北京地铁17 号线朝十区间盾构机穿墙过站技术研究

常润安，胡俊

（1.北京正远监理咨询有限公司，北京 100102；2.海南大学 土木建筑工程学院，海南 海口 570228）

“先隧后站”施工技术在地铁盾构隧道建设中越来越多地得到运用. 当车站无法按期提供常规过站条件时，为保证总工期目标可考虑“先隧后站”，即盾构先掘进通过车站后再施工车站主体. 该方法存在盾构与车站围护结构冲突、隧道与车站接口止水和盾构切削围护结构等问题[1-5]，但该工法保证了隧道施工的盾构机继续向前掘进，确保区间的施工工期，保证结构安全、节约工程造价[6-8].

大量学者对盾构掘进过程进行研究与探讨. 唐晓武等[9]基于盾构施工过程，利用弹性力学Mindlin 解，通过坐标变换经积分推导出刀盘与土体之间摩擦引起的地表变形公式；地面出入式盾构隧道是日本工程界最新研发盾构的施工方式[10]；Lee 等[11]通过一系列离心模型试验对隧道开挖引起的地表沉降、超孔隙水压力的产生等一系列进行研究；刘勇等[12]在盾构掘进中，运用有限元分析法分析水平冻结法传热对盾构掘进的影响. 目前研究集中探讨盾构机掘进施工对周围地表产生变形等，严重时必须采取辅助措施加强隧道结构，如隧道内紧贴管片施工钢套环[13]等. 本文以北京地铁17 号线朝阳港站—十里河站区间左线盾构机穿墙过站为工程背景，介绍一种盾构机穿墙过站施工方法，对该工程穿越区域地连墙的设计及施工顺序、盾构机刀盘刀具的配置情况、盾构机穿墙时机及掘进参数、控制措施和实施效果等进行详细介绍和分析，以期为类似工程提供技术参考依据.

1 工程概况

北京地铁 17 号线朝阳港站—十里河站区间盾构机由东南四环向东南三环方向掘进. 整个区间共设置5 处联络通道. 其中盾构区间起终里程：左K12+658.162～左K16+174.717，全长3 517 m；右K12+658.162～右K16+113.851，全长3 456 m. 区间平面图如图1 所示.

工程在实施后进行了变更，在区间上大羊坊路与西大望路南延相交路口南侧增设了十八里店站，车站沿大羊坊路设置，线路东南—西北走向敷设，车站设计起止点里程为：右K14+553.200～右K14+852.400. 车站基底持力层主要为④3 粉细砂层、⑥粉质黏土层、⑥2 黏质粉土层，④3 粉细砂层承载力标准值180 kPa，⑥粉质黏土层承载力标准值180 kPa，⑥2 黏质粉土层承载力标准值200 kPa. 车站围护结构采用0.6 m 厚的地连墙，地下连续墙采用 C35 混凝土. 最外层钢筋的混凝土保护层厚度：外侧70 mm，内侧70 mm. 新加车站地质剖面图如图2 所示.

图1 区间平面图

图2 十八里店站地质剖面图

2 新增十八里店站概况

十八里店站为地下双层岛式车站，结构形式为地下双层单柱两跨箱型框架结构，车站两端区间均为盾构区间. 车站总长299.20 m，有效站台长186.00 m，车站底板标准段埋深为17.45 m，车站标准段宽度为21.10 m. 车站中心线处轨顶绝对标高19.27 m. 车站结构高度为13.95 m，车站位置地面高程约为35.20 m. 十八里店站平面图如图3 所示. 主体基坑采用地下连续墙+内支撑的围护结构形式，主体基坑尺寸为299.40 m × 21.30 m ，标准段基坑深度为17.65 m. 车站基底持力层主要为④3粉细砂层、⑥粉质黏土层、⑥2 黏质粉土层，④3 粉细砂层承载力标准值180 kPa，⑥粉质黏土层承载力标准值180 kPa，⑥2 黏质粉土层承载力标准值200 kPa.

图3 十八里店站平面图

车站主体两端进行端头加固. 加固范围为隧道上下左右各3 m，加固长度为12 m. 十八里店站端头加固范围如图4 所示，掘进时安装加强型管片，待贯通后车站开挖前进行洞内注浆加固.

