合肥市轨道交通4号线5标区间盾构工程下穿南淝河施工分析

李丙群

摘 要：本文以合肥市轨道交通4号线5标区间盾构工程下穿南淝河施工项目为例，在明确现场实际情况的基础上，从重大风险源的分析与应对、穿越段掘进施工多项参数的确定与监控为切入点，分析了施工主要内容，并下穿南淝河施工中的注意事项进行了说明，旨在为其他相似项目的施工提供借鉴。

关键词：轨道交通;盾构工程;穿越段掘进

0 引言

对于地铁线路施工而言，由于其设置于地下，所以面对的水文地质条件较为复杂，整体施工难度增加。在合肥市轨道交通施工中，南淝河区域地层复杂，所以施工中面对的风险点较高，相应施工技术及要点值得重点探究。

1 项目概述

区间巢湖路站至和平路站区间自和平路站起，沿线下穿螺丝岗变电站地下分压室、裕溪路高架、南淝河、DN800给水管（南淝河底段）、侧穿南淝河新桥、110 kV高压铁塔、下穿多条管线等建构筑物后进入巢湖路站，左线全长约1 989.28 m;右线全长约 1 991.67 m，区间线间距 10 m～17 m，隧道拱顶覆土厚度约 14.9 m～25 m;最小曲线半径450 m，纵向呈“V”型坡，最大坡度27‰，在DK29+212.582和DK30+161.728处设置两个联络通道。区间采用盾构法施工，联络通道采用冷冻法加固矿山法施工。

巢湖路站至和平路站区间在ZK29+814.645-ZK29+845.646处设置区间风井，区间风井为地下四层结构，长32.8 m，宽20.2 m，线间距10 m，底板埋深32 m，隧道顶埋深23.4 m。

2 工程项目施工要点探究

2.1 重大风险源的分析与应对

南淝河水深约4.5 m，河面宽约70 m，与该区间隧道基本正交，隧道距河底竖向距离约为13.3 m，河底地质结构主要为粉土、粉细砂及全风化砂质泥岩层，且富含承压水。在如此复杂的地层下穿越南淝河，需要减少土体扰动对河床的影响，施工难度极大。为确保巢和区间顺利穿越南淝河，市轨道集团多措并举，相关参建单位多方联动，共同成立了合肥市轨道交通4号线5标段下穿南淝河指挥部。施工前组织参建各方及业界专家召开专题会对施工方案进行多次论证，对地层及风险源信息地反复研讨，制定了切实可行的施工方案，确定了最优下穿施工参数。下穿期间，市轨道集团及各参建单位24小时现场值班，优化资源配置，全方位把控施工现场，确保此次下穿任务安全、高效完成。

2.2 穿越段掘进施工

2.2.1 施工参数的确定

巢和区间掘进穿越段施工参数具体如下：千斤顶总推力为15 000 kN～17 000 kN;刀盘扭矩为3 200 kN.m～3 800 kN.m;刀盘转速为1.2 r/min;掘进速度为40 mm/min～70 mm/min;土仓压力为1.2 bar～1.8 bar;出土量为54 m³～56 m³;注浆压力为0.3 MPa～0.4 MPa;注浆量为4 m³～4.5 m³。

2.2.2 施工监测

区间穿越段掘进期间，严格按照设计及指导参数施工，地表沉降累计值控制较好，掘进过程中受出土影响导致停机、同步注浆的及时性和充分性等因素影响，单日速率或单次变化量达到-1.87 mm/d，但在调整盾构掘进参数后，变形趋势得以较好控制。根据业主第三方监测数据，本阶段变形趋势得以较好控制，未發生异常沉降。实践中，得到的穿越段施工监测数据如下表所示：

2.2.3 土压力的设定

根据指导参数，将土压力初步定为1.2 bar～1.7 bar。在施工过程中根据监测数据及时调整、优化土压的设定值，并根据变形规律的发展及时做出调整。结合对本文项目施工中获取到的监测数据能够了解到，这样的土压设定较为合理。

2.2.4 掘进速度的确定

在下穿南淝河的过程中，日掘进10环，同时，根据要求盾构掘进速度控制在6 cm左右，本次掘进速度控制在40 mm/min～70 mm/min。从监测数据上反映出本措施配合刀盘转速可有效减小对土体的挤压作用有效控制沉降。

2.2.5 出土量的计算

每环理论出土量（按1.5 m环宽进行计算）为：

[（π×D2）÷4]×L=[（π×6.28²）÷4]×1.5=46.44m³/环

盾构推进出土量松散系数按1.2～1.22考虑，即现场理论实际出土量按54 m³～57 m³进行控制。实践中，要在盾构推进过程中严格把控出土量，派专人负责。现场值班技术员根据推进油缸行程观察渣土车的容量情况。在本次施工中，每环出土在55 m³～57 m³左右，出土情况正常。

2.2.6 同步注浆压力及注浆量的计算

同步注浆是盾构施工的重要工序，注浆饱满、均匀是控制地表沉降的有力保证。同步注浆压力设定为0.3 MPa～0.4 MPa，注浆量按照理论计算为4.03 m³/环～4.26 m³/环。穿越过程中根据设计要求适当增加注浆量为0.5 m³/环～1.0 m³/环。

2.3 注意事项

巢和区间盾构掘进完成穿越段709环～790环，现结合施工及监测沉降参数，提出如下施工中的注意事项：第一，在盾构穿越建筑物前做好穿越建（构）筑物施工准备，对前期施工的参数设定及地面沉降变化规律进行总结，了解盾构所穿越土层的地质条件，掌握本地质条件下土压平衡盾构推进施工的方法。第二，根据土体变形情况不断对施工参数（尤其是同步注浆量）的设定进行优化，以期达到最佳效果控制好地面沉降，保证盾构以最合理的施工参数顺利安全的穿越建（构）筑物。第三，增加刀盘转速，降低掘进速度，减小盾构对周边土体的前切挤压作用。第四，适当增加盾尾同步注浆压力来增加注浆量以尽可能地减少盾尾初始间隙，减少盾尾脱空后的地表沉降。第五，严格控制盾构设计轴线的正确性，尽量避免穿越建（构）筑物时进行纠偏。第六，尽量地减少停机时间及频率，以最快最优的方式完成掘进。

3 总结

综上所述，面对复杂的地层情况，依托重大风险源的分析与应对、穿越段掘进施工多项参数的确定与监控，结合土压平衡盾构推进施工、地面沉降优化控制等工作的落实，实现了对南淝河的良好稳定穿越，降低了地铁施工对河床的影响，确保了工程施工顺利完成。

参考文献：

[1]魏超，武崇福，徐双军.考虑刀盘结构形式影响的盾构施工引起的地表沉降分析[J].应用力学学报，2020，37（6）：2446-2454+2698.

[2]罗浩威，余保汶.盾构施工地表沉降计算方法及掘进参数优化研究[J].粉煤灰综合利用，2020，34（6）：11-16+58.