地铁盾构隧道施工下穿火车站片区安全风险分析与对策研究

杨茂成

摘 要：昆明地铁1号线环城南路站至昆明火车站站区间，盾构要下穿昆明火车站片区，为了最大限度减少拆迁，降低对既有车站及建构筑物的施工安全风险，研究了7大风险因素及其对策措施，成功穿越既有建构筑物和大范围铁路特等站站场股道，为后续地铁2号线的施工提供了经验借鉴。

关键词：盾构；下穿；站场；施工；风险；研究

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）15-0113-02

1 工程情况介绍

（1）线路情况：为了减少拆迁工作量，昆明地铁1号線的环城南路站至昆明火车站站区间，线路在环城南路站采用竖向重叠隧道（上方左线下方右线），随线路前进方向逐渐扁平展开，到达昆明火车站站时左右两线线路水平平行进站。即便尽最大努力优化线路，线路还是不可避免地要下穿一栋老旧铁路招待所、昆明火车站的地下出站厅、出站地道、火车站无柱雨棚、6个站台和12条股道，侧穿铁路大厦，火车站站前高架及地下停车场等7大高风险建构筑物，是昆明地铁施工安全风险最高的区域，建设难度非常大。

（2）水文地质和工程地质情况：地层岩性复杂软弱，分布在盾构顶板以上的有杂填土、素填土、黏土、粉土、泥炭土、圆砾、粉砂、粉黏土；线路西侧240m就是盘龙江，与本区域有水力联系，水位较高，地表下1.0m-2.0m可见地下水，经检验地下水无侵蚀性。

2 风险识别与对策措施方案

因昆明火车站桩基切断了盾构路径，线路必须选择从火车站与铁路大厦之间影响最小的狭窄区域重叠近接穿过，线路前行进入春城路。在最大限度减少建设风险，成功避开火车站主站房和铁路大厦这一路况下，还要面临和处理以下风险。

（1）风险一：铁路招待所5—6层框架结构，线路选择从该幢建筑的东北角下穿越，因桩群密集，切断了盾构线路，且站前广场地形复杂，又是老旧建筑，不拆除施工风险很大。经技术经济比较，拆除代价较小。采取拆除房屋，拔除盾构路径上的预制桩的方案处理，风险将至最低。

（2）风险二：铁路大厦为6-9层框架结构，基础为钢筋混凝土预制桩，型号为350mm*350mm*12000mm（桩宽*桩宽*桩长）。

（3）风险三：区间线路侧穿火车站站前高架及地下停车场，右线隧道结构外轮廓距离站前高架桥桩基1.724m，距离地下停车场出口桩基0.424m。

为加固稳定地层，防止建筑变形，盾构施工之前，对隧道周围土体进行旋喷加固，旋喷桩型采用φ600@400的旋喷桩，桩内水泥掺量为22%，2批次6组28天钻芯试件，无侧限抗压强度均大于1.0MP，满足设计要求。

（4）风险四：东北侧地下出站厅墙下桩基为PCA400预应力管桩，桩径为400mm，桩长大于20m，柱下桩基为直径600mm的钻孔灌注桩，桩长大于24m。地下出站厅的桩基已经切断盾构线路，并有93根抗拔桩侵入盾构结构。在盾构前临时拆除地下出站厅，拔除侵入盾构结构的桩基，地铁盾构竣工稳定后，还建地下出站厅。

（5）风险五：区间线路下穿火车站南侧出站地道，因南广场未开通，暂时未开通投入客流疏散使用。其结构与右线盾构隧道结构竖向最小净距9.173m，严格控制盾构参数与变形，防止沉降和隆起超标（-10mm，+5mm）。

（6）风险六：盾构穿越火车站股道，有4处近接无柱雨棚桩基础，无柱雨棚的桩基础采用直径600mm的钻孔灌注桩，桩长大于30m，盾构外侧与雨棚桩基础的距离分别是：A断面左线0.70m，右线0.87m；B断面左线0.95m，右线2.23m；C断面左线2.32m，右线3.13m；D断面左线8.78m，右线被切断。

ABC三处无柱雨棚基础，通过精准控制盾构穿越桩群；D处在右线盾构隧道内，路径被切断，因不能拆除，采用了托换桩基的方案处理，是该区域化解风险技术措施较复杂的项目。

施工顺序：1250mm钻孔桩—--托梁制作—--焊接包裹雨棚柱----旋喷加固地基土体----挖破桩孔----破除雨棚柱桩基----C10素混凝土回填——再压浆充填密实：

1）雨棚柱的托梁桩基础，采用直径1250mm的钻孔桩，桩长分别为37m、18m；梁的长宽高分别为10.6m*1.5m* 1.8m。托梁包住雨棚柱的同时，要在雨棚柱上焊接钢板，锚固在托梁上，再用混凝土进行包裹，形成新的桩基托梁体系，支撑雨棚柱分担的承重。见图1桩基托换平面位置图。

2）在开挖破桩孔前，采用旋喷加固技术，地层在地层加固范围长4.75m，宽4.60m，深度21.0m。φ600@400的旋喷桩，桩内水泥掺量为18%，6组28天钻芯取样试件，无侧限抗压强度均大于大于1.0MP，满足设计要求。

