地铁盾构直穿临江风井关键施工技术

沈 峰

地铁盾构直穿临江风井关键施工技术

沈 峰

摘 要：杭州地铁2号线钱塘江区间所处周边为高深埋、高水压环境，盾构施工中采用左、右线盾构独立进行冻结、水土回填，以及井内掘进进出洞施工的土压平衡盾构穿越中间风井施工技术，安全顺利地完成盾构穿越中间风井施工，有效地解决了盾构进出洞的风险问题。

关键词：地铁；盾构直穿风井；施工技术

沈峰：厦门轨道交通集团有限公司，工程师，福建厦门 361007

1　工程概况

杭州地铁2号线一期工程钱江世纪城—钱江路区间为穿越钱塘江全地下区间，长3.1 km，采用盾构法施工。区间在钱塘江两岸各设风井1座，区间设4座联络通道，其中江底2号联络通道设泵房1座。江北风井位于钱塘江北岸，距钱塘江约200 m，风井为地下4层风井，长19.4 m，宽24.6 m，埋深约27 m（图1）。

江北风井进出洞段地层地质条件复杂，盾构进出洞段穿越的土层主要为：③61层粉砂夹砂质粉土、③62层粉砂夹砂质粉土、⑥2层淤泥质黏土、⑦2层黏土，盾构进出洞时有涌砂涌水的风险。

江北岸场区水层厚度1 6 . 6 ～21.7 m，详勘期间潜水静止水位埋深3.0～7.60 m，高程3.1～-1.39 m；江北潜水位局部深埋深7.60 m，主要原因是北岸填层厚，且邻近区域有大量在建工程，降水现象较多。

承压水主要分布于深部的(12)1层粉砂、(12)2砾砂、(12)4层圆砾、(14)1含砾粉细砂和(14)3圆砾层中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和黏性土层（⑥、⑦、⑧和⑨层）。承压水位埋深在地表下7～10 m，相应高程-0.6～-3.8 m。

2　关键施工技术

江北风井结构尺寸较小、埋深较深，穿越断面上存在较厚的砂层，并受到潜水和承压水的双重影响，极易发生涌水涌砂。左、右线盾构进出洞段平面线型均为直线，坡度为+28‰。从施工风险及轴线线型方面考虑，采用井内回填土盾构直接穿越方案比起常规盾构在井内接收后再次始发方案更为有利。

在方案制定时，考虑到右线盾构掘进过程中超前于左线盾构掘进，这使得右线盾构距离江北风井较左线盾构近。根据右线盾构推进参数判断，右线盾构在到达江北风井时无需检修和对盾构刀盘改制，而左线盾构距离江北风井较远，不能确切判断在盾构到达江北风井时是否需要检修，因此，采用了在江北风井设置1道临时钢筋混凝土中隔墙，并采用左、右线盾构独立进行冻结、水土回填以及井内掘进的施工方案，总体施工流程如图2。

2.1前期准备工作

(1）洞门处加固。本次江北进出洞地基加固均采用垂直冻结法进行加固。

(2）中隔墙浇注。为确保左、右线盾构在独立回填水土后可以直接穿越江北风井，在江北风井左、右线隧道间浇注1道临时钢筋混凝土中隔墙，中隔墙长15 m，高19.13 m（高出下1层中板0.5 m），厚度底部为0.5 m，顶部为0.4 m，同时，设置4道609钢支撑用于支护回填水土所产生的侧向压力。待左、右线盾构均完成进出洞施工，回填土清理及洞圈封堵完成后，最后将临时钢筋混凝土中隔墙凿除。

(3）洞圈复测。待风井结构施工完成后，在风井回土之前应完成对左、右线洞圈的复测工作，以确保盾构后续进出洞顺利进行。洞圈复测前应先完成过江水准点和钱塘江两岸导线控制点的联测工作。

