復合地層盾構磨除地下連續墻關鍵技術研究

金 平， 夏童飛， 劉曉陽

(1.中鐵四局集團有限公司城市軌道交通工程分公司, 安徽合肥 230022; 2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室， 四川成都 610031)

隨著我國城市化的推進，基礎設施的持續建設，城市軌道交通也呈現快速發展趨勢。地鐵線路的持續增加，受到既有城市建筑制約的現象也愈發突顯。新建地鐵線路的建設過程中不可避免的將會穿越大型建構筑物的地下結構部分，例如樁基、地下連續墻等。如何安全的穿過這部分樁基、地下連續墻成為很多工程不得不考慮的施工難題。目前國內類似工程的處理多采用樁基托換、人工挖孔破除樁體、地下連續墻等處理方式，存在施工難度大，風險高，進度緩慢等問題。因此采用盾構機磨除侵限樁體或地下連續墻的施工方法得到越來越多的關注和研究。本文依據深圳地鐵10號線下穿4號線福田口岸站既有地下連續墻侵限問題，對土壓平衡盾構磨除地下連續墻施工關鍵技術進行了深入研究。

1 工程概況

深圳地鐵10號線福田口岸站—福民站區間隧道垂直近接下穿既有4號線福田口岸站，其平面關系見圖1。4號線福田口岸站為地下一層車站，主體結構型式為多跨箱型混凝土結構，結構內設立柱，每根立柱下設置了1～2根支撐樁；其圍護結構為地下連續墻疊合結構(圖2)，車站底板距隧道頂部6.9～7.8 m，地下連續墻設計600 mm厚，地下連續墻主筋為φ28 mm，采用工字鋼接頭。

圖1 深圳地鐵10號線與4號線福田口岸站平面位置關系

圖2 下穿4號線福田口岸站地下連續墻位置

由于4號線福田口岸車站地下連續墻及站底4根支撐樁侵入隧道修建范圍，隧道穿越時需將其破除。因此福田口岸站—福民站區間隧道采用盾構施工和礦山法施工兩種工法，福民站始發至4號線福田口岸站區間采用盾構法施工；區間下穿4號線福田口岸站至接收采用礦山法施工，以便對侵入區間隧道范圍地下連續墻進行處理，隨后盾構磨除侵入部分地下連續墻(圖3)。

圖3 福田口岸站—福民站區間隧道施工方案

2 工程重難點分析

在本工程中，礦山法段隧道起著類似于“盾構接收井”的重要作用，而深圳地鐵10號線與4號線福田口岸區間段，穿越的主要地層為素填土、淤泥質黏性土、粗砂、卵石、中風化花崗巖和微風化花崗巖等，地下水豐富，不同風化程度巖層的強度沿深度變化劇烈，地層軟硬不均表現十分明顯，若不進行地層加固和密封直接進行接收，極大可能會造成礦山法隧道內涌水涌沙，威脅洞內作業人員和設施安全，而盾構隧道側上方則可能發生大量地層損失，造成周圍土體和車站過大沉降。

由于地下連續墻內存在鋼筋、工字鋼接頭等構件，盾構磨墻的施工勢必會對其造成不同程度的干擾，且其穩定性將直接影響上方結構，因此地下連續墻的安全磨除成為本工程控制的要點。

3 施工方案

為解決上述問題，且充分利用現有條件，工程采用了“暗挖加固+地下連續墻不完全拆除+地層加固”的方案，以確保復合地層條件下的磨除地下連續墻工作安全進行。以下為詳細施工步驟。

3.1 地層加固

針對地層加固，首先在盾構側對第一道地下連續墻外側與盾構隧道接口處地層，從地面采用后退式注漿工藝進行了注漿加固，加固范圍寬6 m，長3 m，深度為隧底至隧頂以上3 m(圖4)。

(a)地面加固平面

3.2 暗挖段清障、加固措施

暗挖段采用上下臺階法只開挖上臺階的方法開挖至地下連續墻，并破除隧道內侵限的4根車站樁基，具體施做方法如下。

3.2.1 超前預加固

采用全斷面注漿、大管棚和超前小導管等超前加固技術對隧道周邊圍巖進行預加固。隧道開挖前，對隧道開挖輪廓線外3 m以內進行深孔全斷面注漿(圖5)，注漿段設計長度為9 m，每個注漿段完成后開挖6 m，預留3 m不開挖作為下一循環的止漿巖盤；在隧道拱部150 °范圍內水平打設直徑為108 mm、環向間距為330 mm、長度為35 m的管棚，左右線各30根，總計60根；在隧道拱部150 °范圍內與管棚相隔布設單排超前小導管；下穿4號線福田口岸站時在隧道拱部150 °范圍內布設雙排超前小導管(圖6)。

圖5 全斷面注漿平面布置

圖6 大管棚和超前小導管布置

3.2.2 半臺階法開挖和樁基破除

區間隧道下穿既有建(構)物段采用半臺階礦山法隧道開挖，設置臨時仰拱。先施工左線再施工右線，左右線錯開10 m左右開挖。具體施工步驟如下：

(1)半臺階開挖立鋼拱架并施作初期支護。

(2)待隧道半臺階施工挖通，侵入隧道樁基范圍內下臺階開挖立鋼拱架，并施作初期支護。

(3)二襯澆筑，初支及二襯根部落入中風化巖層面0.5 m，二襯長度為樁中心往大小里程各延伸1倍樁徑。

(4)自里往外切除侵入隧道內的樁基并回填素混凝土(C20)(圖7)。

圖7 侵入隧道內樁基破除施工示意

3.3 地下連續墻處理

結合以往工程經驗判斷，僅需處理盾構無法磨除的工字鋼接頭和礦山法隧道側的部分鋼筋，則在強度和止水性上均可以滿足封堵條件。具體施工方案為：

破除地下連續墻工字鋼接頭(圖8)與暗挖側地下連續墻內側鋼筋(圖9)，地下連續墻外側鋼筋采用水鉆取孔切斷(圖10)，以減小對既有車站擾動，保護刀盤，避免刀盤纏繞鋼筋卡死。

