盾构半填土过站核心技术

安 宇

(中国铁建投资集团有限公司,北京 100000)

在地下水位较高的富水砂土、粉土中进行盾构机的接受与始发是一件风险相对较大的工程[1-2]。有关文献表明[3]，盾构掘进过程中80%的事故均出现在盾构始发、接收期间。特别是在洞门凿除、管片拆除期间，洞门位置易涌水涌砂，造成车站端头地面塌陷。国内常规的做法是在车站端头一定范围内采用搅拌桩、旋喷桩、钻孔灌注桩等进行地面注浆加固[4]，但是该方法需要将管线改迁出加固区域。而往往在一些城市核心区周边环境复杂，地下管线迁改难度极大，而不具备进行地面加固的条件。针对此类难题，沈中江提出了水平旋喷法(MJS)进行端头加固，此类方法对解决此类问题具有一定的可行性，但该方法费用较高，工期较长。为了能够让盾构机安全、经济、快速地完成盾构机过站，该文结合太原地铁2号线长风街站具体情况提出了“盾构机半回填法过站”的工法。

1 工程概况及周边环境

太原市城市轨道交通2号线一期工程全线车站共设23个，长风街站为第12个车站。长风街站北端活塞风道位于长治路与长风街交叉十字路口北侧，与主体结构相距92 m。长治路和长风街均为城市主干道，车流量很大。长治路规划道路红线宽50 m，已基本按规划道路实现；长风街规划道路红线宽69 m，高架桥上为双向6车道，桥下为双向6车道。车站北端活塞风道周边环境复杂，周边有大型商场和超市，西北象限为国美电器、东方家具卖场，东北象限为家乐福超市，西南、东南象限为长风街高架桥。

长风街站北端活塞风道沿线路方向长度为22.800 m，垂直线路方向宽度为26.200 m，高度为15.49 m，埋深3.8 m，基底持力层为2-3-1黏质粉土，承载力特征值为140 kPa，为地下二层整体式钢筋混凝土箱形框架结构。该处地下水位埋深约4 m。

该工程拟采用两台盾构机由北向南穿越北端活塞风道后在长风街站主体接收。其中穿越北端活塞风道时采用的工法为半填土过站。

2 施工工艺及工法特点

具体施工流程详见图1。

盾构掘进时，通过回填土压及多道密封装置实现穿越地层水土压力平衡，确保盾构机在风井内进出洞时不会出现土压剧烈变化而引起的超挖沉降等施工风险；侧墙支撑体系辅以监测系统有效改善结构受力状态，确保盾构机穿越时结构受力安全；另外通过底部回填复合地层，为盾构机提供承载力的同时方便掘进参数调整，且通过预埋分区注浆系统，多重设防有效阻隔结构内外部水土流动，精确封堵涌水通道，消除该部位隐患及风险，实现盾构机安全顺利穿越风井结构。该技术具有的最大优势主要为：1)土方回填一半即可穿越，此技术辅以洞门水平注浆加固及预埋分区注浆系统，将传统回填过站土压保障方式由单纯依靠回填土自身，过渡为回填土+软弱夹层针对性处理，有效减小土方回填数量，实现工期、造价等多重简化和节约，同时也克服后期开挖时接缝渗漏水风险。2)结构施工完成一半即可实施，过站结构仅需完成盾构机过站断面施工即可。有效减小因先施工结构后过站时结构预留大量后浇带，且回填土方受已完结构影响出土困难等问题，大大提高过站后回填土开挖及结构施工效率。

3 工艺原理及关键技术

盾构机采用半填土过站的方法过站主要面临基坑坍塌、盾构机刀盘土压力失衡、盾构机姿态偏移等风险。为此需要着重控制区间风井端头的加固质量、盾构机进出洞的保压能力、盾构机空推时的姿态。

3.1 盾构机进出洞风险控制

盾构机进出洞门是盾构法施工最大的风险点，稍有不慎会产生洞门处土体坍塌、洞门涌水涌砂。因此必须对洞门处土体采取加固措施，但由于加固空间受限，只能对洞门处3 m的土体采用WSS注浆加固。为了应对加固方法及加固范围较少的限制，必须在洞门处辅以短套筒进行盾构的始发与接收。

3.2 回填段盾构机掘进姿态的控制

由于回填土高度较低，且很难做到密实，盾构在掘进过程中很容易发生跑偏，具体表现为高扭矩、低转速、低土压。因此在结构设计时，侧墙洞门应留有一定的富裕量。并且在结构底板，盾构机推行路径处设置导向钢轨，确保盾构机可按预定轨迹完成进洞、出洞。

3.3 已完结构受力支撑体系建立技术

为了方便进行土方回填及事后挖除，区间风井顶板无法封闭，也无法形成完整的结构体系，为此必须在侧墙处增加临时支撑体系保证结构的受力安全。盾构机刀盘切割侧墙地下连续墙时，是整个结构体系受力最大的阶段。

盾构机顶进推力按照1.2 bar取值。采用midas gts进行验算，验算结果如下：最大变形1.2 mm，水平(XX)方向弯矩控制值正弯矩400 kN·m、负弯矩493 kN·m；竖向(YY)控制值正弯矩205 kN·m、负弯矩548 kN·m、剪力控制值1 084 kN。各值均在可控范围内,配筋不会出现超筋的情况。

4 效益分析

传统回填过站工法，需将风井结构施工完成后再开始土方回填和盾构机过站，且中板及顶板预留洞口为满足回填土及后期管片拆除要求往往设置的较大，盾构施工完成后后续结构施工及回填土方工程量大、工期长、成本高。采用此工法风井结构仅需完成负二层(盾构穿越层)侧墙施工，土方回填至刀盘开挖面以上3 m即可，大大降低盾构穿越前的准备工作及穿越后的后续工程施工组织难度，有明显的工期及成本优势。同时，风井端头小里程采用3 m全断面小导管注浆加固，大里程采用3 m搅拌桩加固，较传统端头加固长度减小7～9 m，项目应用过程中累计创造经济效益达840万元。

5 结 论

通过以上工法很好地解决了常规盾构端头加固需要改迁管线，费时费力的不利条件。最终长风街站～王村南街站区间双线盾构机安全、快速地通过了中间风井，基坑周围地面最大变形量为15 mm，工期提前90 d。

盾构半填土过站可作为一种新的盾构机过站方式进行推广应用，主要适用于受场地条件限制盾构机进出洞端头不具备地面垂直加固施工条件，且主体结构施工工期无法满足后续盾构过站要求的区间风井结构。施工中依然需要注意两个方面：一是盾构机顶进磨地墙时及在基坑内浅部覆土掘进时，易造成盾构掌子面土压力失衡。此处应加强盾构机顶推力、姿态等掘进参数的控制；二是在二次开挖土方时，洞门处易发生漏水问题。此处应加强盾构二次注浆质量，必要时采用花管再次补浆封堵。