基于昆明轨道五号线盾构下穿既有隧道施工技术研究

底龙飞

(中铁十六局北京轨道交通工程建设有限公司, 北京 101100)

在我国省会城市地铁建设中，由于交通线密集，不可避免会下穿既有交通工程如既有地铁线、市政建筑等[1-4]。昆明轨道交通5号线工程是昆明市政交通较为重要的一个项目，全长29.96km，覆盖五华区、盘龙区、度假区、西山区、官渡区等重要区域，本文主要针对昆明轨道五号线下穿其他交通线的方式进行研究，在对该项目昆明北站站-圆通公园站区间沉积层的工程地质特征和岩土体物理学特征的基础上，结合当地特有的施工和运营环境对已有的轨道盾构施工技术进行改进。

1 工程概况

昆明北站站-圆通公园站区间采用盾构法进行施工的区间，盾构机为铁建重工土压-泥水双模盾构机，由昆明北站始发，圆通公园站接收。隧道结构采用外径6.2m，内径5.5m，厚度0.35m的平板式单层预制钢筋混凝土管片衬砌。

本区间在左DK4+561.290～左DK4+578.343，右DK4+561.302～右DK4+578.364里程范围内下穿已运营的昆明地铁2号线隧道，交叉段5号线左线拱顶埋深28.3m，右线拱顶埋深约为20.3m，5号线盾构隧道与2号线盾构隧道最小竖向净距为2.481m。

本区间线路出昆明北站后以竖向重叠形式前行，下穿云南省铁路博物馆、轨道交通2号线盾构区间(已运营)、北站隧道(侧穿桩基)，而后线路逐渐由竖向重叠并行过渡为水平并列前行，依次下穿昆北新村铁路小区、省医药公司、环城北路、盘龙江、小菜园村后进入圆通公园站。本段右线线路设置平面曲线2个，曲线半径分别为1 000m、450m；左线线路设置平面曲线3个，曲线半径分别为1 000m、1 200m、440m。本区间设置联络通道一座，外挂泵房两座。

右线线路以2.0 ‰的坡度下坡出昆明北站后，以4.000 ‰的坡度下坡280m，再以4.000 ‰的坡度上坡300m，而后以17.240 ‰的坡度上坡370.000m，接着以2.0 ‰的坡度上坡进入圆通公园站。左线线路以2.0 ‰的坡度下坡出昆明北站后，以4.000 ‰的坡度下坡340m，再以26.765 ‰的坡度上坡591.041m，而后以2.0 ‰的坡度上坡进入圆通公园站。

本区间所穿越地层的上部为粉质黏土、粉土，局部夹流塑～可塑状泥炭质土；下部为圆砾土、粉细砂及粉土层为主、粉质黏土及泥炭质土层成层状分布。圆通公园站至翠湖站区间场地下伏基岩为二叠系下统阳新组(P1y)灰岩，共揭露溶洞12个，溶洞洞高0.50～4.00m，以串珠状溶洞为主，见洞率75 %，线溶率18.85 %，岩溶强烈发育，多为全充填，少量无充填。同时分布着人工填土、软土和膨胀土这类特殊岩土。

本区间附近地表径流主要为盘龙江，地下水类型有上层滞水、孔隙潜水、风化裂隙水和岩溶水四类。其中上层滞水动态受季节控制，主要接受大气降水渗入补给，对拟建工程影响小；孔隙潜水的主要含水层为场地内粉土层、圆砾层、粉砂层，层间水力联系较弱，透水性一般，主要接受大气降水补给，总体富水性中等～较好；风化裂隙水主要赋存于二叠系下统阳新组灰岩灰岩风化裂隙中。场地灰岩裂隙发育程度较差，主要靠上层孔隙水补给，水量一般较小；岩溶水，主要赋存于溶孔、溶蚀裂隙和岩溶管道中，富水性及透水性不均匀，地下水的分布也极不均匀。

2 工程难点

本区间的工程难点主要分为地下连续墙施工、基坑土方开发和钢支撑架设、盾构施工、确保工期四个方面。昆明北站是昆明轨道交通4号线和5号线的换乘站，为地下4层车站，由4号线施工单位代建，车站本身的施工就存在诸多难点，本文重点论述盾构施工，故笔者通过调查和实地考察简要概述该车站施工对盾构施工有影响的重难点。