(4）风井底部基座铺设。基座采用素混凝土与自拌砂浆相结合，先浇注混凝土（C20）至洞门圈底部；然后在洞圈底部浇注至盾构机底部之间浇注自拌砂浆，高度15～18 cm，砂浆强度为≤1 MPa(28天抗压强度)。这样既能保证盾构机在风井内的姿态控制，也不用担心混凝土基座强度太高影响盾构机井内的推进。

(5）风井井内回填。待洞门处地连墙凿除后，进行井内回土。左、右线风井井内的水土回填深度为15 m左右（回灌水土压密实后深度下降至下2层中板附近，盾构中心覆土8 m左右），左、右线风井水土总计回填量分别约为2 320、2 250 m3（图3）。井内每回土3 m左右应进行整平夯实，整平夯实采用挖机进行。考虑到盾构进出洞时穿越原状土易于控制隧道轴线，故待井内全部回填后，冻结停止施工，拔除进出洞洞圈范围内的冻结管，并及时回填密实。为避免风井外地下水通过洞圈渗入井内，回填后在井内回灌水，保持回填土含水量，回灌水至下1层中板处。

(6）支撑设置及安装。所有支撑均采用Φ609 mm钢管，并根据支撑位置布置预埋钢板。支撑从上到下共布置4道，每道支撑的数量根据侧向水土压力进行设计布置。考虑到右线盾构穿越江北风井后，底部2道支撑被成形隧道挡住无法设置水平支撑，因此，在右线底部2道支撑采用斜撑的方式。具体过程为：①右线盾构进出洞期间共布置5道支撑，左线布置4道，右线布置最底部1道斜撑。由于右线盾构进出洞完成后，右线最底部1道支撑将没有足够空间进行安装，因此将右线最底部1道斜撑预先安装；②右线盾构进出洞完成后，对右线风井进行清理并逐步拆除左线4道支撑，左线盾构的回填土从右线翻运至左线，同时根据回填土土位从下到上完成剩余3道支撑的安装；③左线盾构进出洞完成后，对左线风井进行清理并逐步拆除右线4道支撑（图4）。

图2　施工流程图

图3　水土回填示意图

图4　盾构进出洞期间支撑布置图

2.2盾构进洞

(1）盾构进洞时，先核准里程，及时调整盾构姿态，安排好管片排列。在地连墙前、后（含地连墙），设置5环设有注浆孔的管片。在江北风井内紧靠进出洞区域，再分别设置2环设有注浆孔的管片。

