城市地铁盾构施工过运营高铁站接收技术控制与应用

吴四二，夏卫平，颜海峰，潘家奎，孔祥宝，侯力

（合肥地铁既有结构物下盾构施工技术攻关小组，安徽 合肥 230601）

0 前言

盾构法施工技术不断被运用于城市轨道建设。因城市发展需要，需对部分地铁线路进行分期建设，重要站点为多条线路交叉换乘站，此类站点修建过程中一般按照盾构接收、过站及二次始发预留实施。盾构接收是盾构施工中的重要风险点之一，特别是在已运营车站进行盾构接收，易产生泥涌、地面变形等现象，严重影响既有运营车站的安全。目前，国内已有盾构在既有运营车站、高铁线路及重要构筑物等条件下接收的工程案例，但针对安徽地区典型黏土层地质条件下，盾构过既有运营车站的工程经验几乎没有。

在城市地铁既有结构物下盾构施工时，根据掘进模式、地质及环境情况，利用端头加固区试验段，合理控制土仓压力、掘进速度和出土量、严控同步注浆和二次注浆等关键施工技术，减小盾构接收施工对建构筑物及既有运营车站的影响。开展特殊环境盾构接收施工技术研究，对盾构施工安全、保护周边建构筑物及既有运营车站（结构物）安全具有较大的工程实用意义。

1 工程概况

合肥地铁4号线潜口路站～高铁站区间采用盾构法施工，隧道线路出潜口路站后沿高铁路向东进入高铁站，沿线主要建（构）筑物有高铁站西匝道桥（设计风险等级II级，水平最小净距约1.1m）、绿地西地块地下室和既有高铁南站、风亭等。高铁南站为1、4、5号线换乘车站，其中4号线位于高铁南站负4层、沿东西方向穿过合肥南站站区，地铁1、5号线位于负3层，南北方向穿过站房区、正置站房中轴线上，3条轨道线呈“T”字换乘。地铁换乘车站主体结构已与合肥南站主体结构同期建设。

4号线潜-高区间盾构接收端，位于南站西风亭结构下，接收端范围内地层由上而下依次为：杂填土①1层、粉质黏土填土①2层、黏土⑥2层、黏土⑦1层、粉质黏土⑦2层，盾构主要穿越地层为黏土⑥2层，具有膨胀性。

接收端地质剖面图如图1所示。

图1 盾构接收端地质剖面图

2 主要风险点说明

2.1 穿越重要构筑物

盾构接收端穿越重要构筑物为高铁南站西端头风亭。风亭与盾构隧道垂直距离约15m，且在风亭上部还有干挂幕墙结构（如图2所示），鉴于高铁南站属于主要交通枢纽，施工质量及安全措施尤为重要。

2.2 接收端地质、环境复杂

高铁南站为前期预留工程，接收端范围地层已采用直径600mm双重管旋喷桩、相互咬合200mm，从地面进行了加固，纵向加固长度8000mm。施工前，通过现场查看，高铁南站负四层（4号线负二层站厅层）长期处于流水浸泡状态，结构稳定性不明确。另外，4号线下穿风亭结构和运营地铁1号线，接收后进入高铁站站厅层，纵向受限无垂直加固条件。

2.3 接收端头加固

根地勘报告，洞门范围内均为硬塑状粘土，经取芯检测，无侧限抗压强度不符合设计要求，设计采用无收缩双液浆（WSS)进行再加固。

①施工工艺及试验参数的确定

通过试验，验证施工工艺的适用性，采集注浆压力、注浆量、水灰比等控制参数。

②成孔

注浆孔采用钻机成孔，钻杆采用φ42中空钻杆，钻机按照指定的位置就位，并在技术人员的指导下，调整钻杆角度，对准孔位后，钻机不得移位。当加固范围在结构范围外部时，采取打设斜向注浆孔进行土体加固。

钻进成孔：按注浆长度及注浆范围要求，严格控制钻杆深度，慢速运转，根据地层对钻机的影响情况，确定该地层条件下的钻进参数；密切观察溢水、出水情况，当出现大量溢水时立即停钻，分析原因、落实解决办法后继续施工。

③无收缩双液浆加固工艺A、B化学液技术指标参数。

a.注浆扩散半径R暂定0.5m；

b.注浆压力：不大于0.4MPa；

c.入浆率：A、B双液浆约60%；

d.初凝时间：20～40s，为速凝注浆；

e.钻杆回抽幅度：2m（或 3m）；

④加固土体要求具有良好的均匀性、自立性、密封性，9孔流水量的总和<30L/h，若出水量超过限值，重新进行补浆加固。

注浆加固采用后退式注浆，注浆步距分2m和3m两种，从外围到中心注浆施工，当压力突然上升或溢孔，立即停止注浆。

无收缩双液浆加固施工工艺流程图

3 盾构接收前准备

图2 潜口路站～高铁站区间接收端剖面图

按照“方案先行、交底到位”的原则，施工前编制详细的专项施工方案及切实可行的施工技术措施，组织行业内的知名专家进行评审，并对施工管理人员和班组进行精准技术交底；接收前进行模拟掘进试验段，对试验段的关键数据进行及时收集、整理及分析，关键数据包括沉降值、同步及二次注浆量、盾构推进速度等，依托方案和试验得出的总结数据，及时召开分析会，确定最终的掘进参数、沉降控制参数、注浆参数及其他控制数值，由专家级技术顾问跟踪指导,从而为盾构安全顺利过既有运营高铁站提供技术保证。

