盾构下穿既有地铁车站施工技术研究

盾构下穿既有地铁车站施工技术研究

彭友

411324199605190034  邮编  266109

摘要：近年来，我国交通建设不断完善与进步。邻近既有车站进行车站和隧道下穿施工时，因既有车站为已运营线路车站，需要在保证新建地铁车站及下穿隧道实施安全的同时，也要设法保证既有车站的营运安全。大量已实施的临近既有车站的基坑开挖和隧道下穿既有车站工程实例证明，邻近既有车站新建地铁车站和隧道下穿既有车站的实施，必将不同程度的引起既有车站的位移或沉降。特别是在新建车站和下穿隧道实施工程中，在临近实施范围内产生土体的相对位移，对车站的运营安全产生较大的影响。

关键词：盾构下穿；既有地铁车站；施工技术

引言

随着我国城镇化建设的不断发展，城市交通压力巨大。轨道交通已经成为解决交通压力的通用方式。一旦因施工原因影响了轨道交通运营，将产生巨大的负面影响。因此需要对新建轨道交通工程下穿既有线路的施工进行分析研究，采取近乎苛刻的安全技术措施，既要保证既有线路的安全运营，又要保证新线安全施工。

1盾构下穿对既有运营车站的影响

1.1盾构下穿既有运营车站风险

盾构隧道近距离下穿既有运营车站，如措施不当，易造成车站结构沉降、损伤，影响线路运营安全。必须在实施前评估近接施工风险，并采取多种工程措施控制对既有站的影响。此工程的主要风险为盾构下穿施工引起既有车站主体结构、附属结构沉降变形过大从而危及运营安全的风险。邻近既有轨道交通结构外部作业风险等级的划分主要依据外部作业的工程影响分区及与既有站的接近程度来综合确定。此工程新建盾构隧道位于既有站正下方，接近程度为非常接近，隧道与主体结构净距不足2m，主体结构位于盾构施工的强烈影响区，因此判断此工程盾构下穿既有车站主体结构的风险等级为特级。

1.2盾构下穿对既有运营车站影响的数值模拟分析

为进一步定量分析预测盾构下穿对既有运营车站的影响程度，采用Midas-GTS-NX岩土工程计算软件对交叉区域建立三维模型，模拟计算新建盾构隧道施工过程对既有运营车站结构变形的影响。土体采用“修正莫尔-库伦”弹塑性模型模拟，既有车站板墙结构及新建隧道结构均采用线弹性面单元模型模拟。根据数值模拟计算结果，盾构下穿施工引起的既有车站变形主要为沉降位移，双线隧道下穿完成后引起的既有车站最大沉降值为2.96mm，位于盾构穿越位置上方车站南侧底板处；引起既有车站水平向位移较小，为0.79mm。上述位移均满足既有站及轨道结构±5mm的位移限值要求。因此，由模拟结果得出此工程盾构下穿方案可行，对车站的影响整体可控。

2工程重点分析及针对性措施

2.1盾构机切割地铁站地下连续墙和立柱桩施工

根据施工经验对盾构机刀具配置，下穿前将刀具更换为扁齿滚刀，确保将地连墙钢筋有效切割。盾构切墙时对土体的扰动主要来自两方面，一方面是盾构磨墙时桩的移动以及断桩等对周围土体的扰动；另一方面，为确保切磨的钢筋能够顺利带出土仓，盾构掘进模式采用土压平衡式。切磨地连墙第一层钢筋时，土压设定应将通常设定的土仓压力适当地降低，根据理论计算，此处水平主动土压约为2.2bar，因此盾构切磨第一层钢筋时，土压可设定为1.6bar左右。盾构切磨地连墙第二层钢筋时，应按照理论值2.2bar计算土压，防止盾构超挖，造成原有车站站结构沉降，同时掘进过程中，根据施工监测实时进行调整。

切磨立柱桩时土压按照理论预压2.2bar设定，实际推进根据监测数据进行微调。

推进速度：控制掘进速度，同时提高刀盘转速，以降低贯入度掘进模式，推进速度控制在2mm/min～4mm/min，刀盘转速控制在1.0rpm~1.2rpm。

推力及扭矩：盾构采用切磨的模式，也就是说用较小的推力掘进。由于刀具切磨桩地连墙时钢筋的切削不完全、可能产生缠绕以及拉断，可能瞬间产生扭矩增大，当达到设定值时可以采用反转的办法把瞬间扭矩增大时的数值控制在一定范围内，以避免刀具的损伤和刀盘的变形等。同时要保证泡沫和膨润土的注入量，以减小刀盘扭矩和刀具的磨损。盾体推力控制在8000kN~10000kN，刀盘扭矩控制在1500kN·m~2000kN·m。