图4 十八里店站端头加固范围

3 盾构机穿墙过站方案

3.1 盾构穿越区域地连墙概况

地连墙的立面总高度为22.4 m（北21.4 m），宽度为7.5 m. 钢筋笼纵向桁架筋采用22 间距5 m的钢筋，基坑内外侧竖向钢筋均采用32 间距200 mm 和32 间距500 mm 钢筋；钢筋笼横向桁架筋采用22 间距为5 m 的钢筋，基坑内外侧横向钢筋均采用20 间距200 mm 和16 间距200 mm 的钢筋；钢筋笼加强筋采用22 横向桁架筋与18 斜向剪刀筋，整个钢筋笼盾构穿越范围内全部采用玻璃纤维筋代替钢筋，代替范围为除去搭接长度（1 250 mm）外盾构区间线路中心上下左右各3.75 m.

钢筋应力计监测频率为2 次/日，盾构掘进通过时提高为4 次/日，取浇筑前24 h 获得的稳定数据平均值作为初始值，控制值为设计值的2 倍内. 钢筋笼设计尺寸部分如图5 所示.

图5 钢筋笼设计尺寸图

3.2 新加站地连墙施工顺序

施工顺序为首先施工靠近左线区间的南侧墙及区间端头L 型地连墙，之后再施工靠近右线区间的北侧墙及区间端头L 型地连墙. 最后，分别在盾构通过十八里店站地连墙前后，提前合适时间施工左右线需穿越的4 副端头地连墙.

3.3 盾构机穿越地连墙时机

具体穿越筹划为：盾构机复推后在掘进至刀盘距离地连墙10 m 位置处停机，之后新加站开始对盾构穿越地连墙进行抓槽施工并浇筑，待区间范围内地连墙浇筑施工8 h 后，盾构机恢复向前掘进，24 h 内开始切削通过地连墙.

4 方案实施效果

根据北京地铁17 号线工程的整体工程筹划，结合现场施工情况并考虑环境因素影响，本工程左线盾构机在2019 年11 月19 日开始准备过站穿越第一道地连墙，首先盾构机掘进至新加站围护结构前10 m，等待车站围护结构施作后，盾构破除车站围护结构，拼管片（通缝拼装）通过十八里店站南段围护结构. 左线盾构机穿越第一道地连墙具体工期安排如下：2019 年11 月19 日至11 月20 日，盾构机掘进至新加站围护结构前10 m 停机；2019 年11 月20 日EWB106 幅地连墙施工（之前两侧相邻幅已经施工完成）；2019 年11 月21 日，盾构机穿越地连墙.

2019 年11 月21 日，盾构机穿越EWB106 幅地连墙（围护结构南端墙）；穿越时应严格控制盾构机掘进参数，根据参数判断刀盘是否全部贴上地连墙，当刀盘贴上地连墙后调整掘进参数，以控制掘进速度及上部土仓压力为基准，其他参数刀盘扭矩及推力大小可根据实际情况调整. 穿越第一道地连墙时的掘进参数控制如图6 所示.

切削地连墙掘进时以泡沫和水作为主要的渣土改良剂，用来降低土仓内温度；并注意观察出渣情况，观察渣土是否冒热气. 低速掘进时，注意控制掘进速度和出渣量，防止超挖. 穿越时出渣的玻璃纤维筋如图7 所示，说明盾构机刀盘刀具可有效掘进破碎玻璃纤维筋地连墙.

图6 穿越时掘进参数控制

图7 穿越时出渣的玻璃纤维筋

5 结语

本文以北京地铁17 号线朝阳港站—十里河站区间左线盾构机穿墙过站为工程背景，介绍了一种盾构机穿越地连墙过站的施工方法，该方法在盾构机掘进至新加十八里店车站围护结构前 10 m时停机保压，等待车站围护结构施作后，盾构机复推破除车站围护结构，拼管片（通缝拼装）通过十八里店站，待盾构区间施工完毕后再施工新加车站主体结构. 该工法在实际工程中得到了成功应用，取得了很好的实施效果，可为今后类似工程提供技术参考依据.