软土地质盾构法零距离下穿运营车站施工技术研究

陈建伟

（杭州市地铁集团有限责任公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概况

新建4号线金家渡站为换乘车站，分为2个基坑，分别位于2号线勾庄站东西两侧。新建车站位于金渡北路与古墩路交叉口，换乘形式为站厅换乘，其中2号线勾庄站为南北布设，4号线金家渡站沿金渡北路跨古墩路布置。

金家渡站为地下3层，双柱三跨箱形框架结构，其中地下1层为站厅层，地下2层为设备层、地下3层为站台层，站台宽度为14.0m。车站主体一般宽度为23.1m，盾构井段宽度为27m。车站两端均为盾构接收，围护形式为1.2m地下连续墙结构。车站主体设全包防水层，侧墙为复合墙。

该车站被地铁2号线分隔成2个基坑，自西向东依次为西区（古墩路以西）、东区（古墩路以东）。4号线地下3层部分下穿2号线车站段采用盾构法施工。

2号线勾庄站已运营，沿古墩路南北向布设，车站布置在十字路口下方。车站主体标准段基坑深度约17.6m，顶板覆土厚度约3.4m。主体结构为双层三跨矩形框架结构。围护采用800mm厚地下连续墙，地下连续墙深度为33～35m，结构采用全外包防水，地下连续墙与内衬墙之间设置防水隔离层。坑底加固为高压旋喷加固（φ800mm@600mm，满堂加固），加固深度至坑底以下3m。

2 工程地质及水文条件

2.1 工程地质

该场地自地表至67.0m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，按其成因可分为9层，并细分为16个工程地质亚层。所见土层自上而下依次为①0碎石填土、①2素填土、①3淤泥质填土、⑤1粉质黏土、⑤2层砂质粉土、⑤3粉质黏土夹粉土、⑥2淤泥质粉质黏土、⑦1粉质黏土、⑨1粉质黏土、⑩1粉质黏土、⑫4圆砾、⑳a2强风化泥质粉砂岩、⑳a3中风化泥质粉砂岩、⑳b3中风化砂砾岩。

车站底板埋深约24m，位于⑦1粉质黏土层，主体围护采用地下连续墙结构，地墙进入地层⑳b3中风化砂砾岩。下穿隧道区间截面范围上部为约1m的⑥2淤泥质粉质黏土，下部为⑦1粉质黏土层。

2.2 水文条件

根据地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征，勘探揭露范围内场地地下水类型主要是上第四纪松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水。

（1）孔隙潜水。拟建场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层①0、①2、①3层填土，“硬壳层”第②2层粉质黏土中，其中填土层富水性较好，淤泥质土也有一定的水量。详勘期间测得的水位一般为0.75～2.70m，相应高程为1.64～3.41m，根据区域水文地质资料，浅层地下水水位年变幅为1.0～2.0m。地下潜水垂直流向不明显，水平流速较小，水质一般为淡水—微咸水。结合相关工程经验，建议抗浮设计水位取设计室外地坪下0.5m。

（2）孔隙承压水。拟建场地承压水主要分布于⑤2层砂质粉土及深部的⑫2层中砂、⑫3层砾砂、⑫4层圆砾中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和黏性土层。⑤2层砂质粉土水位埋深在地表下2.31m（相应高程为1.51m），⑫4层圆砾水位埋深在地表下0.80m（相应高程为2.98m），承压水位呈年周期性上下波动变化。目前，地下连续墙围护结构已隔断⑫4层圆砾层承压含水层。

3 施工筹划

金家渡站下穿盾构利用车站两端头先行接收的盾构机进行施工，施工场地布置不变。

（1）在东端头井外吊装端头后，运输至下穿部位端头井吊装下井，车架在车站负3层水平运输，利用电机车拉到2号线下穿段的盾构始发位置；（2）准备工作完成后在工作井内始发，推进至接收井，完成上行线隧道施工；（3）平移掉头，始发推进完成下行线；（4）盾构机分体吊装上井，车架水平运输至车站东端头井吊装上井。

4 盾构下穿法施工技术

下穿隧道位于地下3层，下穿正在运营的地铁2号线底板，工程施工期间不能影响2号线的运营，施工风险与难度大。该工程的特点与施工难点主要包括三个方面：（1）为满足下穿盾构施工条件，需要相应调整车站结构；（2）施工区域内有6根立柱桩，盾构施工可能碰到桩基；（3）下穿隧道紧挨2号线底板施工，对环境影响的控制要求高。

4.1 车站结构调整

（1）盾构机后配套车架需要在车站负3层水平运输至始发井，运输线路上底板梁需要改下翻梁；（2）盾构推进完成上行线隧道后，需要平移至下行线始发区域，平移范围需要将底板梁改下翻梁；（3）下行线推进时，运输电机车线路上的岔道位置需将上翻梁改下翻梁；（4）盾构机始发接收及吊装，需要对车站柱子位置进行调整，并在工作井预留满足盾构吊装需求的孔洞。

4.2 盾构机吊装运输

（1）盾构机中盾重量约145t，考虑采用300t履带吊吊装及自翻身的形式，盾构机吊装及运输需尽量避开车站结构，防止对已完成的车站造成影响；（2）履带吊考虑停在2个井口的中间位置，吊装半径控制在12m以下；（3）考虑整个吊装、运输可能在顶板上完成，顶板的地基承载力要满足要求；（4）履带吊组装的配合吊车区域约10m×50m，需满足地基承载力要求；（5）运输车辆行驶区域需满足地基承载力要求。