(1)地下连续墙施工，地下连续墙施工本区间围护结构连续墙均位于软弱地层中，不良地层为圆砾土层、砂层。其中穿金路站围护结构连续墙最大成槽深度52.847m，主要位于圆砾土层、砂层、粉土层中，含水量较大，确保连续墙施工质量是关键。为此该施工团队在进行围护结构连续墙施工前，根据地层的情况，详细编制了专项施工方案，并邀请专家进行内部评审，确保方案具有可行性，针对性。并且选择合适的施工机械和施工方法，保证连续墙成槽的施工质量和进度。同时连续墙过程中实时监控泥浆质量，根据地层情况对泥浆参数进行调整，避免塌孔。

(2)基坑土方开发和钢支撑架设，本区间周边有多栋楼房，大部分在基坑开挖影响范围内，基坑开挖及结构施工阶段影响较大。所以相关施工团队要保证围护结构质量，认真做好基坑开挖过程中地下水的处理，及时施作支撑的同时在基坑开挖时采取的技术保障措施，并且要加强监控量测，保证相关质量。

(3)盾构区间始发段的洞门加固、注浆和冷冻法施工安全和质量控制，本标段该区间盾构始发段位于圆砾层，在动力作用下，土体结构容易破坏，且地层较深、地下水丰富，施工风险较大。经过多次研判，决定采用冷冻法施工。同时加强相关监测，并保证应急物资配备到位。

(4)施工合同要求相应期限内完成，本区间施工受滇越米轨的恢复工期节点的影响，4号线和5号线的配合施工，尽快提供场地，保证米轨恢复工期节点是该工程的难点。相关团队需要做好工期筹划，统筹全局，找出关键节点，集中解决。同时建立工期组织机构，通过合理的技术措施、组织措施、利用科学的管理方法，加大人员、材料、设备的投入，并且安排专人跟踪进度，同时做好接口协调工作，保证接口的顺利衔接，从而确保工期。

3 地铁5号线施工技术

3.1 既有2号线股道保护措施

盾构作业时诸多因素都能引起既有2号线隧道发生变形或股道隆沉，一般有盾构掘进参数或注浆参数选用不合理极易致使盾构出现偏差，因此在盾构施工时，尤其进入重要构建筑物前的始发段的参数采集是盾构施工的首个重点。这需要加大监测程度，总结规律及变化，以监测数据验证和指导相关参数的确定，按照现场工程出现的状况，采用最合适的方案和掘进参数减小地表的变形。

3.2 盾构下穿昆明轨道交通2号线施工总体筹划及施工流程

上文提及，昆明北站站作为昆明北站站-圆通公园站的始发站，为地下四层站，5号线在本站是上下重叠始发出洞，按照重叠隧道先下后上的方式，左线盾构机首先进行推进。要合理降低地表沉降，右线盾构机要在左线盾构掘进25d后开始工作，要保证地层充分稳定时才能再次开始下穿作业，预防2号线隧道及铁路股道二次沉降的发生。

3.3 盾构机选型

综合昆明北站各种相关地质条件，本次工程所采用的盾构机是中铁建工的土压/泥水双模盾构机，此型号盾构机具备土压盾构和泥水盾构的双重优点，适用于各类复合型地层。其盾体为梭形结构，盾体钢材使用优质合金结构钢Q345B，盾体有着优秀的强度和承压能力；复合式刀盘采用主梁加副梁设计，各结构配置更换方便；主驱动密封性和承压性良好，能够承受复合地层对刀盘的片在，安全方面相较传统土压盾构机来说更为优秀。

3.4 施工组织

在施工前，从安全影响评估、专项设计、监测方案、专项施工方案和应急预案对下穿2号线地铁保护方案进行详细的专家评审，确保施工安全。按方案组织施工，做好设备、人员、物资等的准备，进行开工前条件验收，同时对区间沿线重要构建筑物和既有2号线隧道进行监测点位布设，监测铁路股道变形情况，每日都要进行隧道监测。成立应急联动指挥部，时时将施工情况进行反馈，按方案做好应急准备。

在进行下穿施工前，相关团队与铁路部门展开了积极沟通，并且设置相应的试验段，同时成立了领导小组和协调小组，对现有的线路进行几何尺寸整正作业，保证人员、设备、施工材料的准备工作；在施工期间设置驻站联络员，对运营2号线在下穿影响区段进行限速，委托检测单位对施工进行实时的检测与分析，保证随时处于警戒状态，同时对盾构工程不同阶段的地面沉降进行监测控制。