螺旋输送机出土：螺旋机输送过程中需添加适量的泡沫和膨润土，使切除的钢筋较顺利输出，并充分利用螺旋输送机正转和反转，防止螺旋输送机卡住，必要时可通过螺旋输送机观察窗进行人工处理；并通过设定螺旋机扭矩油压，最大设定为150bar，防止出现螺旋机卡死状况。

同步注浆及二次注浆：盾构切桩后，被切断的墙体端部将作用于壁后注浆的浆液中，盾构盾尾脱出桩基区域后，必须对该区段隧道进行二次注浆，对管片衬砌壁后土体加固。

盾构姿态控制：在掘进过程中，盾构机的行进方式应尽量按照设计路线前进，磨墙调整好盾构姿态。施工时，应加强对施工测量的控制，盾构姿态变化不可过大。推进时，采用稳坡法、缓坡法推进，每环纠偏量控制在5mm之内。同时根据实际穿越桩基情况，提高盾构姿态测量和调整频率，确保盾构轴线与设计轴线相符。

膨润土：盾构刀盘磨墙时，土仓内注入膨润土浆液，进行渣土改良，提高渣土的流塑性，减小渣土与设备间的机械摩擦，保护刀盘及刀具。

3.2洞门破除两站夹心层施工

两站围护结构间距仅为0.94m～1.5m，洞门破除夹心层时，顶部加固体可能出现扰动造成坍塌，洞门破除夹心层防护是施工重点。

应对措施：洞门地连墙凿除完成后，在洞门内搭设脚手架，凿除两站围护结构夹层，洞门位置夹层平均厚度约为1213mm，凿除自上而下进行。

夹层凿除分两步进行。

第一部分，先凿除上半部夹层，上半部整体凿除完成后，采用水泥砂浆找平，木背板铺设，格栅钢架支立，钢架架设完成后，为增加支架的稳定性，格栅钢架用φ20钢筋连接于洞门钢环上，相邻两排支架间相互连接，然后C25混凝土喷射25cm。

第二部分，上部施工完成后，进行下半部分夹层凿除，凿除完成后，采用水泥砂浆找平，木背板铺设，格栅钢架支立，C25混凝土喷射25cm。临时支护完成后，凿除连墙表层混凝土及钢筋，减轻盾构机磨墙阻碍，缩短掘进时间。

3.3盾构进钢套筒掘进施工

3.3.1第一阶段：盾构刀盘到达接收段土体加固区域掘进

在此阶段盾构推进过程中，主要盾构掘进参数如下。

（1）盾构推力及速度：推进过程中严格控制推进速度和总推力，避免贯入度过大引起的刀盘被卡。推进速度在10～20mm/min为宜。

（2）盾构姿态：严格控制盾构姿态，特别是盾构切口的姿态，控制目标为水平±10mm，垂直10～20mm。

（3）土仓压力：严格按照技术交底控制顶部压力，盾构接收期间刀盘上部土压设定为0.11～0.13MPa。

（4）同步注浆：同步注浆采用初凝时间较短的砂浆（初凝时间控制在8h），同步注浆以注浆量和压力进行双控，注浆量控制在6m3及以上，注浆压力不得小于同深度刀盘设定土压。

（5）严格控制出渣量：①值班工程师必须随时对渣土状况进行观察，做好施工记录；②根据渣土实际情况及时修正掘进参数；③对出碴量进行全程记录和控制，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现必须立即分析原因并采取措施。

3.3.2第二阶段：盾构机刀盘近围护桩掘进

盾构机刀盘距洞门4.8m，主要盾构掘进参数如下。

（1）推力及速度：推进过程中严格控制推进速度和总推力，避免贯入度过大引起的刀盘被卡。推进速度在10mm/min为宜，推力不大于1500t。

（2）土仓压力：严格按照技术交底控制顶部压力，和平西桥站盾构接收期间刀盘上部土压设定为0.1MPa，刀盘转速为0.8r/min。

盾构机刀盘距洞门1.5m，主要盾构掘进参数如下。

（1）盾构推力及速度：推进过程中严格控制推进速度和总推力，避免贯入度过大引起的刀盘被卡。推进速度在10mm/min以下，盾构掘进推力不大于1200t。

（2）土仓压力：逐渐降低土仓压力，满仓掘进，刀盘转速为0.8r/min。

结语

盾构下穿既有运营车站的成功案例能够有效控制既有车站和地表的沉降变形，克服了新建车站与既有车站距离过近、穿越既有车站基础，周边环境复杂的难题，保障了既有线车站的安全运营和新建盾构区间的施工安全。

参考文献

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[2]姚晓明,舒波,李波.新建盾构隧道近距离下穿既有地铁线的安全控制技术[J].现代隧道技术,2020,57(5):243-250.

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