基于昆明軌道五號線盾構(gòu)下穿既有隧道施工技術(shù)研究

底龍飛

(中鐵十六局北京軌道交通工程建設(shè)有限公司, 北京 101100)

在我國省會城市地鐵建設(shè)中，由于交通線密集，不可避免會下穿既有交通工程如既有地鐵線、市政建筑等[1-4]。昆明軌道交通5號線工程是昆明市政交通較為重要的一個項目，全長29.96km，覆蓋五華區(qū)、盤龍區(qū)、度假區(qū)、西山區(qū)、官渡區(qū)等重要區(qū)域，本文主要針對昆明軌道五號線下穿其他交通線的方式進行研究，在對該項目昆明北站站-圓通公園站區(qū)間沉積層的工程地質(zhì)特征和巖土體物理學(xué)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)靥赜械氖┕ず瓦\營環(huán)境對已有的軌道盾構(gòu)施工技術(shù)進行改進。

1 工程概況

昆明北站站-圓通公園站區(qū)間采用盾構(gòu)法進行施工的區(qū)間，盾構(gòu)機為鐵建重工土壓-泥水雙模盾構(gòu)機，由昆明北站始發(fā)，圓通公園站接收。隧道結(jié)構(gòu)采用外徑6.2m，內(nèi)徑5.5m，厚度0.35m的平板式單層預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌。

本區(qū)間在左DK4+561.290～左DK4+578.343，右DK4+561.302～右DK4+578.364里程范圍內(nèi)下穿已運營的昆明地鐵2號線隧道，交叉段5號線左線拱頂埋深28.3m，右線拱頂埋深約為20.3m，5號線盾構(gòu)隧道與2號線盾構(gòu)隧道最小豎向凈距為2.481m。

本區(qū)間線路出昆明北站后以豎向重疊形式前行，下穿云南省鐵路博物館、軌道交通2號線盾構(gòu)區(qū)間(已運營)、北站隧道(側(cè)穿樁基)，而后線路逐漸由豎向重疊并行過渡為水平并列前行，依次下穿昆北新村鐵路小區(qū)、省醫(yī)藥公司、環(huán)城北路、盤龍江、小菜園村后進入圓通公園站。本段右線線路設(shè)置平面曲線2個，曲線半徑分別為1 000m、450m；左線線路設(shè)置平面曲線3個，曲線半徑分別為1 000m、1 200m、440m。本區(qū)間設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道一座，外掛泵房兩座。

右線線路以2.0 ‰的坡度下坡出昆明北站后，以4.000 ‰的坡度下坡280m，再以4.000 ‰的坡度上坡300m，而后以17.240 ‰的坡度上坡370.000m，接著以2.0 ‰的坡度上坡進入圓通公園站。左線線路以2.0 ‰的坡度下坡出昆明北站后，以4.000 ‰的坡度下坡340m，再以26.765 ‰的坡度上坡591.041m，而后以2.0 ‰的坡度上坡進入圓通公園站。

本區(qū)間所穿越地層的上部為粉質(zhì)黏土、粉土，局部夾流塑～可塑狀泥炭質(zhì)土；下部為圓礫土、粉細砂及粉土層為主、粉質(zhì)黏土及泥炭質(zhì)土層成層狀分布。圓通公園站至翠湖站區(qū)間場地下伏基巖為二疊系下統(tǒng)陽新組(P1y)灰?guī)r，共揭露溶洞12個，溶洞洞高0.50～4.00m，以串珠狀溶洞為主，見洞率75 %，線溶率18.85 %，巖溶強烈發(fā)育，多為全充填，少量無充填。同時分布著人工填土、軟土和膨脹土這類特殊巖土。

本區(qū)間附近地表徑流主要為盤龍江，地下水類型有上層滯水、孔隙潛水、風(fēng)化裂隙水和巖溶水四類。其中上層滯水動態(tài)受季節(jié)控制，主要接受大氣降水滲入補給，對擬建工程影響?。豢紫稘撍闹饕畬訛閳龅貎?nèi)粉土層、圓礫層、粉砂層，層間水力聯(lián)系較弱，透水性一般，主要接受大氣降水補給，總體富水性中等～較好；風(fēng)化裂隙水主要賦存于二疊系下統(tǒng)陽新組灰?guī)r灰?guī)r風(fēng)化裂隙中。場地灰?guī)r裂隙發(fā)育程度較差，主要靠上層孔隙水補給，水量一般較小；巖溶水，主要賦存于溶孔、溶蝕裂隙和巖溶管道中，富水性及透水性不均勻，地下水的分布也極不均勻。