4 盾构过运营高铁站接收技术控制与应用

4.1 隧道线型控制

线形控制的主要任务是通过控制盾构姿态，使构建的管片结构几何中心线线型顺滑，且偏离设计中心线的距离在容许误差范围内。

4.1.1 掘进控制测量

随着盾构掘进，对盾构及管片的位置进行间断测量，以把握其偏离设计中心线的程度。测量项目包括：盾构的横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口行程、盾尾间隙和管片环中心坐标、底部高程、水平直径、垂直直径、前端面里程等。基于上述测量结果，画出盾构及管片与设计中心线的位置关系图，直接预测下一环盾构掘进的偏差范围。

4.1.2 盾构方向控制

掘进过程中，对盾构姿态及拼装管片的位置选点进行有效的控制；通过调整盾构千斤顶使用数量和设定刀盘回转力矩对盾构方向进行修正；若遇硬地层或曲线掘进，要进行大的方向修正时，则采用仿形刀向调整方向超挖，此时，盾尾间隙减小、管片拼装困难，为确保盾尾间隙，必须进行方向再修正。在盾尾间隙大大减小的情况下，要拼装楔形环管片，以确保盾尾间隙。盾构滚转角的修正，采取刀盘向盾构偏转同一方向旋转的方法，利用所产生的回转反力进行。

4.2 盾构姿态及参数控制

4.2.1 接收试验控制区参数控制

为保证盾构顺利穿越风险源并完成接收，潜-高区间接收施工设定了掘进试验段（距接收洞门100m～40m），在总结分析接收试验段掘进参数的基础下，确定合适的接收控制参数，对控制参数进行专家级分析并运用，是盾构姿态良好的保证。试验段掘进参数记录如下。

图3

盾构掘进参数统计表 表1

结合专项施工方案和试验段掘进控制阶段参数，进一步总结分析，形成了接收段（距接收洞门40m～洞门）质量控制参数：盾构水平姿态控制在±20之间、垂直姿态控制在-30～0之间。具体实际掘进参数如表2（部分）所示。

掘进参数分析表 表2

4.2.2 接收段参数控制

为保证盾构顺利完成接收，通过总结分析接收试验控制区掘进参数，确定了接收掘进参数。

盾构接收掘进参数统计表 表3

4.3 管片姿态控制

潜口路站～高铁站区间右线距离接收端洞门40m处为6.932‰下坡转平坡，平面姿态在掘进至374环后做出调整，即盾构机刀盘未出边坡点处逐步调整，掘进至370环已经紧贴设计轴线（图4），盾构机有左转趋势。

图4 潜口路站-高铁站区间右线333-399环管片实测掘进姿态

4.4 监控量测

穿越过程中加强了地表沉降监测、差异沉降及倾斜监测，监测频率为3次/d，用数据更好地指导施工，保证施工过程中的安全性（下沉控制指标20mm内）。

图5 接收端头监测点分布图

从监测成果（最大量统计表）分析表中得知，监测项目均已达到指导施工的监测目的，监测项目均未超出预报警值，各监测项目在良好的控制范围内。

5 结束语

图6 接收端风亭监测点分布图

图7 建筑物沉降监测累计沉降值统计分布

图8 西侧2#风亭墙面沉降监测沉降累计值分布

图9 西侧2#风亭地面伸缩缝沉降监测沉降累计值分布

图10 西侧2#风亭1层地面沉降监测沉降累计值分布

图11 西侧2#风亭裂缝监测沉降累计值分布

盾构过运营高铁站接收前，根据接收段建构筑物的结构及基础特点，做好环境调查、监控量测、构筑物保护、端头地层加固及充分施工准备工作，开展模拟掘进试验段，接收期间根据试验段掘进参数及监测数据，科学选择土仓压力、合理控制出土量及推进速度、严控同步注浆量和二次注浆、防止盾尾漏浆、加强设备维护等技术措施，确保建构筑物安全及盾构施工顺利进行，通过监测数据反馈，构筑物沉降指标符合要求。通过实践证明，针对黏土层地层采用“水和泡沫进行渣土改良，控制土仓压力在0.10～0.13 MPa之间，盾构掘进出土量控制在51～60 m3之间，同步注浆每环量为4.4～5.0m3，二次注浆压力控制为0.4 MPa。盾尾壳体和管片之间的缝隙中嵌入海绵条等主要施工技术措施”，有效地降低了工程风险，极大地保障了既有高铁站的正常运行，显著提升了工程的安全性，对今后同类工况的施工提供了参考。