多換乘車站盾構長距離穿越建構筑物施工關鍵技術研究
——以杭州地鐵7號線5工區(qū)為例

裘志堅

（杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江 杭州 310016）

0 前言

地鐵換乘車站多位于人流較大，周邊建構筑物較多，基坑開挖較深地段，盾構施工下極易引起地層變形，產(chǎn)生涌水、涌砂及失穩(wěn)等風險[1-2]，如何采取有效措施在盾構掘進、盾構穿越建構筑物、明挖法深基坑施工等方面確保安全施工成為關鍵。

石慶能等[3]通過對換乘節(jié)點施工技術改進并結合實時檢測數(shù)據(jù)分析，提出換乘節(jié)點的施工方案。楊世東等[4]運用有限元對換乘節(jié)點在盾構施工下進行受力分析，總結換乘車站結構實際及施工技術。熊竺[5]借助計算分析及現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，提出運用抽條分塊開挖法對車站換乘節(jié)點施工。

但是針對換乘車站且盾構長距離穿越建構筑物復雜環(huán)境下施工研究較少，本文依托杭州地鐵7號線多換乘車站且盾構長距離穿越建構筑物復雜環(huán)境下施工進行研究，本線路全長約47.481km，全為地下線，設車站23座，其中換乘站9座，是換乘較多的線路之一。

1 工程概況與特點

1.1 工程概況

坎山站～蕭山機場站含兩站兩區(qū)間兩風井，為坎山站/坎山站～機場西站區(qū)間（含中間風井）/機場西站/機場西站～蕭山機場站區(qū)間（含中間風井）。區(qū)間線路出坎山站后以550m半徑轉(zhuǎn)向北，沿北塘河側(cè)穿行至中間風井，繼續(xù)以700m半徑平曲線向北下穿杭甬高速、三岔路村密集民房群后到達機場西站；后以460m半徑轉(zhuǎn)向東下穿機場高速后至中間風井，沿機場范圍內(nèi)浙航大道穿行后以800m、700m半徑曲線進入蕭山機場站。其中坎山站長299.3m，機場西站長526.2m，均為兩層站，區(qū)間左右線全長10.95km。

圖1 坎山站～蕭山機場站線路及周邊環(huán)境圖

1.2 工程地質(zhì)與水文條件

1.2.1 工程地質(zhì)條件

坎山站～蕭山機場站主要土層為砂質(zhì)粉土、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土和圓礫。土體參數(shù)見表1。

表1 土層參數(shù)表

1.2.2 水文條件

地下水類型主要分為松散巖類孔隙潛水和松散巖類孔隙承壓水。

孔隙性潛水主要賦存于表層填土、③層砂質(zhì)粉土、粉砂中，由大氣降水徑流補給以及地表水的側(cè)向補給，潛水與地表水水力聯(lián)系較好，潛水水量較大，地下水位隨季節(jié)變化。勘探期間測得水位為1.20～2.95m，

承壓含水層分布于深部的?1層粉砂、?4層圓礫中，水量極為豐富，隔水層為上部的粉質(zhì)粘土層（⑥、⑧層）。承壓水水位高程1.60m（埋深4.00m）。

2 多換乘車站盾構長距離穿越建構筑物施工關鍵技術

2.1 盾構長距離掘進施工技術

機場西站～坎機風井區(qū)間長1520m，長距離掘進不僅后期單環(huán)掘進時間長，且對后期盾尾刷密封效果有嚴峻考驗，施工組織難度大，后期盾構下穿建構筑物風險高。針對性措施如下：

1）合理組織施工，優(yōu)化施工工序，減少單環(huán)施工時間。

2）加強推進過程中管片姿態(tài)控制，盡可能減小管片與盾構機夾角，減少盾尾刷磨損。

3）減小同步注漿漿液稠度，進而減小同步漿液對盾尾的壓力。

4）始發(fā)前加強對油脂的質(zhì)量控制，盾尾刷間空隙盡可能塞滿，形成盾尾油脂壓注通道。

5）推進過程中加強對盾尾密封質(zhì)量的控制，發(fā)現(xiàn)盾尾漏漿，應及時加大對漏漿位置盾尾油脂壓注量，確保盾尾密封性能，避免形成滲漏通道。

2.2 盾構穿越建構筑物關鍵施工技術

坎山站～機場西站盾構側(cè)穿北塘河橋，與橋樁最小凈距1.33m，坎機區(qū)間與北塘河橋剖面圖見圖2。盾構垂直下穿杭甬高速，盾構距離路面21.5m。盾構垂直下穿D219鋼石油管線，盾構頂與石油管線凈距15.4～17m，坎機區(qū)間與杭甬高速剖面圖見圖3。

圖2 坎機區(qū)間與北塘河橋剖面圖

圖3 坎機區(qū)間與杭甬高速剖面圖

機場西站～蕭山機場站盾構下穿機場高速公路(路堤段)，盾構與高速公路路面最小凈距為14.64m。盾構下穿航諧河，河流資料暫缺。盾構與河底最小凈距約為13.7m，機蕭區(qū)間沿線平面圖見圖4。針對性技術措施如下：