3.5 盾构始发洞门漏水问题

3.5.1 漏水原因

本文综合研究以往类似项目的相关问题，盾构始发洞门漏水问题一直是盾构施工的难题。笔者对盾构始发洞门漏水问题的原因进行了研究。

(1)洞门加固，常见问题是加固段与围护结构有间隙，止水不严。

(2)洞门止水帘布质量和安装质量问题。

(3)壁后注浆和二次注浆的及时性和注浆量控制问题。

(4)盾构机出洞的姿态和位置准确性。

(5)管片的质量问题，如管片的制作预验收把控不严、管片损坏、管片的止水条等防水设施缺陷、管片拼装错缝或损坏等，进而出现漏水的情况。

3.5.2 解决漏水措施

结合昆明轨道5号线的实际，笔者和相关团队在施工前制定和采取了以下防护措施来解决盾构始发洞门漏水问题。

(1)严保盾构始发洞门加固质量，围护结构和加固体过渡密合。笔者所叙述的洞门加固设计采用钻孔咬合桩施工，掘进前通过取芯和水平探孔试验桩体施工质量良好，但是咬合桩和围护结构之间存在较大间隙，该地质为富水层，有漏水现象，洞门采用喷射混凝土临时封堵后，在围护结构和咬合桩加固体的缝隙进行了高压旋喷桩补做止水帷幕，盾构掘进后漏水问题得到很好的解决。笔者认为，要在充分了解该处水文地质的前提下，围护结构和加固体必须做好严丝合缝是保证盾构顺利出洞的必要条件。

(2)加强人员教育，规范施工进程。针对本次工程的实际情况，应对相关施工团队的拼装工、盾构司机、管片防水处理人员进行专项技术培训并进行考核，考核合格后方可上岗作业。拼装前首先对盾尾里的杂物进行清除，盾尾如果有漏水必须补打盾尾油脂，在保证盾尾无杂物、无积水的情况下才能安装管片。管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后安装封顶块的次序，应当尽量调整管片位置与上一环管片的平整度，螺栓孔的位置要对正。对装好的螺栓孔每环逐个检查，防止密封圈漏装，对注浆孔采用高强度修补砂浆进行封堵，封堵前擦干孔身周围的湿渍，保证封堵效果。用遥控装置对拼装机拼装旋转调整时不可使用高速按钮，并注意掌控使用按钮的力度和持续时间，防止移动速度过快、摆动幅度大、移动超限等原因造成管片之间发生碰撞。

(3)加强项目监督，优化施工管理。派专人监督管片的生产制造各个环节，对原材料严格把控，杜绝不合格材料进场。加强生产过程控制，出场验收、进场验收，杜绝不达标的管片出场。从源头进行预防。加强对进场管片的验收力度，对进场的每车管片进行抽检，跟监理进行联合验收，让进场管片质量达到百分百合格。

(4)针对管片止水条施工进行严格把关。扩大管片贮存区域，对管片止水条粘贴进行实施监督，对进场的止水条原材料进行严格检验。粘贴未满24h的管片严禁下井。对管片出厂前的吊装堆放进行指导，保证堆放整齐，不整齐的进场后进行调整，避免吊装问题对管片止水条造成的损坏。

(5)及时进行壁后注浆，优化二次注浆。根据昆明北站站-圆通公园站区间相关工程的实际情况，笔者对二次注浆步骤进行了相关的优化，盾构掘进后，在有注浆条件后及时进行壁后注浆，填补拼装空隙，及时堵住地下水，注浆开始时动态压力控制在0.2～0.8MPa，注浆结束标准采用注浆压力单指标控制，静止压力控制在0.3～0.5MPa。注浆量控制，同时分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制二次注浆量。为防止二次注浆压力对盾尾刷造成损坏，注浆位置需在管片脱出盾尾5环后进行。为防止管片上浮，开始时可以连续注，效果明显后可以隔环注。

4 结束语

本文总结了本次工程所使用的既有2号线隧道保护措施、项目总体筹划及施工流程、盾构机类型和施工组织详情，同时针对盾构始发洞门漏水问题的进行了加强人员教育，规范施工进程、加强项目监督，优化施工管理、针对管片止水条施工进行严格把关、优化二次注浆四项措施，确保了整体工程质量，整个下穿过程平稳顺利，整个施工过程监测数据正常。