4.3 盾构机始发、接收

（1）已运营车站及新建车站围护结构之间存在夹心土，在地下连续墙施工完成后，采用MJS对夹心土进行加固，加固新老地墙之间的夹缝，加固范围自2号线底板顶以上3m，至2号线地墙以下0.5m。MJS加固体密实度高，可有效避免承压水突涌的发生。（2）洞门圈直径设计为6800mm，考虑洞门圈深度达到4300mm，盾构施工有稍微偏差，盾构就容易卡壳；洞门圈延伸至洞门圈平面与隧道轴线垂直，以便盾构进出洞门圈时快速封堵洞门。（3）为确保盾构始发、接收及掘进过程中的施工安全，始发、接收采用MJS加固+外圈冻结，加固体无侧限抗压强度不小于1.5MPa，渗透系数不大于1×10-7m/s。（4）盾构始发。洞门深度达到4300mm，洞门圈内加止水装置（弧形钢板内加海绵加袜套铰链板）；始发环采用背负钢板，盾尾刷进入洞门圈，快速封堵洞门；土压力的设定为盾构与车站结构之间土体覆土与2号线车站结构自重；严格控制出土量；推进速度控制，同步注浆量按建筑空隙进行控制；（5）盾构接收。洞门深度达到4300mm，盾构接收采用3次接收，同时洞门圈内加止水装置；接收环采用端面钢板环，盾尾脱出洞门，立即封堵洞门进行压浆填充。

4.4 盾构管片

（1）盾构衬砌采用通用管片尺寸，衬砌环共分6块，其中1块封顶块、2块邻近块、3块标准块。衬砌环外径为6200mm，内径为5500mm，管片厚度为350mm，环宽为1200mm。管片环缝接触面设凹凸榫，环缝采用16根M30弯螺栓连接，纵缝采用12根M30弯螺栓连接。（2）由于此处为穿越杭州地铁2号线，故管片和螺栓均与邻近区间相同埋深管片提高一级。管片最终选型为Ⅲ型（深埋），螺栓等级提高。（3）管片纵向拉紧措施。由于此处位于已运营的杭州地铁2号线下部，为尽量减少后期运营沉降，该段区间采用纵向安装拉紧联系装置以提高纵向刚度，直至区间推进完成、混凝土保护圈达到设计强度且钢板连接完成后拆除。（4）管片增设注浆孔。淤泥质土层的蠕变是盾构隧道产生工后长期沉降的重要原因，为控制隧道工后沉降，在管片增设可重复注浆的注浆孔。底部孔位在浇筑道床结构前需预留接驳管。（5）管片增设环纵缝焊接联系钢板。为提高盾构衬砌环的环纵向刚度及承载力，拟在管片边缘预埋钢板，后期完成后采用钢板焊接连接。

4.5 盾构推进施工技术

（1）盾构可能碰到格构桩。盾构需穿越2号线施工时遗留的6根立柱桩。盾构始发前，需探明桩基具体位置，若桩位于隧道断面范围内，需要清除。刀盘及刀具配有以下耐磨措施：①面板耐磨采用耐磨焊堆焊；②刀盘周边耐磨以外周保护刀（硬质合金）为主，其余部位采用耐磨焊条堆焊；③刀体采用耐磨性能和韧性兼具的材质，刀体表面采用耐磨堆焊层，硬度大于HRC55。格构柱切除影响分析：利用PLAXIS建立盾构推进切桩的模型进行分析，根据模型计算结果，盾构推进时，割掉立柱桩之后，已运营车站标准段底板变形向上隆起0.18mm；盾构隧道施工后，由于土体回弹，造成车站底板向上隆起1.57mm。上述计算说明，其对已运营的车站结构产生的影响非常小。

（2）减少水土流失。①设备止水。为保障盾构顺利始发安全，在0环采用背覆钢板环+端面钢板环，将洞门圈和0环管片焊接在一起，及时注浆封堵洞门。②二次注浆。在左、右线隧道管片上增开注浆孔，以便盾构穿越后有效进行二次补压浆、控制底板沉降变形，同时加强螺栓等级。③微扰动注浆。同步由机壳顶部注浆孔孔向壳体外注入克泥效，及时填充开挖面和盾体之间的空隙，同时控制注入压力和注入量；在二号线轨道面采用自动化监测，根据监测数据及时调整克泥效的压浆量。

（3）土体改良。盾构施工过程中进行渣土改良，向土仓和开挖面注入添加剂（如泡沫等），可以降低刀盘、螺旋输送机的扭矩，降低盾构机的负荷，降低刀具的磨损，防止产生泥饼，有利于沉降控制。

（4）防上浮。推进过程中，隧道有可能上浮。当监测到隧道存在明显上浮现象时可采取对施工隧道内进行压重以控制隧道的进一步上浮，同时同步浆液采用惰性浆液，在浆液中适当加入水泥。

4.6 施工监测技术

（1）轴线自动测量。隧道内自动化监测，实时监测隧道轴线变化，同时安排人员测量复核，以便减少纠偏过大时对2号线底板的影响。

（2）结构底板自动监测。TH-STC系列压差式沉降测量仪系统具有高精度、低温漂、高可靠性等特点，既可用于短期沉降的实时测量，又可实现微小沉降的有效长期监测。对2号线底板及轨行区域布置自动监测仪器，实时监控结构底板变形情况，以便及时调整盾构施工参数及二次注浆参数。

（3）大数据信息化施工。盾构推进数据连接管控中心，以“互联网+”思维构建管理系统，进行风险实时报警，同时集成大量施工数据，提供智能化决策基础。

5 结论及效果

金家渡站零距离下穿已运营车站存在较多施工难点，经过对各工序施工技术研究，结构调整、盾构进出洞加固、推进切桩、盾构平移吊装等施工难点都能够得到有效解决。且施工对已运营车站的沉降和变形影响在可控范围内，对类似工程有参考价值。