喀斯特復合地層地鐵盾構穿越錨索區施工技術

于加云

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津300308）

城市地下空間開發快速發展，但由于前期未落實有序發展的城市規劃[1]，經常出現遺留的障礙物給后續工程帶來較大影響的情況。針對盾構隧道在下穿建筑物時遇到錨索這一典型案例，有工程技術人員進行了研究分析。李廣良[2]、王淼[3]從工期、造價等方面對人工挖孔進行錨索拔除方案進行了論述；游杰等[4]、張志冰[5]、黃志斌等[6]介紹了地面采用旋挖轉切割處理錨索配合盾構推進的施工技術；喬海洪[7]介紹了明挖豎井及暗挖通道配合全回轉套管跟進法拔除錨索的施工方案；溫裕洪[8]對盾構施工中地下障礙物的探測做了工程實例介紹。

本文介紹了徐州地鐵2號線在喀斯特復合地層中盾構直接穿越錨索群的實例。本區間工程初期采用礦山法開挖、人工割除錨索后進行盾構空推的施工方案，因現場實際地質條件變化，礦山法掘進困難，為滿足工期節點要求，降低施工風險，對礦山法已開挖部分進行回填，盾構直接切削穿越錨索區及礦山法回填段，為后續類似工程提供一種施工參考方案。

1 工程概況

徐州地鐵2號線建國路站—師范大學站區間采用盾構法施工，地王大廈基坑遺留錨索侵入區間隧道左線，受影響區間長度約135 m，錨索長度15 m，由2?25 mm鋼筋組成。左線影響長度范圍內采用礦山法施工先行割除錨索，再盾構空推施工。見圖1。

圖1 錨索與盾構隧道平面位置

隧道穿越地層主要為硬塑黏土及中風化灰巖層（含溶洞）。區間地面管線眾多，主要有燃氣、排水、給水等。拱頂多分布淤泥質黏土層，礦山法施工拱頂坍塌嚴重，如繼續暗挖，則加固費用高、工期長、加固效果難以達到預期且容易對周邊環境造成影響；對施工方案進行調整，對已施工礦山法隧道進行回填，盾構直接切削錨索掘進通過錨索區及礦山法回填段。見圖2。

圖2 隧道地質剖面

2 工程難點及應對措施

1）盾構直接長距離大范圍切削錨索，造成扭矩及推力增大，土壓波動過大且切削錨索過程中容易拉拔錨索，加劇水土流失，引起較大地面變形及管線沉降。為此，將隧道影響范圍內管線挖槽，采用型鋼支架懸吊保護，待盾構通過、地層穩定后恢復；加強監測，做好應急預案。

2）盾構掘進上軟下硬地層且巖層溶洞發育[9～10]，地下水豐富，土體自穩性較差；礦山法已施工部分需回填密實，封堵地下水的水力通道，避免水土流失引發地表沉降。為此，割除原礦山隧道侵限管棚，采用玻璃纖維筋施作礦山隧道封端墻；車站洞門處施作鋼筋混凝土封端墻，分層壓注水泥砂漿將礦山段回填密實，防止洞門涌水。

3）盾構機在上軟下硬地層切割，錨索易被刀盤纏繞，帶動錨索所在區域土體坍塌；如果錨桿纏繞刀盤上可能使部分刀具轉動不暢，造成偏磨或崩齒。為此，在地表預先間隔設立加固區，盾構機進入加固區后，根據掘進參數變化，進倉檢查更換刀具，處理纏繞刀盤錨索；采用加強型刀具，配置撕裂刀，增加刀具強度及耐磨性，盡量減少換刀次數。

3 穿越錨索區盾構施工技術

3.1 管線保護

對隧道左線地表管線進行懸吊保護，具體實施方案見圖3。

圖3 管線懸吊保護施工流程

土方開挖前，人工配合挖機進行管線探槽，采用鋼軌作為管線懸吊縱橫向支架。橫向采用6～7 m鋼軌平鋪于縱向鋼軌之上，保證橫向鋼軌穩定性，每隔2～3 m設立一道鋼支架縱橫連接，作為一個整體。管線用?22 mm鋼絲繩進行懸吊保護，鋼絲繩連接于橫向鋼軌之上，用卡扣固定牢固。見圖4。

圖4 管線懸吊保護

3.2 礦山法回填封端

區間上臺階已完成8 m、下臺階完成4 m，由于前期暗挖區間施作了管棚且部分管棚侵限，需再次進行開挖確保管棚不侵限，然后進行封端，在12 m范圍內回填M5水泥砂漿，最后盾構推進。見圖5。

圖5 礦山段接收封堵

3.2.1 施工工藝流程

接收端開挖至管棚不侵限位置（12 m）→施作礦山隧道封端墻→施作洞門封端及回填砂漿→盾構到達接收。封端從上到下進行，礦山隧道封端掌子面采用?25 mm@150 mm×150 mm玻璃纖維筋，噴射500 mmC25混凝土進行封閉，玻璃纖維筋錨入到兩側格柵拱架內。

