地鐵盾構(gòu)隧道施工下穿火車(chē)站片區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策研究

楊茂成

摘 要：昆明地鐵1號(hào)線環(huán)城南路站至昆明火車(chē)站站區(qū)間，盾構(gòu)要下穿昆明火車(chē)站片區(qū)，為了最大限度減少拆遷，降低對(duì)既有車(chē)站及建構(gòu)筑物的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，研究了7大風(fēng)險(xiǎn)因素及其對(duì)策措施，成功穿越既有建構(gòu)筑物和大范圍鐵路特等站站場(chǎng)股道，為后續(xù)地鐵2號(hào)線的施工提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；下穿；站場(chǎng)；施工；風(fēng)險(xiǎn)；研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）15-0113-02

1 工程情況介紹

（1）線路情況：為了減少拆遷工作量，昆明地鐵1號(hào)線的環(huán)城南路站至昆明火車(chē)站站區(qū)間，線路在環(huán)城南路站采用豎向重疊隧道（上方左線下方右線），隨線路前進(jìn)方向逐漸扁平展開(kāi)，到達(dá)昆明火車(chē)站站時(shí)左右兩線線路水平平行進(jìn)站。即便盡最大努力優(yōu)化線路，線路還是不可避免地要下穿一棟老舊鐵路招待所、昆明火車(chē)站的地下出站廳、出站地道、火車(chē)站無(wú)柱雨棚、6個(gè)站臺(tái)和12條股道，側(cè)穿鐵路大廈，火車(chē)站站前高架及地下停車(chē)場(chǎng)等7大高風(fēng)險(xiǎn)建構(gòu)筑物，是昆明地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域，建設(shè)難度非常大。

（2）水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況：地層巖性復(fù)雜軟弱，分布在盾構(gòu)頂板以上的有雜填土、素填土、黏土、粉土、泥炭土、圓礫、粉砂、粉黏土；線路西側(cè)240m就是盤(pán)龍江，與本區(qū)域有水力聯(lián)系，水位較高，地表下1.0m-2.0m可見(jiàn)地下水，經(jīng)檢驗(yàn)地下水無(wú)侵蝕性。

2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與對(duì)策措施方案

因昆明火車(chē)站樁基切斷了盾構(gòu)路徑，線路必須選擇從火車(chē)站與鐵路大廈之間影響最小的狹窄區(qū)域重疊近接穿過(guò)，線路前行進(jìn)入春城路。在最大限度減少建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，成功避開(kāi)火車(chē)站主站房和鐵路大廈這一路況下，還要面臨和處理以下風(fēng)險(xiǎn)。

（1）風(fēng)險(xiǎn)一：鐵路招待所5—6層框架結(jié)構(gòu)，線路選擇從該幢建筑的東北角下穿越，因樁群密集，切斷了盾構(gòu)線路，且站前廣場(chǎng)地形復(fù)雜，又是老舊建筑，不拆除施工風(fēng)險(xiǎn)很大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，拆除代價(jià)較小。采取拆除房屋，拔除盾構(gòu)路徑上的預(yù)制樁的方案處理，風(fēng)險(xiǎn)將至最低。

（2）風(fēng)險(xiǎn)二：鐵路大廈為6-9層框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土預(yù)制樁，型號(hào)為350mm*350mm*12000mm（樁寬*樁寬*樁長(zhǎng)）。

（3）風(fēng)險(xiǎn)三：區(qū)間線路側(cè)穿火車(chē)站站前高架及地下停車(chē)場(chǎng)，右線隧道結(jié)構(gòu)外輪廓距離站前高架橋樁基1.724m，距離地下停車(chē)場(chǎng)出口樁基0.424m。

為加固穩(wěn)定地層，防止建筑變形，盾構(gòu)施工之前，對(duì)隧道周?chē)馏w進(jìn)行旋噴加固，旋噴樁型采用φ600@400的旋噴樁，樁內(nèi)水泥摻量為22%，2批次6組28天鉆芯試件，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于1.0MP，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（4）風(fēng)險(xiǎn)四：東北側(cè)地下出站廳墻下樁基為PCA400預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑為400mm，樁長(zhǎng)大于20m，柱下樁基為直徑600mm的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)大于24m。地下出站廳的樁基已經(jīng)切斷盾構(gòu)線路，并有93根抗拔樁侵入盾構(gòu)結(jié)構(gòu)。在盾構(gòu)前臨時(shí)拆除地下出站廳，拔除侵入盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的樁基，地鐵盾構(gòu)竣工穩(wěn)定后，還建地下出站廳。

（5）風(fēng)險(xiǎn)五：區(qū)間線路下穿火車(chē)站南側(cè)出站地道，因南廣場(chǎng)未開(kāi)通，暫時(shí)未開(kāi)通投入客流疏散使用。其結(jié)構(gòu)與右線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)豎向最小凈距9.173m，嚴(yán)格控制盾構(gòu)參數(shù)與變形，防止沉降和隆起超標(biāo)（-10mm，+5mm）。