2 工程難點

本區(qū)間的工程難點主要分為地下連續(xù)墻施工、基坑土方開發(fā)和鋼支撐架設(shè)、盾構(gòu)施工、確保工期四個方面。昆明北站是昆明軌道交通4號線和5號線的換乘站，為地下4層車站，由4號線施工單位代建，車站本身的施工就存在諸多難點，本文重點論述盾構(gòu)施工，故筆者通過調(diào)查和實地考察簡要概述該車站施工對盾構(gòu)施工有影響的重難點。

(1)地下連續(xù)墻施工，地下連續(xù)墻施工本區(qū)間圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)墻均位于軟弱地層中，不良地層為圓礫土層、砂層。其中穿金路站圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)墻最大成槽深度52.847m，主要位于圓礫土層、砂層、粉土層中，含水量較大，確保連續(xù)墻施工質(zhì)量是關(guān)鍵。為此該施工團隊在進行圍護結(jié)構(gòu)連續(xù)墻施工前，根據(jù)地層的情況，詳細編制了專項施工方案，并邀請專家進行內(nèi)部評審，確保方案具有可行性，針對性。并且選擇合適的施工機械和施工方法，保證連續(xù)墻成槽的施工質(zhì)量和進度。同時連續(xù)墻過程中實時監(jiān)控泥漿質(zhì)量，根據(jù)地層情況對泥漿參數(shù)進行調(diào)整，避免塌孔。

(2)基坑土方開發(fā)和鋼支撐架設(shè)，本區(qū)間周邊有多棟樓房，大部分在基坑開挖影響范圍內(nèi)，基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工階段影響較大。所以相關(guān)施工團隊要保證圍護結(jié)構(gòu)質(zhì)量，認真做好基坑開挖過程中地下水的處理，及時施作支撐的同時在基坑開挖時采取的技術(shù)保障措施，并且要加強監(jiān)控量測，保證相關(guān)質(zhì)量。

(3)盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)段的洞門加固、注漿和冷凍法施工安全和質(zhì)量控制，本標(biāo)段該區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)段位于圓礫層，在動力作用下，土體結(jié)構(gòu)容易破壞，且地層較深、地下水豐富，施工風(fēng)險較大。經(jīng)過多次研判，決定采用冷凍法施工。同時加強相關(guān)監(jiān)測，并保證應(yīng)急物資配備到位。

(4)施工合同要求相應(yīng)期限內(nèi)完成，本區(qū)間施工受滇越米軌的恢復(fù)工期節(jié)點的影響，4號線和5號線的配合施工，盡快提供場地，保證米軌恢復(fù)工期節(jié)點是該工程的難點。相關(guān)團隊需要做好工期籌劃，統(tǒng)籌全局，找出關(guān)鍵節(jié)點，集中解決。同時建立工期組織機構(gòu)，通過合理的技術(shù)措施、組織措施、利用科學(xué)的管理方法，加大人員、材料、設(shè)備的投入，并且安排專人跟蹤進度，同時做好接口協(xié)調(diào)工作，保證接口的順利銜接，從而確保工期。

3 地鐵5號線施工技術(shù)

3.1 既有2號線股道保護措施

盾構(gòu)作業(yè)時諸多因素都能引起既有2號線隧道發(fā)生變形或股道隆沉，一般有盾構(gòu)掘進參數(shù)或注漿參數(shù)選用不合理極易致使盾構(gòu)出現(xiàn)偏差，因此在盾構(gòu)施工時，尤其進入重要構(gòu)建筑物前的始發(fā)段的參數(shù)采集是盾構(gòu)施工的首個重點。這需要加大監(jiān)測程度，總結(jié)規(guī)律及變化，以監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證和指導(dǎo)相關(guān)參數(shù)的確定，按照現(xiàn)場工程出現(xiàn)的狀況，采用最合適的方案和掘進參數(shù)減小地表的變形。