3.2.2 施作洞門封端及回填砂漿

為確保盾構接收安全，在車站洞門設置一道洞門封端墻，墻體厚600 mm，鋼筋混凝土結構。墻主筋采用?25 mm@150 mm×150 mm布置，雙層鋼筋網，與圍護樁鋼筋焊接。墻分三次澆筑完成，每一層施工完成后，在墻體至掌子面范圍內泵送M5級砂漿至填平，再施工下一層墻體，依次施工至填滿礦山隧道；最后通過預留注漿孔壓注水泥漿（水灰比1∶1）回填密實。保證盾構機進入回填區域完成2環管片（3 m）拼裝后，前方存在3 m的安全距離，防止接收段的貫穿，以保證盾構機在密閉條件下順利接收。

在抵達洞門封端墻的最后三環，進一步減小盾構推力，降低推進速度，控制在5～10 mm/min。在接收段掘進過程中，盾構機土倉壓力應逐步降低至40～50 kPa，避免由于壓力過大對封端結構造成影響。二次注漿完成后，將土倉壓力調整為0，盡量排出開挖倉內渣土，通過人閘進入掌子面，觀察盾體后方地下水有無進入土倉內，確認二次注漿效果后，人工破除洞門。

3.3 盾構切割錨索及掘進

3.3.1 加固方式及加固區域選擇

為保證施工安全，在區間左線預先設置4處地表加固區域，采用?800 mm旋噴樁加固，加固體長12 m、寬9 m，豎向加固范圍為拱頂以上5 m至拱頂以下1 m。管線探明后，根據注漿孔及管線位置在周邊預埋?120 mm鋼管作為旋噴樁施工套管。預埋完成后，管線上部回填≮50 cm粗砂，施工20 cmC30混凝土硬化層并在硬化層上施工旋噴樁。局部旋噴樁無法施工區域，如排水管線下方，采用后退式注漿進行補充施工，漿液為1∶1水泥漿。

1#加固區域位于進入錨索前10 m位置，盾構機刀盤進入加固體后，進倉檢查并更換全盤加強型刀具。2#加固區域位于進入錨索區后20 m位置，盾構機刀盤進入該加固體后，帶壓進倉檢查刀盤、刀具情況，判斷盾構刀具適應性并通過進倉檢查，觀察盾構機切削錨索效果；錨索纏刀盤時，則利用氣動切割機切割處理。3#、4#加固區作為預先加固區，根據盾構掘進實際情況，決定是否進入加固區進行保壓開倉換刀。見圖6。

圖6 盾構下穿錨索段地表加固區域

3.3.2 盾構掘進措施

1）錨索區掘進應保持低轉速、低扭轉，防止土壓波動過大，掘進速度為5～15 mm/min，刀盤轉速為1.2 r/min。

2）同步注漿及二次注漿。為控制地表沉降，注漿壓力控制在0.25～0.35 MPa，注漿量控制在3.5～4.5 m3/環，管片脫出盾尾后及時二次注漿進行補強。二次注漿以水泥漿為主，壓力控制在比水土壓力增加20～50 kPa，使漿液具有一定的擴散能力，又不至于對周邊土體和注漿體產生較大影響。

3）聚氨酯隔水環。因溶洞見洞率較高，連通地下水，盾構機在掘進過程中容易噴涌；管片壁后有水系連通，易導致同步注漿量增大，砂漿離析及二次注漿遇水凝固時間增加，水泥漿因擴散而達不到相應的填充效果。因此在掘進過程每掘進5環左右，需要注入一個聚氨酯隔水環，通過管片上預留的二次注漿孔注入聚氨酯，注入壓力為0.2 MPa。隔水環能夠確保砂漿不被地下水沖離析，防止成型隧道不穩定造成管片變形等問題發生。

4）克泥效注入。克泥效[11～12]的注入既可以填補開挖直徑與盾體直徑之間空隙，又可以在盾殼外形成隔水環，阻止同步注漿液順盾殼流到土倉內，避免漿液浪費，減少地表沉降。注入點在時鐘11～1點鐘位置，克泥效流動性好，可逐漸擴散到整個盾體周圍。

5）出土量控制。區間單環理論出土量

式中：R為刀盤開挖半徑；L為單環管片長度。

由于穿越錨索段地層為上軟下硬地層，結合右線施工經驗，取松散系數為1.3～1.5，故單環出渣量實際按照51～60 m3控制。

6）刀具及切割方向選擇。對刀盤和刀具進行了優化設計，增加中心雙刃滾刀及邊緣單刃滾刀，配置高強度撕裂刀。在錨索段掘進施工時，刀盤旋轉盡量按照順錨索方向。

3.3.3盾構掘進效果

盾構機穿越錨索區共用了18 d，平均掘進速度8 m/d。盾構機穿越錨索區扭矩約為穿越正常土層的1.5倍，在2#加固區段進行一次開倉檢查換刀，少量錨索纏繞刀盤。施工后，地面情況良好，地表最大沉降約13 mm，未發生過大隆起或沉降現象。

4 結論

1）有別于提前清除錨索的傳統工法，本文提出了利用盾構機自身直接切削錨索的實施案例，為今后盾構掘進中遇類似障礙物的處理提供借鑒。

2）提前做好關鍵施工籌劃，針對切削后的錨索可能出現的纏繞刀盤現象，根據地層特點提前進行地面加固，預備盾構換刀條件。

3）喀斯特復合地層中地下水豐富，針對地質起伏變化較大處，從工期、經濟、安全及對周邊環境的影響綜合考慮，盾構法施工仍是推薦工法。