多换乘车站盾构长距离穿越建构筑物施工关键技术研究——以杭州地铁7号线5工区为例
时间：2023-06-28 13:05:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
裘志坚
（杭州市地铁集团有限责任公司，浙江 杭州 310016）
地铁换乘车站多位于人流较大，周边建构筑物较多，基坑开挖较深地段，盾构施工下极易引起地层变形，产生涌水、涌砂及失稳等风险[1-2]，如何采取有效措施在盾构掘进、盾构穿越建构筑物、明挖法深基坑施工等方面确保安全施工成为关键。
石庆能等[3]通过对换乘节点施工技术改进并结合实时检测数据分析，提出换乘节点的施工方案。杨世东等[4]运用有限元对换乘节点在盾构施工下进行受力分析，总结换乘车站结构实际及施工技术。熊竺[5]借助计算分析及现场检测数据，提出运用抽条分块开挖法对车站换乘节点施工。
但是针对换乘车站且盾构长距离穿越建构筑物复杂环境下施工研究较少，本文依托杭州地铁7号线多换乘车站且盾构长距离穿越建构筑物复杂环境下施工进行研究，本线路全长约47.481km，全为地下线，设车站23座，其中换乘站9座，是换乘较多的线路之一。
1.1 工程概况
坎山站～萧山机场站含两站两区间两风井，为坎山站/坎山站～机场西站区间（含中间风井）/机场西站/机场西站～萧山机场站区间（含中间风井）。区间线路出坎山站后以550m半径转向北，沿北塘河侧穿行至中间风井，继续以700m半径平曲线向北下穿杭甬高速、三岔路村密集民房群后到达机场西站；
后以460m半径转向东下穿机场高速后至中间风井，沿机场范围内浙航大道穿行后以800m、700m半径曲线进入萧山机场站。其中坎山站长299.3m，机场西站长526.2m，均为两层站，区间左右线全长10.95km。
图1 坎山站～萧山机场站线路及周边环境图
1.2 工程地质与水文条件
1.2.1 工程地质条件
坎山站～萧山机场站主要土层为砂质粉土、粉砂、淤泥质粉质粘土、粉质粘土和圆砾。土体参数见表1。
表1 土层参数表
1.2.2 水文条件
地下水类型主要分为松散岩类孔隙潜水和松散岩类孔隙承压水。
孔隙性潜水主要赋存于表层填土、③层砂质粉土、粉砂中，由大气降水径流补给以及地表水的侧向补给，潜水与地表水水力联系较好，潜水水量较大，地下水位随季节变化。勘探期间测得水位为1.20～2.95m，
承压含水层分布于深部的⑫1层粉砂、⑫4层圆砾中，水量极为丰富，隔水层为上部的粉质粘土层（⑥、⑧层）。承压水水位高程1.60m（埋深4.00m）。
2.1 盾构长距离掘进施工技术
机场西站～坎机风井区间长1520m，长距离掘进不仅后期单环掘进时间长，且对后期盾尾刷密封效果有严峻考验，施工组织难度大，后期盾构下穿建构筑物风险高。针对性措施如下：
1）合理组织施工，优化施工工序，减少单环施工时间。
2）加强推进过程中管片姿态控制，尽可能减小管片与盾构机夹角，减少盾尾刷磨损。
3）减小同步注浆浆液稠度，进而减小同步浆液对盾尾的压力。
4）始发前加强对油脂的质量控制，盾尾刷间空隙尽可能塞满，形成盾尾油脂压注通道。
5）推进过程中加强对盾尾密封质量的控制，发现盾尾漏浆，应及时加大对漏浆位置盾尾油脂压注量，确保盾尾密封性能，避免形成渗漏通道。
2.2 盾构穿越建构筑物关键施工技术
坎山站～机场西站盾构侧穿北塘河桥，与桥桩最小净距1.33m，坎机区间与北塘河桥剖面图见图2。盾构垂直下穿杭甬高速，盾构距离路面21.5m。盾构垂直下穿D219钢石油管线，盾构顶与石油管线净距15.4～17m，坎机区间与杭甬高速剖面图见图3。
图2 坎机区间与北塘河桥剖面图
图3 坎机区间与杭甬高速剖面图
机场西站～萧山机场站盾构下穿机场高速公路(路堤段)，盾构与高速公路路面最小净距为14.64m。盾构下穿航谐河，河流资料暂缺。盾构与河底最小净距约为13.7m，机萧区间沿线平面图见图4。针对性技术措施如下：