圖4 蕭區(qū)間沿線平面圖

1）加密設置監(jiān)測點，加強施工監(jiān)測，利用監(jiān)測結果指導施工，優(yōu)選最佳施工參數(shù)，保證開挖面穩(wěn)定，加強同步壓漿與必要的補壓漿措施，控制順風分撥中心結構的沉降，地面沉降控制在+5mm～-5mm。

2）盾構穿越前設定試驗段，通過事先計算分析，檢測擬定的盾構推進主動技術保護措施的實際效果，并對盾構穿越房屋的實施風險進行評估，規(guī)避風險。

3）對刀盤、盾尾密封栓、螺旋輸送器、鉸接、密封油脂系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)等進行全面檢查、維修，并對盾構機的掘進狀態(tài)及時進行糾偏調(diào)整，確保盾構機的平穩(wěn)穿越，保證施工影響范圍內(nèi)地層損失率≤1‰。

4）下穿前搜集完整的河底、堤岸、水位等基礎資料。盾構頂距河床沖刷線的距離保持1D(洞徑)左右；

5）盾構下穿時，盾構前方壓力發(fā)生突變，須加強推進壓力管理，降低推進速度，調(diào)整相關施工參數(shù)；及時同步注漿，提高漿液強度，減小凝結時間，調(diào)整盾構姿態(tài)，防止盾構上浮，控制注漿壓力，防止擊穿上方土體導致涌水。

6）對盾構穿越河流前50m范圍的掘進參數(shù)及地面沉降情況進行統(tǒng)計，確定合理的土壓力設定值、排土率及掘進速度等，制定盾構掘進最優(yōu)參數(shù)。盾構機在距離軌道20m時，加強設備維修，進行刀盤、注漿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、推進千斤頂及監(jiān)控系統(tǒng)等設備的檢修，確保穿越過程中設備無故障。

7）進行嚴格的線形控制和姿態(tài)控制，姿態(tài)調(diào)整不宜過大、過頻，減少糾偏，特別是較大糾偏，姿態(tài)調(diào)整控制在+5mm范圍內(nèi)，同時通過快速管片拼裝方式減小對土體的擾動，減少盾構停機的時間。

8）確保同步注漿質(zhì)量和數(shù)量，防止地層變形，提高結構抗?jié)B性，改善結構受力情況，防止較大沉降的發(fā)生，確保管片圍巖間隙及時充填密實，同時結合下穿段地質(zhì)情況確保注漿量及注漿壓力，確保同步注漿量不小于2.0倍的管片外皮與土體間隙的體積。

9）確保盾尾密封，加強盾尾艙的管理。推進過程中增加盾尾刷保護，嚴格控制盾尾油脂的壓注；安排專人觀察盾尾漏漿情況，確定無漏漿后再進行正常掘進。

10）加強同步注漿管理，減少盾尾通過后隧道周圍形成的建筑空隙，減少隧道周圍土體的超挖量。同步注漿量壓力數(shù)值動態(tài)調(diào)整，宜控制在盾尾建筑空隙的≥200%，并根據(jù)實際情況適當補漿。

11）加快管片運輸及拼裝，減少不必要停機時間。每環(huán)推進結束后，關閉螺旋機閘門方可進行拼裝，在螺旋機出口設置防噴涌設施，發(fā)生漏水時關閉螺旋機出口，將水堵在盾構外。為防止緊急情況下螺旋機閘門由于被異物卡住或機械原因無法正常啟閉，在螺旋機外加設一道閘門，與原有閘門組成雙保險，在河中段施工時，一旦發(fā)生噴涌現(xiàn)象，立即關閉閘門。

2.3 明挖法深基坑施工關鍵技術

本標段車站及風井基坑開挖均采用明挖法，其中兩車站最大開挖深度約17m，兩風井開挖深度超過25m，基坑開挖過程中易產(chǎn)生涌水、涌砂及失穩(wěn)。基坑土方開挖存在高處墜落、機械傷害、物體打擊、起重傷害、坍塌等風險。針對性措施如下：1）地下連續(xù)墻施工時嚴控泥漿比重，做好泥漿護壁。2）落實現(xiàn)場起重吊裝和高處作業(yè)的安全管控措施。3）對圍護結構進行綜合評估，缺陷位置進行預處理。4）做好接縫止水，盡快封閉基坑底板。5）及時施作支撐體系，保證基坑穩(wěn)定。6）嚴格高大支架模板驗收，確保主體結構施工安全。7）加強監(jiān)測，及時反饋數(shù)據(jù)，做到信息化施工。

3 結論

1）在多換乘車站盾構長距離掘進下，對施工工序優(yōu)化，合理化施工時間；實時控制及調(diào)整盾構姿態(tài)，降低磨損；確保盾尾封閉性完好，防止?jié)B漏；對盾構始發(fā)及到達存在的風險采取針對性措施。

表2 泥漿性能和技術指標

2）盾構穿越密集民房、高速公路及河流，需密集化檢測點，對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時分析及指導施工；盾構穿越前，對被盾構穿越的建構筑物進行風險評估，規(guī)避風險；在盾構穿越時，嚴格控制線形及姿態(tài)控制，保證注漿數(shù)量及質(zhì)量。

3）針對明挖法深基坑施工進行泥漿護壁和支撐體系建立，確保基坑穩(wěn)定性；對起吊等高處作業(yè)采取安全管控措施，保證施工安全。