3.2 盾構(gòu)下穿昆明軌道交通2號線施工總體籌劃及施工流程

上文提及，昆明北站站作為昆明北站站-圓通公園站的始發(fā)站，為地下四層站，5號線在本站是上下重疊始發(fā)出洞，按照重疊隧道先下后上的方式，左線盾構(gòu)機首先進行推進。要合理降低地表沉降，右線盾構(gòu)機要在左線盾構(gòu)掘進25d后開始工作，要保證地層充分穩(wěn)定時才能再次開始下穿作業(yè)，預(yù)防2號線隧道及鐵路股道二次沉降的發(fā)生。

3.3 盾構(gòu)機選型

綜合昆明北站各種相關(guān)地質(zhì)條件，本次工程所采用的盾構(gòu)機是中鐵建工的土壓/泥水雙模盾構(gòu)機，此型號盾構(gòu)機具備土壓盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)的雙重優(yōu)點，適用于各類復(fù)合型地層。其盾體為梭形結(jié)構(gòu)，盾體鋼材使用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼Q345B，盾體有著優(yōu)秀的強度和承壓能力；復(fù)合式刀盤采用主梁加副梁設(shè)計，各結(jié)構(gòu)配置更換方便；主驅(qū)動密封性和承壓性良好，能夠承受復(fù)合地層對刀盤的片在，安全方面相較傳統(tǒng)土壓盾構(gòu)機來說更為優(yōu)秀。

3.4 施工組織

在施工前，從安全影響評估、專項設(shè)計、監(jiān)測方案、專項施工方案和應(yīng)急預(yù)案對下穿2號線地鐵保護方案進行詳細的專家評審，確保施工安全。按方案組織施工，做好設(shè)備、人員、物資等的準(zhǔn)備，進行開工前條件驗收，同時對區(qū)間沿線重要構(gòu)建筑物和既有2號線隧道進行監(jiān)測點位布設(shè)，監(jiān)測鐵路股道變形情況，每日都要進行隧道監(jiān)測。成立應(yīng)急聯(lián)動指揮部，時時將施工情況進行反饋，按方案做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

在進行下穿施工前，相關(guān)團隊與鐵路部門展開了積極溝通，并且設(shè)置相應(yīng)的試驗段，同時成立了領(lǐng)導(dǎo)小組和協(xié)調(diào)小組，對現(xiàn)有的線路進行幾何尺寸整正作業(yè)，保證人員、設(shè)備、施工材料的準(zhǔn)備工作；在施工期間設(shè)置駐站聯(lián)絡(luò)員，對運營2號線在下穿影響區(qū)段進行限速，委托檢測單位對施工進行實時的檢測與分析，保證隨時處于警戒狀態(tài)，同時對盾構(gòu)工程不同階段的地面沉降進行監(jiān)測控制。

3.5 盾構(gòu)始發(fā)洞門漏水問題

3.5.1 漏水原因

本文綜合研究以往類似項目的相關(guān)問題，盾構(gòu)始發(fā)洞門漏水問題一直是盾構(gòu)施工的難題。筆者對盾構(gòu)始發(fā)洞門漏水問題的原因進行了研究。

(1)洞門加固，常見問題是加固段與圍護結(jié)構(gòu)有間隙，止水不嚴(yán)。

(2)洞門止水簾布質(zhì)量和安裝質(zhì)量問題。

(3)壁后注漿和二次注漿的及時性和注漿量控制問題。

(4)盾構(gòu)機出洞的姿態(tài)和位置準(zhǔn)確性。

(5)管片的質(zhì)量問題，如管片的制作預(yù)驗收把控不嚴(yán)、管片損壞、管片的止水條等防水設(shè)施缺陷、管片拼裝錯縫或損壞等，進而出現(xiàn)漏水的情況。

3.5.2 解決漏水措施

結(jié)合昆明軌道5號線的實際，筆者和相關(guān)團隊在施工前制定和采取了以下防護措施來解決盾構(gòu)始發(fā)洞門漏水問題。

(1)嚴(yán)保盾構(gòu)始發(fā)洞門加固質(zhì)量，圍護結(jié)構(gòu)和加固體過渡密合。筆者所敘述的洞門加固設(shè)計采用鉆孔咬合樁施工，掘進前通過取芯和水平探孔試驗樁體施工質(zhì)量良好，但是咬合樁和圍護結(jié)構(gòu)之間存在較大間隙，該地質(zhì)為富水層，有漏水現(xiàn)象，洞門采用噴射混凝土臨時封堵后，在圍護結(jié)構(gòu)和咬合樁加固體的縫隙進行了高壓旋噴樁補做止水帷幕，盾構(gòu)掘進后漏水問題得到很好的解決。筆者認為，要在充分了解該處水文地質(zhì)的前提下，圍護結(jié)構(gòu)和加固體必須做好嚴(yán)絲合縫是保證盾構(gòu)順利出洞的必要條件。