图4 萧区间沿线平面图
1）加密设置监测点，加强施工监测，利用监测结果指导施工，优选最佳施工参数，保证开挖面稳定，加强同步压浆与必要的补压浆措施，控制顺风分拨中心结构的沉降，地面沉降控制在+5mm～-5mm。
2）盾构穿越前设定试验段，通过事先计算分析，检测拟定的盾构推进主动技术保护措施的实际效果，并对盾构穿越房屋的实施风险进行评估，规避风险。
3）对刀盘、盾尾密封栓、螺旋输送器、铰接、密封油脂系统、注浆系统等进行全面检查、维修，并对盾构机的掘进状态及时进行纠偏调整，确保盾构机的平稳穿越，保证施工影响范围内地层损失率≤1‰。
4）下穿前搜集完整的河底、堤岸、水位等基础资料。盾构顶距河床冲刷线的距离保持1D(洞径)左右；
5）盾构下穿时，盾构前方压力发生突变，须加强推进压力管理，降低推进速度，调整相关施工参数；
及时同步注浆，提高浆液强度，减小凝结时间，调整盾构姿态，防止盾构上浮，控制注浆压力，防止击穿上方土体导致涌水。
6）对盾构穿越河流前50m范围的掘进参数及地面沉降情况进行统计，确定合理的土压力设定值、排土率及掘进速度等，制定盾构掘进最优参数。盾构机在距离轨道20m时，加强设备维修，进行刀盘、注浆系统、密封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越过程中设备无故障。
7）进行严格的线形控制和姿态控制，姿态调整不宜过大、过频，减少纠偏，特别是较大纠偏，姿态调整控制在+5mm范围内，同时通过快速管片拼装方式减小对土体的扰动，减少盾构停机的时间。
8）确保同步注浆质量和数量，防止地层变形，提高结构抗渗性，改善结构受力情况，防止较大沉降的发生，确保管片围岩间隙及时充填密实，同时结合下穿段地质情况确保注浆量及注浆压力，确保同步注浆量不小于2.0倍的管片外皮与土体间隙的体积。
9）确保盾尾密封，加强盾尾舱的管理。推进过程中增加盾尾刷保护，严格控制盾尾油脂的压注；
安排专人观察盾尾漏浆情况，确定无漏浆后再进行正常掘进。
10）加强同步注浆管理，减少盾尾通过后隧道周围形成的建筑空隙，减少隧道周围土体的超挖量。同步注浆量压力数值动态调整，宜控制在盾尾建筑空隙的≥200%，并根据实际情况适当补浆。
11）加快管片运输及拼装，减少不必要停机时间。每环推进结束后，关闭螺旋机闸门方可进行拼装，在螺旋机出口设置防喷涌设施，发生漏水时关闭螺旋机出口，将水堵在盾构外。为防止紧急情况下螺旋机闸门由于被异物卡住或机械原因无法正常启闭，在螺旋机外加设一道闸门，与原有闸门组成双保险，在河中段施工时，一旦发生喷涌现象，立即关闭闸门。
2.3 明挖法深基坑施工关键技术
本标段车站及风井基坑开挖均采用明挖法，其中两车站最大开挖深度约17m，两风井开挖深度超过25m，基坑开挖过程中易产生涌水、涌砂及失稳。基坑土方开挖存在高处坠落、机械伤害、物体打击、起重伤害、坍塌等风险。针对性措施如下：1）地下连续墙施工时严控泥浆比重，做好泥浆护壁。2）落实现场起重吊装和高处作业的安全管控措施。3）对围护结构进行综合评估，缺陷位置进行预处理。4）做好接缝止水，尽快封闭基坑底板。5）及时施作支撑体系，保证基坑稳定。6）严格高大支架模板验收，确保主体结构施工安全。7）加强监测，及时反馈数据，做到信息化施工。
1）在多换乘车站盾构长距离掘进下，对施工工序优化，合理化施工时间；
实时控制及调整盾构姿态，降低磨损；
确保盾尾封闭性完好，防止渗漏；
对盾构始发及到达存在的风险采取针对性措施。
表2 泥浆性能和技术指标
2）盾构穿越密集民房、高速公路及河流，需密集化检测点，对监测数据及时分析及指导施工；
盾构穿越前，对被盾构穿越的建构筑物进行风险评估，规避风险；
在盾构穿越时，严格控制线形及姿态控制，保证注浆数量及质量。
3）针对明挖法深基坑施工进行泥浆护壁和支撑体系建立，确保基坑稳定性；
对起吊等高处作业采取安全管控措施，保证施工安全。
