盾构先行过站对地铁车站施工的影响及处理措施

钟育刚

(中铁隧道股份有限公司，河南郑州 453000)

0 引言

为有效缓解日益拥堵的交通压力，地铁已经成为我国很多大城市的首选公共交通工具而大力建设。盾构施工技术在地铁区间隧道建设中逐步占据主导地位，因受拆迁、场地移交、管线改移、文物保护等因素制约，在施工地铁车站时常常出现无法按施工期完成的状况，导致盾构机无法正常过站，当车站工期严重滞后时，可采用盾构先行过站后再施工车站的顺序。

1 工程概况

圆明园站为地下双层岛式车站，双跨单柱、双层矩形结构。基坑东西走向，全长184.45 m，宽18.7 m，深 15.742 m，车站主体工程采用明挖顺作法施工。由于车站施工中出现文物保护问题，施工组织未能如期推进，盾构无法正常通过圆明园站，如停机等待，坚持原左、右线盾构机从车站底板通过的方案，则左线盾构机至少停机5个月，右线盾构机至少停机9个月。同时，由于处在运输通道上，在进行下个区间隧道掘进时，会对车站站台层附属结构施工造成影响，为满足总体交付铺轨的工期要求，采取盾构直接掘进通过圆明园站，然后再进行圆明园站施工的方案。

2 先隧后站对车站施工的影响

盾构过站后车站施工中必然要受成型隧道的影响，部分工序无法按原设计组织施工，对车站基坑稳定和施工安全造成影响，重点要解决的是盾构隧道和车站衔接区域围护结构、地层加固无法达到设计深度，钢支撑位置调整，防止地下水通过管片背后环形间隙流入基坑，车站范围隧道管片拆除等问题。

3 对车站围护结构影响及处理措施

3.1 围护桩桩长调整

根据盾构隧道已施工的现状，车站东西两端区间隧道洞门范围内钻孔灌注桩无法按原设计桩长施工，桩长调整为地面到区间隧道顶部20 cm，洞门范围外钻孔灌注桩桩长不变。盾构隧道上方钻孔桩长度由原设计21.63 m调整为7.0 m～8.434 m。车站东西两端围护结构钻孔桩由原设计的1 200 mm间距加密至1 000 mm间距。

在钻孔灌注桩施工前，对该位置的盾构隧道进行高程复测，精确计算隧道顶部标高。施工过程中要根据地面实际标高和隧道实测高程精确控制围护桩的深度，保证调整后的围护桩桩长。

3.2 端头加固及压密注浆

为保证基坑开挖的施工安全，需对基坑东西端头进行加固。加固范围为沿线路纵向4.4 m，采用7排φ800 mm旋喷桩进行加固，旋喷桩桩间咬合10 cm，梅花形布置，见图1。为减少洞门范围内旋喷桩对成型隧道的影响，加固深度为地表至区间隧道顶部以上50 cm，洞门范围外加固深度同钻孔灌注桩。

图1 车站端头旋喷桩加固示意图

为保证加固区的止水效果，在旋喷桩施工完成后从地面向下钻孔对加固范围内进行压密注浆堵水，与端头加固的旋喷桩组合形成一道隔水墙，注浆孔布置在端头加固范围内的左右线隧道中线上、中线两侧各2 m位置，注浆孔纵向间距1 m，一个端头设压密注浆孔24个，加固深度为地面至区间隧道顶部以上10 cm，采用水泥—水玻璃双液浆加固。

3.3 围护桩外放调整

圆明园站西侧标准断面围护结构内侧距离隧道中线2 850 mm，盾构机开挖半径3 150 mm，如果盾构机按原设计隧道中线掘进则掘进轮廓将侵入围护结构钻孔灌注桩300 mm。为保证侧墙围护结构施工时避开隧道管片，盾构到达圆明园站西端后首先以一条长为22.7 m的圆曲线将盾构机轴线位置向内转弯避开侧墙围护结构，然后以直线继续向前推进，同时将圆明园站西端头阴角处10 m范围内围护结构拉直，与车站扩大端头围护桩结构齐平，即将该范围内的围护结构外放1 850 mm，围护桩外放后与车站结构侧墙间空隙采用C15素混凝土回填，见图2。因围护桩位置调整，影响范围内的3根钢支撑对撑长度增加1 850 mm。

4 隧道和车站衔接区管片注浆止水及隧底土体加固

4.1 管片背后二次注浆止水

为防止地下水通过管片背后环形间隙从洞门位置渗漏并流入基坑，影响基坑的稳定，在基坑开挖到该位置前通过注浆孔向管片背后进行二次注浆止水，形成注浆止水密封圈。

1)加固范围为区间隧道靠车站端各10环管片(包括洞口零环)，总共40环管片需进行背后二次注浆止水。2)逐一检查并再次紧固管片连接螺栓。3)每环管片注浆孔数量为5个(C块吊装孔不注)，采用注浆机向管片背后注入水泥净浆。水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为1∶1，注浆压力为0.4 MPa，浆液扩散距离按0.2 m计算，每环管片注浆量为4.67 m3。4)为掌握注浆过程的管片位移情况，全过程进行管片变形观察和监控。

