基于昆明軌道五號線盾構下穿既有隧道施工技術研究

底龍飛

(中鐵十六局北京軌道交通工程建設有限公司, 北京 101100)

在我國省會城市地鐵建設中，由于交通線密集，不可避免會下穿既有交通工程如既有地鐵線、市政建筑等[1-4]。昆明軌道交通5號線工程是昆明市政交通較為重要的一個項目，全長29.96km，覆蓋五華區、盤龍區、度假區、西山區、官渡區等重要區域，本文主要針對昆明軌道五號線下穿其他交通線的方式進行研究，在對該項目昆明北站站-圓通公園站區間沉積層的工程地質特征和巖土體物理學特征的基礎上，結合當地特有的施工和運營環境對已有的軌道盾構施工技術進行改進。

1 工程概況

昆明北站站-圓通公園站區間采用盾構法進行施工的區間，盾構機為鐵建重工土壓-泥水雙模盾構機，由昆明北站始發，圓通公園站接收。隧道結構采用外徑6.2m，內徑5.5m，厚度0.35m的平板式單層預制鋼筋混凝土管片襯砌。

本區間在左DK4+561.290～左DK4+578.343，右DK4+561.302～右DK4+578.364里程范圍內下穿已運營的昆明地鐵2號線隧道，交叉段5號線左線拱頂埋深28.3m，右線拱頂埋深約為20.3m，5號線盾構隧道與2號線盾構隧道最小豎向凈距為2.481m。

本區間線路出昆明北站后以豎向重疊形式前行，下穿云南省鐵路博物館、軌道交通2號線盾構區間(已運營)、北站隧道(側穿樁基)，而后線路逐漸由豎向重疊并行過渡為水平并列前行，依次下穿昆北新村鐵路小區、省醫藥公司、環城北路、盤龍江、小菜園村后進入圓通公園站。本段右線線路設置平面曲線2個，曲線半徑分別為1 000m、450m；左線線路設置平面曲線3個，曲線半徑分別為1 000m、1 200m、440m。本區間設置聯絡通道一座，外掛泵房兩座。

右線線路以2.0 ‰的坡度下坡出昆明北站后，以4.000 ‰的坡度下坡280m，再以4.000 ‰的坡度上坡300m，而后以17.240 ‰的坡度上坡370.000m，接著以2.0 ‰的坡度上坡進入圓通公園站。左線線路以2.0 ‰的坡度下坡出昆明北站后，以4.000 ‰的坡度下坡340m，再以26.765 ‰的坡度上坡591.041m，而后以2.0 ‰的坡度上坡進入圓通公園站。

本區間所穿越地層的上部為粉質黏土、粉土，局部夾流塑～可塑狀泥炭質土；下部為圓礫土、粉細砂及粉土層為主、粉質黏土及泥炭質土層成層狀分布。圓通公園站至翠湖站區間場地下伏基巖為二疊系下統陽新組(P1y)灰巖，共揭露溶洞12個，溶洞洞高0.50～4.00m，以串珠狀溶洞為主，見洞率75 %，線溶率18.85 %，巖溶強烈發育，多為全充填，少量無充填。同時分布著人工填土、軟土和膨脹土這類特殊巖土。

本區間附近地表徑流主要為盤龍江，地下水類型有上層滯水、孔隙潛水、風化裂隙水和巖溶水四類。其中上層滯水動態受季節控制，主要接受大氣降水滲入補給，對擬建工程影響小；孔隙潛水的主要含水層為場地內粉土層、圓礫層、粉砂層，層間水力聯系較弱，透水性一般，主要接受大氣降水補給，總體富水性中等～較好；風化裂隙水主要賦存于二疊系下統陽新組灰巖灰巖風化裂隙中。場地灰巖裂隙發育程度較差，主要靠上層孔隙水補給，水量一般較小；巖溶水，主要賦存于溶孔、溶蝕裂隙和巖溶管道中，富水性及透水性不均勻，地下水的分布也極不均勻。

2 工程難點

本區間的工程難點主要分為地下連續墻施工、基坑土方開發和鋼支撐架設、盾構施工、確保工期四個方面。昆明北站是昆明軌道交通4號線和5號線的換乘站，為地下4層車站，由4號線施工單位代建，車站本身的施工就存在諸多難點，本文重點論述盾構施工，故筆者通過調查和實地考察簡要概述該車站施工對盾構施工有影響的重難點。