圖8 工字鋼處理

圖9 地下連續墻內側鋼筋割除

圖10 地下連續墻外側鋼筋切斷

3.4 素混凝土回填

盾構機盾構部分長度9 m左右，考慮盾構空推時盾構機千斤頂推力不好控制，姿態不易控制，并且在空推過程中，同步注漿的漿液容易出現跑漿，導致盾構管片與土體之間填充不充分留有空隙，同時考慮回填混凝土的經濟性，在地下連續墻端處進行10 m的混凝土回填，保證盾構機在通過該段達到地下連續墻端頭處前的盾構機姿態以及管片姿態符合控制要求(圖11)。

圖11 現場素混凝土回填

3.5 盾構磨墻掘進

磨地下連續墻掘進時總體采用低速、小推力、低扭矩帶氣壓平衡掘進模式。具體措施如下：

(1)盾構掘進過程中將土倉渣土液位控制在半倉(掘進過程根據渣土核算，嚴格控制出土量)，掘進過程中保持土倉壓力，渣土改量和易性嚴格控制。

(2)刀盤扭矩控制在2 500 kN·m以下(刀盤啟動扭矩800～1 200 kN·m)，刀盤轉速1.2～1.4 r/min(刀盤轉向勤來回更換)。

(3)螺旋輸送機插到底，轉速非恒定，過程中高低轉速配合，時不時快速轉2 min。每環開始推進時，先慢慢開螺旋機閘門、小口度開，待螺機口出土不噴則開始慢慢放大閘門正常出土。

(4)渣土改良：以泡沫改良為主，使用6路泡沫注入，原液比例3 %～5 %，發泡率10～16倍，泡沫流量200～500 L/min(根據渣土干稀狀況、渣土貫入度動態調整)，同時根據渣土和易性和含砂量情況，輔以膨潤土和刀盤噴水改良，改良要具有一定的超前性；渣土坍落度控制在140～180 mm；實測出渣口渣溫小于45 ℃。

(5)同步注漿量7～8 m3，以注漿壓力控制為主，注漿壓力300 kPa以內； 二次注漿每五環做一次封環，每環對上部點位進行二次注漿，注雙液漿。每環盾殼注克泥效(不加水玻璃)，注入量1～1.5 m3。

4 磨地下連續墻掘進現場情況

根據里程推算，盾構掘進557環與558環時磨地下連續墻掘進，圖12為下穿地下連續墻段掘進參數統計，從圖12可知，盾構推力范圍為12 000～14 000 kN，刀盤扭矩范圍為2 000～2 300 kN·m，掘進速度：5～10 mm/min。當掘進行程從557環1 500 mm到558環600 mm，盾構機與地下連續墻內部鋼筋接觸，掘進速度明顯下降、推力相對波動增大。

圖12 磨地下連續墻現場掘進參數統計

現場其他掘進情況如下：

(1)渣土改良：泡沫選用的為巴斯夫泡沫，泡沫注入半自動模式，原液比5 %，膨脹率18倍，泡沫流量400 L/min，4路注入(2路堵塞)；渣土和易性略微偏稀，坍落度220 mm(圖13)。

圖13 渣土改良情況

(2)出渣量：557環出渣60 m3，558環出渣57 m3，出渣量小于控制值(62 m3)。

(3)刀盤：掘進過程中未出現卡刀盤現象，盾構出洞后觀察刀盤面板有少量纏繞鋼筋(圖14)。

圖14 刀盤面板有少量鋼筋纏繞

(4)螺旋機：掘進過程中有輕微卡頓現象，經過螺旋機正反轉后即可恢復正常；盾構出洞后觀察土倉螺旋機口有纏繞鋼筋(圖15)。

圖15 螺旋機口運輸的地下連續墻鋼筋

(5)螺旋機閘門：掘進過程中偶爾出現閘口未能完全閉合情況，螺機口漏渣，通過正反轉螺旋機、閘門開合調整處理，處理不果采取螺機塞土，然后人工割除。

(6)下穿段地面情況：經地面巡視人員觀察無異常情況發生。

(7)監測數據：表1、表2分別為穿越過程中及穿越后對地表沉降數據，分析數據可知，穿越過程較為穩定，完全滿足施工控制要求。

5 結束語

本文以深圳地鐵10號線下穿4號線福田口岸站盾構磨除地下連續墻工程為依托，對地層條件復雜，下穿建筑物安全控制要求高，擾動風險大等條件下的盾構磨除地下連續墻關鍵技術進行了研究。系統闡述了利用土壓平衡盾構機切削磨除侵限地下連續墻的施工工藝和施工參數。結合4號線福田口岸站地質條件，工程控制要點，提出了針對性的磨除地下連續墻施工技術方案，包括地下連續墻前期處理、盾構機參數設計、開挖工法，輔助加固措施等。通過周密的策劃，精心的施工，保證了復合地層條件下的盾構磨除地下連續墻施工的安全進行。

表1 2019年1月20日地表沉降監測日報

表2 2019年1月21日地表沉降監測日報