怡心桥站先隧后站法施工技术应用

蔡 龙

（中铁二十局集团第五工程有限公司 云南昆明 650200）

1 前言

城市轨道交通主要分为车站和区间隧道施工。车站一般采用明挖法、盖挖法、半盖挖法施工，区间隧道一般采用明挖法、矿山法、盾构法［1］。盾构法以施工安全、高效、噪声和扰动低等优点，被越来越多的城市地铁区间隧道施工采纳。盾构机一般需连续掘进多个区间隧道，存在盾构过站这一环节。通常盾构机过站采用站外拆解吊运过站［2］、站内空推过站［3］，但前提均需在车站主体完工后才具备过站条件。由于车站周边环境复杂，且容易受征地拆迁、交通导改［4］和管线迁改等影响，难免会存在车站施工无法满足常规过站条件的情况，因此为保证区间隧道及整体工期目标提出了“先隧后站”法施工技术，即车站部分围护结构施工完成后，基坑土方开挖之前，盾构先掘进通过车站，再施作车站剩余围护及主体结构。该施工技术在昆明轨道交通施工中已成功应用，在保证车站施工安全、质量、进度的前提下，区间隧道洞通工期提前了10个月，取得了良好的经济和社会效益。

2 工程概况

昆明轨道交通五号线工程土建六标包含两站三区间：青少年宫站－怡心桥站盾构区间（313.433 m）、怡心桥站（173.4 m）、怡心桥站－广福路站盾构区间（1 151.694 m）、广福路站（201.3 m）、广福路站－河尾村站盾构区间（1 212.558 m）。盾构区间外径6 200 mm，内径5 700 mm，采用2台φ6 480 mm土压平衡盾构机施工，计划从河尾村站始发向广福路站掘进，在广福路站站内空推过站后继续向怡心桥站掘进，在怡心桥站站内空推过站后，最终在青少年宫站接收吊出。怡心桥站为昆明轨道交通五号线工程第12座车站，位于滇池路与福景路交叉口、怡心桥北侧地下，车站沿怡心桥东西向布置（见图1）。车站主体总外包长度173.4 m，标准段外包宽度22.3 m，基坑深度28.1～28.4 m，覆土厚度为4.03～4.28 m。主体采用半盖挖顺筑法［5］施工，围护结构采用1 200 mm厚连续墙。基坑开挖深度范围内土层主要为①2素填土、②2-2泥炭质土、②3-3黏土、②5-3细砂、③2-3粉质黏土和③4-3细砂。

图1 怡心桥站总平面

怡心桥站因滇壹酒店拆迁、电力管线迁改困难、地质情况复杂等因素，致使车站工期严重滞后，在盾构机到达时车站仍处于围护结构施工阶段，较盾构过站节点相差约10个月。为确保青怡区间的洞通节点，同时减少盾构机停机等待时间以及停机风险［6］，考虑在怡心桥站采用“先隧后站”法施工。

3 “先隧后站”法施工方案的确定

项目根据设计图纸并结合现场实际情况提出“先隧后站”和新上场2台盾构机两种施工方案。通过与原设计方案对比发现，无论哪种方案均对怡心桥站施工基本无影响，但“先隧后站”施工方案可提前10个月实现洞通节点，同时还能满足河尾村站（盾构始发站）、青少年宫站（盾构接收站）等滇池路沿线站点还路于民的工期要求；另外盾构机施工时间也缩短10个月，工期、成本、风险等均得到更好控制。因此拟考虑采取“先隧后站”法施工方案。

4 “先隧后站”施工技术

4.1 施工工艺流程

“先隧后站”法施工主要施工工艺流程：施工准备→车站净空验算→站内盾构掘进线路设计→车站端头加固与围护结构优化→盾构掘进通过车站→车站主体施工→施工结束。

4.2 车站净空验算

项目盾构机刀盘直径6 480 mm，垂直方向盾构掘进位于基底以上900 mm位置，其上再无其他结构；水平方向右侧连续墙距离格构柱仅6.4 m，连续墙与格构柱均为先施工结构，无法满足盾构掘进通过需要，需调整格构柱［7］位置以满足盾构掘进通过要求。经过优化格构柱位置调整后距离两侧连续墙分别为9.5 m、12.2 m，可满足盾构掘进通过需求。

4.3 站内盾构掘进线路设计

根据怡心桥站线路中心线以及盾构机掘进转弯要求［8］，为使掘进线路更加平顺，更有利于盾构机掘进通过，在保证盾构机刀盘不与围护结构或格构柱冲突的情况下，尽可能扩大转弯半径。大里程扩大端按350 m转弯半径调整至标准段掘进线路上，小里程再按350 m转弯半径调回至线路中心线掘进线路。

车站标准段线路中心线距离外侧连续墙3.15 m，无法满足掘进半径3.25 m需要，因此考虑标准段盾构掘进线路为线路中心线向车站中心偏移500 mm距离（见图2）。

图2 怡心桥站站内设计掘进线路

4.4 车站围护结构优化

“先隧后站”法施工要求盾构机须穿过车站围护结构（1 200 mm厚地下连续墙），原方案连续墙幅宽仅5.5 m，且待穿区域为C35钢筋混凝土结构，连续墙主筋为HRB500型φ32 mm钢筋，盾构机穿越连续墙非常困难甚至无法穿过。鉴于此，对该位置围护结构进行以下优化：