(1)地下連續墻施工，地下連續墻施工本區間圍護結構連續墻均位于軟弱地層中，不良地層為圓礫土層、砂層。其中穿金路站圍護結構連續墻最大成槽深度52.847m，主要位于圓礫土層、砂層、粉土層中，含水量較大，確保連續墻施工質量是關鍵。為此該施工團隊在進行圍護結構連續墻施工前，根據地層的情況，詳細編制了專項施工方案，并邀請專家進行內部評審，確保方案具有可行性，針對性。并且選擇合適的施工機械和施工方法，保證連續墻成槽的施工質量和進度。同時連續墻過程中實時監控泥漿質量，根據地層情況對泥漿參數進行調整，避免塌孔。

(2)基坑土方開發和鋼支撐架設，本區間周邊有多棟樓房，大部分在基坑開挖影響范圍內，基坑開挖及結構施工階段影響較大。所以相關施工團隊要保證圍護結構質量，認真做好基坑開挖過程中地下水的處理，及時施作支撐的同時在基坑開挖時采取的技術保障措施，并且要加強監控量測，保證相關質量。

(3)盾構區間始發段的洞門加固、注漿和冷凍法施工安全和質量控制，本標段該區間盾構始發段位于圓礫層，在動力作用下，土體結構容易破壞，且地層較深、地下水豐富，施工風險較大。經過多次研判，決定采用冷凍法施工。同時加強相關監測，并保證應急物資配備到位。

(4)施工合同要求相應期限內完成，本區間施工受滇越米軌的恢復工期節點的影響，4號線和5號線的配合施工，盡快提供場地，保證米軌恢復工期節點是該工程的難點。相關團隊需要做好工期籌劃，統籌全局，找出關鍵節點，集中解決。同時建立工期組織機構，通過合理的技術措施、組織措施、利用科學的管理方法，加大人員、材料、設備的投入，并且安排專人跟蹤進度，同時做好接口協調工作，保證接口的順利銜接，從而確保工期。

3 地鐵5號線施工技術

3.1 既有2號線股道保護措施

盾構作業時諸多因素都能引起既有2號線隧道發生變形或股道隆沉，一般有盾構掘進參數或注漿參數選用不合理極易致使盾構出現偏差，因此在盾構施工時，尤其進入重要構建筑物前的始發段的參數采集是盾構施工的首個重點。這需要加大監測程度，總結規律及變化，以監測數據驗證和指導相關參數的確定，按照現場工程出現的狀況，采用最合適的方案和掘進參數減小地表的變形。

3.2 盾構下穿昆明軌道交通2號線施工總體籌劃及施工流程

上文提及，昆明北站站作為昆明北站站-圓通公園站的始發站，為地下四層站，5號線在本站是上下重疊始發出洞，按照重疊隧道先下后上的方式，左線盾構機首先進行推進。要合理降低地表沉降，右線盾構機要在左線盾構掘進25d后開始工作，要保證地層充分穩定時才能再次開始下穿作業，預防2號線隧道及鐵路股道二次沉降的發生。

3.3 盾構機選型

綜合昆明北站各種相關地質條件，本次工程所采用的盾構機是中鐵建工的土壓/泥水雙模盾構機，此型號盾構機具備土壓盾構和泥水盾構的雙重優點，適用于各類復合型地層。其盾體為梭形結構，盾體鋼材使用優質合金結構鋼Q345B，盾體有著優秀的強度和承壓能力；復合式刀盤采用主梁加副梁設計，各結構配置更換方便；主驅動密封性和承壓性良好，能夠承受復合地層對刀盤的片在，安全方面相較傳統土壓盾構機來說更為優秀。

3.4 施工組織

在施工前，從安全影響評估、專項設計、監測方案、專項施工方案和應急預案對下穿2號線地鐵保護方案進行詳細的專家評審，確保施工安全。按方案組織施工，做好設備、人員、物資等的準備，進行開工前條件驗收，同時對區間沿線重要構建筑物和既有2號線隧道進行監測點位布設，監測鐵路股道變形情況，每日都要進行隧道監測。成立應急聯動指揮部，時時將施工情況進行反饋，按方案做好應急準備。

在進行下穿施工前，相關團隊與鐵路部門展開了積極溝通，并且設置相應的試驗段，同時成立了領導小組和協調小組，對現有的線路進行幾何尺寸整正作業，保證人員、設備、施工材料的準備工作；在施工期間設置駐站聯絡員，對運營2號線在下穿影響區段進行限速，委托檢測單位對施工進行實時的檢測與分析，保證隨時處于警戒狀態，同時對盾構工程不同階段的地面沉降進行監測控制。