(2）待盾构机前排注浆孔进入地连墙前端靠内衬墙处时（图5a），暂停掘进，通过盾构机前排注浆孔环圈跳孔压注同步注浆浆液。

(3）待盾构机后排注浆孔进入地连墙前端靠内衬墙处时（图5b），暂停掘进，通过盾构机后排注浆孔环圈跳孔压注同步注浆浆液，并与前排错开。

(4）待增设有注浆孔的管片进入地连墙并且盾构机脱出盾尾后，及时对管片注浆孔环圈跳孔压注单液浆和双液浆（图5c）。

(5）盾构进江北风井后，对地连墙外管片注浆孔全孔二次压注单液浆。

(6）盾构机盾尾脱出骑于内衬墙部位的背覆钢板环管片（图5d）。

(7）盾构机注浆后在江北风井内时及时疏通好盾构机注浆孔，待出洞时备用。

(8）穿越江北风井时，管片全部闭口环掘进，管片类型尽量采用浅埋直线型。

(9）待盾构进入江北风井后，应对脱出盾尾刷的管片注浆孔进行注浆。浆液以单液浆为主，注浆压力控制在0.3 MPa以内。

2.3盾构出洞

(1）待盾构机前排注浆孔进入地连墙前端靠内衬墙处时（图6a），暂停掘进，通过盾构机前排注浆孔环圈跳孔同步注浆。

(2）待盾构机后排注浆孔进入地连墙前端靠内衬墙处时（图6b），暂停掘进，通过盾构机后排注浆孔环圈跳孔同步压注注浆浆液，并与前排错开。

(3）盾构机盾尾脱出骑于内衬墙部位的背覆钢板环管片（图6c）。

(4）待增设有注浆孔的管片进入地连墙并且盾构机脱出盾尾后，及时对管片注浆孔环圈跳孔压注单液浆和双液浆（图6d）。

(5）盾构出江北风井后，地连墙外管片注浆孔全孔二次压注单液浆。

(6）盾构机注浆孔在注浆后及时疏通好，待钱江路站进洞时备用。

(7）穿越江北风井时，管片全部闭口环掘进，管片类型尽量采用浅埋直线型。

(8）待盾构出江北风井后，对风井地连墙外5环管片注浆孔进行注

浆。浆液以单液浆为主，注浆压力控制在0.3 MPa以内。

2.4井内掘进

(1）盾构进出江北风井时，根据推进参数及盾构姿态等可以进行刀盘转动。原则上在进出江北风井推进时出土量应略少于理论方量，以尽量对井内土体保持有一定的挤压效果。

(2）井内掘进期间考虑到回填土可能存在局部不密实，盾构姿态突变的情况，盾构司机需要密切关注盾构机左右、上下千斤顶行程差及盾构姿态等施工参数，有变化及时纠偏并加密监测。

(3）进入风井地连墙前5环和出风井地连墙后5环均应加大同步注浆和壁后注浆量，确保浆液在洞圈附近密实堵塞建筑空隙及渗漏通道。

图5　盾构进洞流程图

2.5洞圈封堵

洞圈封堵以注浆为主，待区间隧道掘进至钱江路站后，进行江北风井的回填土开挖。待开挖至隧道顶部后，边开挖边用弧形钢板进行洞圈的封堵。

图6　盾构出洞流程图

3　施工监测

盾构出洞后实际最大切口高程偏差仅为26 mm，盾构姿态控制良好，地表累计最大沉降仅为6 mm，近邻的交通银行及庆春路隧道虽然在盾构穿越期间有沉降，但沉降基本控制在2 mm以内。

4　结束语

由于工作井洞圈直径(6 700 mm)与盾构刀盘外径(6 410 mm)存有一定间隙，盾构穿越风井后，二次开挖风险高。虽然在施工期间，加大了进洞环及出洞环处的同步注浆及二次注浆量，但为了防止盾构穿越期间土体从该间隙中流失，洞门混凝土凿除后，可以尝试挂网喷射砂浆进行缩小洞门圈的施工，减小盾壳与洞门的间隙，这样既能减小二次开挖风险，同时也利于后期的环箍注浆封堵。

参考文献

[1] 杨书江, 孙谋, 洪开荣. 富水砂卵石地层盾构施工技术[M]. 北京:人民交通出版社, 2011.

[2] 汤漩, 吴惠明, 胡珉. 盾构隧道施工风险知识管理系统的设计开发[J]. 地下工程与隧道, 2006(4).

[3] 张斌. 盾构在复杂地质条件下的进出洞施工技术[J]. 隧道建设, 2009, 29(3).

[4] 周文波．盾构法隧道施工技术及应用[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2004.

[5] 张风祥, 傅德明, 杨国祥. 盾构隧道施工手册[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005.

责任编辑 朱开明

Construction Technology of Metro Shielding Directly Passing Riverside Shaft

Shen Feng

Abstract:Hangzhou metro line 2 at Qiantang River section locates in the surrounding environment of deeply buried soil and high water pressure. In shield construction, it uses left and right lines for shield independent freezing, water and soil backfill, and shaft excavating in and out portal construction with earth pressure balance shield crossing construction technology of intermediate air shaft. The construction for the intermediate shaft shield crossing is safely and successfully completed, effectively solving the risk problem of shielding in and out portal.

Keywords:metro, shield directly across air shaft, construction technology

收稿日期2014-06-28

中图分类号：U455.43