（6）風(fēng)險(xiǎn)六：盾構(gòu)穿越火車(chē)站股道，有4處近接無(wú)柱雨棚樁基礎(chǔ)，無(wú)柱雨棚的樁基礎(chǔ)采用直徑600mm的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)大于30m，盾構(gòu)外側(cè)與雨棚樁基礎(chǔ)的距離分別是：A斷面左線0.70m，右線0.87m；B斷面左線0.95m，右線2.23m；C斷面左線2.32m，右線3.13m；D斷面左線8.78m，右線被切斷。

ABC三處無(wú)柱雨棚基礎(chǔ)，通過(guò)精準(zhǔn)控制盾構(gòu)穿越樁群；D處在右線盾構(gòu)隧道內(nèi)，路徑被切斷，因不能拆除，采用了托換樁基的方案處理，是該區(qū)域化解風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)措施較復(fù)雜的項(xiàng)目。

施工順序：1250mm鉆孔樁—--托梁制作—--焊接包裹雨棚柱----旋噴加固地基土體----挖破樁孔----破除雨棚柱樁基----C10素混凝土回填——再壓漿充填密實(shí)：

1）雨棚柱的托梁樁基礎(chǔ)，采用直徑1250mm的鉆孔樁，樁長(zhǎng)分別為37m、18m；梁的長(zhǎng)寬高分別為10.6m*1.5m* 1.8m。托梁包住雨棚柱的同時(shí)，要在雨棚柱上焊接鋼板，錨固在托梁上，再用混凝土進(jìn)行包裹，形成新的樁基托梁體系，支撐雨棚柱分擔(dān)的承重。見(jiàn)圖1樁基托換平面位置圖。

2）在開(kāi)挖破樁孔前，采用旋噴加固技術(shù)，地層在地層加固范圍長(zhǎng)4.75m，寬4.60m，深度21.0m。φ600@400的旋噴樁，樁內(nèi)水泥摻量為18%，6組28天鉆芯取樣試件，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于大于1.0MP，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3）在要破除的雨棚柱基礎(chǔ)邊0.65m處，采用人工開(kāi)挖破樁孔，樁徑1.50m，深度19.0m。

在原樁與隧道相交的下緣往下1.0m的位置，按照1.5m的高度開(kāi)挖水平孔，用可拆卸的16工字鋼支護(hù)，接近原樁并鑿除，空腔用C10素混凝土回填，預(yù)埋加固注漿管；之后往上開(kāi)挖第二個(gè)循環(huán)，總共6個(gè)循環(huán)可以確保全部拆除侵入盾構(gòu)路徑的原樁，用C10素混凝土回填輔助破樁孔，在盾構(gòu)推過(guò)后，利用預(yù)埋管注水泥砂漿充填開(kāi)挖回填空隙，使之密實(shí)防止沉降變形。完成全部托換工作，以保護(hù)無(wú)柱雨棚免受拆除與重新恢復(fù)而產(chǎn)生的巨大工作量，以及由此帶來(lái)的既有線施工安全壓力。見(jiàn)圖2舊樁破除方案示意圖。

（7）風(fēng)險(xiǎn)七：下穿火車(chē)站12條股道及6個(gè)站臺(tái)。這是昆明地鐵施工利用盾構(gòu)技術(shù)穿越的最大運(yùn)營(yíng)火車(chē)站，總共12條股道加6個(gè)站臺(tái)，隧道結(jié)構(gòu)最小覆土厚度為8.964m。受周邊建筑環(huán)境影響，地鐵線路與車(chē)站線路以73°的平面角度下穿，總長(zhǎng)度103m。穿越要克服的最大風(fēng)險(xiǎn)就是控制地面股道的變形，保證車(chē)站安全運(yùn)營(yíng)。采取措施如下。

1）設(shè)備選型：在分析我國(guó)其他城市成果經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，了解盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的特點(diǎn)，再結(jié)合昆明地區(qū)的工程地質(zhì)水文地質(zhì)特點(diǎn)，最終選擇采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，德國(guó)海瑞克S-652/S-653盾構(gòu)機(jī)（直徑6410mm），承擔(dān)施工任務(wù)，其刀盤(pán)開(kāi)口率38%，主要切削刀具31把。

2）地面變形控制指標(biāo)的確定：采用變形累計(jì)值和變形速率雙控指標(biāo)進(jìn)行控制。累計(jì)變形控制值為-10mm，+5mm；變形速率速率控制值±2mm/d，這是昆明地鐵建設(shè)中最嚴(yán)格的控制指標(biāo)。

施工期間建立了完善的施工方和獨(dú)立第三方監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)，施工過(guò)程采取變形與盾構(gòu)推力、出土量、注漿量、推進(jìn)速率等的線性相關(guān)性分析，及時(shí)分析糾偏，施工期間沉降最大為-8.7mm，沒(méi)有出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，沉降變形成功控制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)。