3）在要破除的雨棚柱基础边0.65m处，采用人工开挖破桩孔，桩径1.50m，深度19.0m。

在原桩与隧道相交的下缘往下1.0m的位置，按照1.5m的高度开挖水平孔，用可拆卸的16工字钢支护，接近原桩并凿除，空腔用C10素混凝土回填，预埋加固注浆管；之后往上开挖第二个循环，总共6个循环可以确保全部拆除侵入盾构路径的原桩，用C10素混凝土回填辅助破桩孔，在盾构推过后，利用预埋管注水泥砂浆充填开挖回填空隙，使之密实防止沉降变形。完成全部托换工作，以保护无柱雨棚免受拆除与重新恢复而产生的巨大工作量，以及由此带来的既有线施工安全压力。见图2旧桩破除方案示意图。

（7）风险七：下穿火车站12条股道及6个站台。这是昆明地铁施工利用盾构技术穿越的最大运营火车站，总共12条股道加6个站台，隧道结构最小覆土厚度为8.964m。受周边建筑环境影响，地铁线路与车站线路以73°的平面角度下穿，总长度103m。穿越要克服的最大风险就是控制地面股道的变形，保证车站安全运营。采取措施如下。

1）设备选型：在分析我国其他城市成果经验的基础上，了解盾构机设备的特点，再结合昆明地区的工程地质水文地质特点，最终选择采用土压平衡盾构机，德国海瑞克S-652/S-653盾构机（直径6410mm），承担施工任务，其刀盘开口率38%，主要切削刀具31把。

2）地面变形控制指标的确定：采用变形累计值和变形速率双控指标进行控制。累计变形控制值为-10mm，+5mm；变形速率速率控制值±2mm/d，这是昆明地铁建设中最严格的控制指标。

施工期间建立了完善的施工方和独立第三方监控量测系统，施工过程采取变形与盾构推力、出土量、注浆量、推进速率等的线性相关性分析，及时分析纠偏，施工期间沉降最大为-8.7mm，没有出现隆起现象，沉降变形成功控制在预先确定的范围内。

施工确定了必须开展监测的项目6个：进行洞内及洞外巡查，地表沉降与隆起，管片衬砌变形，建筑物下沉倾斜，地下水位观测。

3）推进参数的试验确定：为了保持开挖面的稳定，防止欠压、过压推进，严格控制出土与盾构推进速度的关系，防止过量出土与出土不足。进入股道前，根据先推段的推力、刀盘扭矩、推进速率、出土量、注浆压力与变形值的线性关系取得的盾构机推力10000～12200KN；刀盘扭矩1900～2300KN/m推进速率在12～28mm/min；出土量控制在39立方米左右；注浆压力控制在0.15～0.3MP以内，同步注浆量4.47立方米。穿越股道时盾构机上部土压力值为93.6kpa---106.4kpa，左线为71.3kpa---90.3kpa；每一环的出土量控制在39.21立方米；二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，最大注浆压力为0.3Mpa，以解决弥补同步注浆不足，这是严格防止地表沉降的有效手段，严格控制压力，保证是填充注浆而不能是劈裂压浆。

同步注浆与二次注浆：尽快在盾构脱出后的衬砌背面充填浆液材料，做到量足，时间及时；同时要根据现场监测情况做好再次补注浆。

4）保障设备完好及姿态控制：进入股道前，全面整修盾构设备，消除隐患，做到避免长时间停机、防止了螺旋输送机喷涌砂、盾尾和铰接部位漏砂，没有造成地层损失，克服加大沉降变形。控制好多个姿态，避免了盾构大幅纠偏、上浮、磕头发生。

5）列车限速：盾构下穿股道，列车限速45km/h，并对轨道进行整道，取消原有垫片，利于盾构穿越时沉降超标，采取加垫片起道措施。

6）下穿股道范围采用洞内注浆加固措施。该区间部分隧道为上下重叠近接隧道，最小净距为1.8m，上层隧道的覆土厚度最小为5.5m，施工风险较大。施工顺序上采用先施工下层隧道右线，在下层隧道变形监测稳定后，才施工上层的左线隧道，施工区间严格控制了盾构总推力及土舱压力参数，同时对下方隧道进行监测，防止过大的附加变形的产生。

为了有效控制地层变位，减少盾构施工对车站环境的影响，在盾构施工通过之后，再次在洞内，从预留以隧道衬砌外缘以外3.0m内的土体进行了土体加固，加固土体无侧限抗压强度均大于大于1.0MP，满足设计要求。

经过多年跟踪监测，地铁隧道设备和昆明火车站站场设备稳定，运营状态安全。

3 结语

地铁通过高风险复杂区域，线路的选择是化解重大风险的最可靠的措施，本案成功避开了火车站主站房和铁路大厦；再对盾构穿越建构筑物复杂区域的全部风险因素进行识别，采用拆除、加固、托换、优化盾构推进参数等措施逐一化解风险，使得盾构穿越了昆明最复杂的火车站区域，为今后穿越类似复杂区域的2号线施工提供了经验借鉴。

参考文献

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