(xiàn)的最終位移值。全部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)管理。

監(jiān)測(cè)負(fù)責(zé)人對(duì)每次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行整理分析，并將分析結(jié)果以書(shū)面形式向施工組織領(lǐng)導(dǎo)小組匯報(bào)，做出評(píng)判，并將評(píng)判結(jié)果向盾構(gòu)下穿昆明站時(shí)施工協(xié)調(diào)六方小組通報(bào)。若遇監(jiān)測(cè)值達(dá)到預(yù)警值或危險(xiǎn)值時(shí)，組織施工協(xié)調(diào)六方小組召開(kāi)專題會(huì)，分析原因，制定對(duì)策措施，以保證施工安全。

在施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站場(chǎng)、建（構(gòu)）筑物、鐵路道床、軌枕、鐵軌等鐵路設(shè)施的變形的監(jiān)測(cè)，做到依據(jù)地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)施工各項(xiàng)參數(shù)，確保在過(guò)昆明站時(shí)盾構(gòu)機(jī)連續(xù)、平穩(wěn)的通過(guò)，使地面沉降保持在最小狀態(tài)，滿足管理部門的要求。此外，尚應(yīng)制定詳細(xì)有效地應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的突發(fā)情況進(jìn)行準(zhǔn)備，保證能在沉降達(dá)到警戒值后保持暢通有序的信息溝通渠道及命令發(fā)布途徑，能迅速將現(xiàn)場(chǎng)情況反饋給相關(guān)部門，以便在第一時(shí)間采取相關(guān)應(yīng)急措施進(jìn)行工程搶險(xiǎn)，確保鐵路運(yùn)輸安全，阻止險(xiǎn)情的進(jìn)一步擴(kuò)大。

4.8插管注漿施工措施

為確保鐵路股道及地面建（構(gòu)）筑物安全穩(wěn)定，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后，及時(shí)采用洞內(nèi)注漿的方式對(duì)土體進(jìn)行加固，提高土體承載力和整體性，同時(shí)有利于控制隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)引起的洞周土體變形和沉降。注漿加固范圍：下穿列車股道范圍右IDK13+857.552～右IDK13+900.000與下穿地下出站大廳段右IDK13+766.600～右IDK13+857.552，采用增設(shè)注漿孔管片，注漿利用每環(huán)管片預(yù)留的16個(gè)注漿孔進(jìn)行插管注漿，采用速凝雙液漿，注漿管采用￠27鋼花管，t=3.5mm，進(jìn)行注漿加固穩(wěn)定土體，防止二次沉降。見(jiàn)圖2盾構(gòu)下穿昆明站插管注漿范圍圖。

5結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)滇池沉積層地質(zhì)條件下盾構(gòu)下穿昆明站這一施工難點(diǎn)，成立專項(xiàng)課題研究小組。同時(shí)，在盾構(gòu)穿越昆明站前積極和鐵路部門進(jìn)行溝通，編制切實(shí)可行的施工、監(jiān)測(cè)等方案，與鐵路各相關(guān)部門簽訂施工安全配合協(xié)議書(shū)。其次，制定科學(xué)合理的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，把控制地面沉降主要手段的同步注漿和二次注漿作為盾構(gòu)施工管理的重點(diǎn)，確保注漿及時(shí)、管片壁后注漿飽滿，并根據(jù)地面沉降情況適時(shí)采取二次注漿及徑向補(bǔ)壓漿。最為關(guān)鍵的是，盾構(gòu)穿越正在使用的鐵路線時(shí)，為防止盾構(gòu)施工引起軌道較大不均勻沉降，施工期間一直對(duì)地表沉降進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，通過(guò)合理的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、及時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握軌道及周邊地表沉降變化規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)指導(dǎo)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，從而使盾構(gòu)安全順利地穿越昆明站站場(chǎng)。該區(qū)間左右線兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)分別于2012年11月1日和12月17日，成功下穿昆明站12條股道、6個(gè)站臺(tái)，由于施工期間良好的技術(shù)控制，最終將鐵路路基、路軌隆沉量控制在了較小的范圍，最大監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降僅為-4.5毫米，未超出了10毫米的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，確保了昆明站的安全運(yùn)營(yíng)。本文結(jié)合滇池沉積層地質(zhì)條件下盾構(gòu)下穿昆明站這一具體案例，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析，施工方法、措施加以研究、總結(jié)，為昆明滇池沉積層地質(zhì)條件下后續(xù)地鐵建設(shè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]《昆明地鐵小角度近距離立體交叉盾構(gòu)技術(shù)》楊公正.西南交通大學(xué)出版社.2013.11.ISBN編號(hào)：978-7-5643-2663-0