施工確定了必須開(kāi)展監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目6個(gè)：進(jìn)行洞內(nèi)及洞外巡查，地表沉降與隆起，管片襯砌變形，建筑物下沉傾斜，地下水位觀測(cè)。

3）推進(jìn)參數(shù)的試驗(yàn)確定：為了保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定，防止欠壓、過(guò)壓推進(jìn)，嚴(yán)格控制出土與盾構(gòu)推進(jìn)速度的關(guān)系，防止過(guò)量出土與出土不足。進(jìn)入股道前，根據(jù)先推段的推力、刀盤(pán)扭矩、推進(jìn)速率、出土量、注漿壓力與變形值的線性關(guān)系取得的盾構(gòu)機(jī)推力10000～12200KN；刀盤(pán)扭矩1900～2300KN/m推進(jìn)速率在12～28mm/min；出土量控制在39立方米左右；注漿壓力控制在0.15～0.3MP以?xún)?nèi)，同步注漿量4.47立方米。穿越股道時(shí)盾構(gòu)機(jī)上部土壓力值為93.6kpa---106.4kpa，左線為71.3kpa---90.3kpa；每一環(huán)的出土量控制在39.21立方米；二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，最大注漿壓力為0.3Mpa，以解決彌補(bǔ)同步注漿不足，這是嚴(yán)格防止地表沉降的有效手段，嚴(yán)格控制壓力，保證是填充注漿而不能是劈裂壓漿。

同步注漿與二次注漿：盡快在盾構(gòu)脫出后的襯砌背面充填漿液材料，做到量足，時(shí)間及時(shí)；同時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況做好再次補(bǔ)注漿。

4）保障設(shè)備完好及姿態(tài)控制：進(jìn)入股道前，全面整修盾構(gòu)設(shè)備，消除隱患，做到避免長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)、防止了螺旋輸送機(jī)噴涌砂、盾尾和鉸接部位漏砂，沒(méi)有造成地層損失，克服加大沉降變形。控制好多個(gè)姿態(tài)，避免了盾構(gòu)大幅糾偏、上浮、磕頭發(fā)生。

5）列車(chē)限速：盾構(gòu)下穿股道，列車(chē)限速45km/h，并對(duì)軌道進(jìn)行整道，取消原有墊片，利于盾構(gòu)穿越時(shí)沉降超標(biāo)，采取加墊片起道措施。

6）下穿股道范圍采用洞內(nèi)注漿加固措施。該區(qū)間部分隧道為上下重疊近接隧道，最小凈距為1.8m，上層隧道的覆土厚度最小為5.5m，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。施工順序上采用先施工下層隧道右線，在下層隧道變形監(jiān)測(cè)穩(wěn)定后，才施工上層的左線隧道，施工區(qū)間嚴(yán)格控制了盾構(gòu)總推力及土艙壓力參數(shù)，同時(shí)對(duì)下方隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止過(guò)大的附加變形的產(chǎn)生。

為了有效控制地層變位，減少盾構(gòu)施工對(duì)車(chē)站環(huán)境的影響，在盾構(gòu)施工通過(guò)之后，再次在洞內(nèi)，從預(yù)留以隧道襯砌外緣以外3.0m內(nèi)的土體進(jìn)行了土體加固，加固土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于大于1.0MP，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)多年跟蹤監(jiān)測(cè)，地鐵隧道設(shè)備和昆明火車(chē)站站場(chǎng)設(shè)備穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)狀態(tài)安全。

3 結(jié)語(yǔ)

地鐵通過(guò)高風(fēng)險(xiǎn)復(fù)雜區(qū)域，線路的選擇是化解重大風(fēng)險(xiǎn)的最可靠的措施，本案成功避開(kāi)了火車(chē)站主站房和鐵路大廈；再對(duì)盾構(gòu)穿越建構(gòu)筑物復(fù)雜區(qū)域的全部風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，采用拆除、加固、托換、優(yōu)化盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)等措施逐一化解風(fēng)險(xiǎn)，使得盾構(gòu)穿越了昆明最復(fù)雜的火車(chē)站區(qū)域，為今后穿越類(lèi)似復(fù)雜區(qū)域的2號(hào)線施工提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 張海濤.盾構(gòu)同步注漿材料試驗(yàn)及隧道上浮控制技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

[2] 張雁，黃宏偉，胡群芳.《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》GB50652-2011編制介紹[J].施工技術(shù)，2012（1）：99-106.

[3] 宋克志，王夢(mèng)恕.淺談隧道施工盾構(gòu)機(jī)的選型[J].鐵道建筑，2004（8）：39-4.

[4] 趙月君.盾構(gòu)穿越運(yùn)營(yíng)地鐵隧道施工技術(shù)探討[J].中國(guó)科技縱橫，2018（18）：77-78.