(2)加強人員教育，規(guī)范施工進程。針對本次工程的實際情況，應(yīng)對相關(guān)施工團隊的拼裝工、盾構(gòu)司機、管片防水處理人員進行專項技術(shù)培訓(xùn)并進行考核，考核合格后方可上崗作業(yè)。拼裝前首先對盾尾里的雜物進行清除，盾尾如果有漏水必須補打盾尾油脂，在保證盾尾無雜物、無積水的情況下才能安裝管片。管片拼裝應(yīng)遵循由下至上、左右交叉、最后安裝封頂塊的次序，應(yīng)當(dāng)盡量調(diào)整管片位置與上一環(huán)管片的平整度，螺栓孔的位置要對正。對裝好的螺栓孔每環(huán)逐個檢查，防止密封圈漏裝，對注漿孔采用高強度修補砂漿進行封堵，封堵前擦干孔身周圍的濕漬，保證封堵效果。用遙控裝置對拼裝機拼裝旋轉(zhuǎn)調(diào)整時不可使用高速按鈕，并注意掌控使用按鈕的力度和持續(xù)時間，防止移動速度過快、擺動幅度大、移動超限等原因造成管片之間發(fā)生碰撞。

(3)加強項目監(jiān)督，優(yōu)化施工管理。派專人監(jiān)督管片的生產(chǎn)制造各個環(huán)節(jié)，對原材料嚴(yán)格把控，杜絕不合格材料進場。加強生產(chǎn)過程控制，出場驗收、進場驗收，杜絕不達標(biāo)的管片出場。從源頭進行預(yù)防。加強對進場管片的驗收力度，對進場的每車管片進行抽檢，跟監(jiān)理進行聯(lián)合驗收，讓進場管片質(zhì)量達到百分百合格。

(4)針對管片止水條施工進行嚴(yán)格把關(guān)。擴大管片貯存區(qū)域，對管片止水條粘貼進行實施監(jiān)督，對進場的止水條原材料進行嚴(yán)格檢驗。粘貼未滿24h的管片嚴(yán)禁下井。對管片出廠前的吊裝堆放進行指導(dǎo)，保證堆放整齊，不整齊的進場后進行調(diào)整，避免吊裝問題對管片止水條造成的損壞。

(5)及時進行壁后注漿，優(yōu)化二次注漿。根據(jù)昆明北站站-圓通公園站區(qū)間相關(guān)工程的實際情況，筆者對二次注漿步驟進行了相關(guān)的優(yōu)化，盾構(gòu)掘進后，在有注漿條件后及時進行壁后注漿，填補拼裝空隙，及時堵住地下水，注漿開始時動態(tài)壓力控制在0.2～0.8MPa，注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采用注漿壓力單指標(biāo)控制，靜止壓力控制在0.3～0.5MPa。注漿量控制，同時分析注漿效果，結(jié)合監(jiān)測情況，由注漿壓力控制二次注漿量。為防止二次注漿壓力對盾尾刷造成損壞，注漿位置需在管片脫出盾尾5環(huán)后進行。為防止管片上浮，開始時可以連續(xù)注，效果明顯后可以隔環(huán)注。

4 結(jié)束語

本文總結(jié)了本次工程所使用的既有2號線隧道保護措施、項目總體籌劃及施工流程、盾構(gòu)機類型和施工組織詳情，同時針對盾構(gòu)始發(fā)洞門漏水問題的進行了加強人員教育，規(guī)范施工進程、加強項目監(jiān)督，優(yōu)化施工管理、針對管片止水條施工進行嚴(yán)格把關(guān)、優(yōu)化二次注漿四項措施，確保了整體工程質(zhì)量，整個下穿過程平穩(wěn)順利，整個施工過程監(jiān)測數(shù)據(jù)正常。