（1）调整待穿幅连续墙幅宽为7.5 m，盾构机穿越位置连续墙钢筋改用玻璃纤维筋［9］。为保证连续墙的整体性以及钢筋笼吊装安全，在区间穿越位置外200 mm设置内圈φ3 450 mm、尺寸为300×1 200 mm的环圈梁，同时在穿越区域两侧增加500×1 200 mm竖向扶壁柱，在底部增加1 200×600 mm的锁口圈梁（见图3）。

图3 怡心桥站待穿幅连续墙配筋（单位：mm）

（2）因刀盘直径大于管片外径15 cm，车站基坑开挖至该位置时可能存在渗漏水风险，在待穿幅连续墙内增设水平和垂直注浆管。预埋注浆管采用φ50 mm PVC管，间距为500～1 000 mm，水平注浆管沿区间隧道边沿外扩500 mm布设。在基坑开挖至区间位置时，若出现渗漏情况及时进行注浆封堵。

4.5 车站端头加固优化

怡心桥站常年地下水稳定水位位于地下3.6～5.6 m，车站及周边地下水丰富。盾构区间隧道与车站接口处存在约15 cm缝隙，虽在盾构掘进过程中进行同步和二次注浆，但该位置较深，水压较大，仍是薄弱环节，存在较大的风险。采取在连续墙外侧设置 φ1 000＠800 mm 素咬合桩［10］＋φ800＠600 mm 双液注浆加固的方式，加固范围为隧道宽度方向外扩3.5 m，厚度为线路及线路上下各3 m。

4.6 盾构机刀盘优化

因怡心桥站存在玻璃纤维筋混凝土地下连续墙，区间内无换刀条件，故盾构机在广福路站始发前，将部分刮刀更换为滚刀。刀盘主要切削刀具宜采用滚齿刀交替布置的形式，在确保隧道掘进高效性的同时，满足C35连续墙的高效破除。具体情况如下：刀盘中心、正面采用滚齿刀交替布置的形式，边缘全部采用滚刀配置。交替布置后的齿刀，可满足软土地层掘进的高效性，而交替布置后的滚刀可对连续墙进行有效破除，提高效率。滚刀可采用特殊手段，增大在软土地层的转动能力，防止出现永久性偏磨。

4.7 车站开挖过程中相关措施

（1）吹沙注浆

怡心桥站采用“先隧后站”法施工，主体施工前盾构区间已掘进完成，为保证基坑的稳定以及周边重要构（建）筑物安全，基坑开挖至第四道混凝土支撑底，并完成第四道混凝土支撑后，在第四道混凝土支撑面进行引孔，对车站范围内需拆除的盾构区间进行吹沙注浆［11］。

吹沙注浆实施前须首先对管片进行分区封堵，本项目按照车站分段进行管片封堵，即共分七段，采用区间洞内植筋加焊接钢筋网片的方式。模板采用木模板，方木加固，打孔浇筑混凝土。

封堵墙完成后，在每个分段管片顶部采用混凝土钻孔机开2～3个直径200 mm孔，下放钢套管保护成孔护壁，套管固定在混凝土支撑上。采用导管法灌注细沙，接导管至地面，细沙从地面下放至盾构区间内。

细沙灌注1／3后进行注浆。注浆采用83×4.0 mm注浆钢管，水泥采用32.5级矿渣硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为1∶1，注浆管布设间距3 m，注浆压力不大于0.2 MPa，注浆后等强3 d再进行下一层细沙灌注。共分三次填充、注浆，最后一次注浆压力不大于0.5 MPa。

（2）管片拆除

开挖至盾构管片时需对车站范围内已完成吹沙注浆的管片予以拆除。管片拆除采用破碎机直破，按照土方开挖的思路，分段分层破除并开挖。竖向台阶法开挖至第五道支撑底，及时施作第五道支撑，待支撑强度达到设计强度85%后，再继续向下开挖至基底。

（3）自动化监测

为保证怡心桥站“先隧后站”法施工以及后续车站主体施工的安全、顺利实施，确保实施过程监测数据的及时性，采取在常规监测的基础上新增自动化监测措施，出现异常情况可及时发现，有效降低施工风险，为工程的顺利实施提供最有力的帮助［12］。

5 总结

怡心桥站“先隧后站”法施工，通过采取以上相关优化和措施，盾构机顺利、安全、快速地通过怡心桥站并到达青少年宫站吊出，既满足了盾构区间洞通节点以及滇池路还路于民的节点要求，同时对怡心桥站车站施工进度和施工质量基本无影响。该项技术在怡心桥站的成功应用，解决了车站因某些特殊原因工期严重滞后情况下关联盾构区间无法实施或无法提供常规过站条件的问题，可节约大量工期和成本，施工风险虽有些许提高，但仍处于可控范围。怡心桥站“先隧后站”法施工成功应用，对昆明市类似工程具有较强的借鉴性，甚至对全国范围类似工程具有一定的指导意义。