3.5 盾構始發洞門漏水問題

3.5.1 漏水原因

本文綜合研究以往類似項目的相關問題，盾構始發洞門漏水問題一直是盾構施工的難題。筆者對盾構始發洞門漏水問題的原因進行了研究。

(1)洞門加固，常見問題是加固段與圍護結構有間隙，止水不嚴。

(2)洞門止水簾布質量和安裝質量問題。

(3)壁后注漿和二次注漿的及時性和注漿量控制問題。

(4)盾構機出洞的姿態和位置準確性。

(5)管片的質量問題，如管片的制作預驗收把控不嚴、管片損壞、管片的止水條等防水設施缺陷、管片拼裝錯縫或損壞等，進而出現漏水的情況。

3.5.2 解決漏水措施

結合昆明軌道5號線的實際，筆者和相關團隊在施工前制定和采取了以下防護措施來解決盾構始發洞門漏水問題。

(1)嚴保盾構始發洞門加固質量，圍護結構和加固體過渡密合。筆者所敘述的洞門加固設計采用鉆孔咬合樁施工，掘進前通過取芯和水平探孔試驗樁體施工質量良好，但是咬合樁和圍護結構之間存在較大間隙，該地質為富水層，有漏水現象，洞門采用噴射混凝土臨時封堵后，在圍護結構和咬合樁加固體的縫隙進行了高壓旋噴樁補做止水帷幕，盾構掘進后漏水問題得到很好的解決。筆者認為，要在充分了解該處水文地質的前提下，圍護結構和加固體必須做好嚴絲合縫是保證盾構順利出洞的必要條件。

(2)加強人員教育，規范施工進程。針對本次工程的實際情況，應對相關施工團隊的拼裝工、盾構司機、管片防水處理人員進行專項技術培訓并進行考核，考核合格后方可上崗作業。拼裝前首先對盾尾里的雜物進行清除，盾尾如果有漏水必須補打盾尾油脂，在保證盾尾無雜物、無積水的情況下才能安裝管片。管片拼裝應遵循由下至上、左右交叉、最后安裝封頂塊的次序，應當盡量調整管片位置與上一環管片的平整度，螺栓孔的位置要對正。對裝好的螺栓孔每環逐個檢查，防止密封圈漏裝，對注漿孔采用高強度修補砂漿進行封堵，封堵前擦干孔身周圍的濕漬，保證封堵效果。用遙控裝置對拼裝機拼裝旋轉調整時不可使用高速按鈕，并注意掌控使用按鈕的力度和持續時間，防止移動速度過快、擺動幅度大、移動超限等原因造成管片之間發生碰撞。

(3)加強項目監督，優化施工管理。派專人監督管片的生產制造各個環節，對原材料嚴格把控，杜絕不合格材料進場。加強生產過程控制，出場驗收、進場驗收，杜絕不達標的管片出場。從源頭進行預防。加強對進場管片的驗收力度，對進場的每車管片進行抽檢，跟監理進行聯合驗收，讓進場管片質量達到百分百合格。

(4)針對管片止水條施工進行嚴格把關。擴大管片貯存區域，對管片止水條粘貼進行實施監督，對進場的止水條原材料進行嚴格檢驗。粘貼未滿24h的管片嚴禁下井。對管片出廠前的吊裝堆放進行指導，保證堆放整齊，不整齊的進場后進行調整，避免吊裝問題對管片止水條造成的損壞。

(5)及時進行壁后注漿，優化二次注漿。根據昆明北站站-圓通公園站區間相關工程的實際情況，筆者對二次注漿步驟進行了相關的優化，盾構掘進后，在有注漿條件后及時進行壁后注漿，填補拼裝空隙，及時堵住地下水，注漿開始時動態壓力控制在0.2～0.8MPa，注漿結束標準采用注漿壓力單指標控制，靜止壓力控制在0.3～0.5MPa。注漿量控制，同時分析注漿效果，結合監測情況，由注漿壓力控制二次注漿量。為防止二次注漿壓力對盾尾刷造成損壞，注漿位置需在管片脫出盾尾5環后進行。為防止管片上浮，開始時可以連續注，效果明顯后可以隔環注。

4 結束語

本文總結了本次工程所使用的既有2號線隧道保護措施、項目總體籌劃及施工流程、盾構機類型和施工組織詳情，同時針對盾構始發洞門漏水問題的進行了加強人員教育，規范施工進程、加強項目監督，優化施工管理、針對管片止水條施工進行嚴格把關、優化二次注漿四項措施，確保了整體工程質量，整個下穿過程平穩順利，整個施工過程監測數據正常。