图2 围护桩调整前后对比图

4.2 端头零环管片底部钻孔注浆加固

因端头加固隧道底部位置无法实施，为避免基坑开挖时影响区间隧道结构的稳定，在洞口零环管片底部钻孔对地层进行小导管注浆加固，深度为管片底部以下3 m。在零环管片上布置前后2排注浆孔，排距600 mm，每排注浆孔布置在隧道中心两侧各2.1 m投影范围内，孔间距为600 mm，每排布设注浆孔8个，两排共计16个。采用水泥净浆，注浆压力控制在0.5 MPa。

5 基坑支护调整

5.1 端头钢支撑架设调整

车站原设计三道钢管支撑，受区间隧道影响，东西两端隧道洞门范围内钻孔灌注桩只能施工到隧道顶部20 cm，处于断开状态，同时在车站东西端头第三道斜撑受隧道影响，无法架设。为保证端头处基坑的稳定性，将第三道斜撑上移到隧道顶部加强支撑，隧道管片拆除后在原设计第三道斜撑位置改用水平对撑以保证端头基坑南北方向围护结构的稳定性，见图3。

5.2 端墙增设锚索加固

车站东西端头原第三道斜撑上移到隧道上方，增设第四道水平对撑后，在车站端墙左右线隧道区域外，第三道斜撑以下7.98 m开挖范围的钻孔桩没有架设支撑，无法保证围护结构的稳定性，增设锚索进行锚固支撑。

布设4道锚索，每道5束，共计20束，在隧道外侧距中线4 m处各施工1排，两隧道间施工3排，排距2.5 m，竖向间距2 m，钢腰梁采用两根并列Ⅰ45C型钢。

锚索加固范围见图4，锚索施工参数见表1。

图3 车站端头钢支撑调整对比图

图4 锚索加固范围示意图

表1 锚索施工参数表

6 土方开挖及管片拆除

经过对竖向土层压力、侧向土压力、管片自重、静水压力分析，在没有降水的情况下车站基坑开挖至距地面9.98 m(隧顶覆土厚度为9.4 m)深处时管片压力平衡，即开挖基坑至隧道管片顶部时整个隧道处于稳定状态，只产生因应力释放发生的小变形。

当开挖至隧道1/2处时，上部土压力消失。此时，隧道管片受到自重和静水压力的作用，而静水压力明显大于管片自重，故采取降水措施，经计算降低后的水位线应位于隧道中心线以下2.23 m。考虑降水效果等不利因素现场实际将水位线降至车站底板标高下1.5 m处。

根据隧道受力分析结果结合实际施工情况，管片拆除要点如下:

1)将地下水位线降至车站结构底板标高1.5 m以下位置，保证降水的连续性，以有效保护基坑及既成隧道的稳定性。2)将车站与隧道接口处两环管片的连接螺栓拆除，以防止在拆除车站范围内管片的过程中管片上浮变形带动既成隧道产生向上的位移。3)采用分段开挖的方法，将整个车站分为6段，每段长度为30 m左右，从西向东施工，每段首先开挖到管片顶部位置，采取从上到下、左右对称的方法开挖管片左右两侧土体，保证管片侧向受力均匀，开挖到管片水平中线位置后采用50 t履带吊拆每环管片的顶部3块管片，然后继续开挖管片中线以下的土体，待管片全部露出后拆除底部剩余的3块管片。拆除管片时首先破除圆明园站最西端的一环管片将整个隧道的应力释放出来，然后采取由西向东的顺序逐步拆除管片。4)为保证基坑开挖和管片拆除的施工安全，在整个开挖过程中加强监控和监测，记录隧道在各个开挖阶段产生的位移变形等，并能及时有效的采取应急措施。

7 结语

通过本工程实例验证，当盾构无法实现正常过站，影响项目总工期时采取盾构直接掘进过站，再进行车站施工的方案，能够解决工期矛盾，但必须解决好围护结构补强、管片拆除等影响车站基坑稳定和施工安全的问题，同时需考虑以下几点:

1)本工程车站范围内隧道管片拆除废弃308环，造成较大资源浪费;2)车站基坑开挖工效严重降低，且要进行锚索施工、管片拆除等工序，工序干扰较大;3)管片拆除前需对区间隧道影响范围段(30 m)内管片安装拉紧装置，并加装内支撑加固;4)管片拆除期间，基坑内大量泥水流入区间隧道，增加清理工作量。

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[3] 高爱林，金 淮.北京地铁区间大盾构先行浅埋暗挖法扩挖车站致险因素与对策[J].隧道建设，2010(5):33-35.

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