广东华隧建设集团股份有限公司 广东广州 510000
摘要：为解决盾构机沿曲线轨迹直接掘进穿越区间风井技术难题，本文介绍了盾构穿越隧道中间风井的工程难点和主要技术措施，并通过方案优化，制定了切实可行的施工对策，经实际施工,盾构顺利地穿越了中间风井。
关键词：盾构施工；中间风井；曲线推进
The large diameter shield of the subway works through the middle wind shaft construction
Feng Tianyou
Guangdong hu-tunnel construction group co., LTD Guangdong Guangzhou 510000
Abstract：to solve the problem of shield machine along the curve track directly driving across a range of wind well technical problems, this paper introduces the shield crossing tunnel wind well among the engineering difficulties and main technical measures, and through optimization, made the construction of the feasible countermeasure, by the actual construction, shield smoothly across the air shaft in the middle.
Keywords： shield construction; Intermediate wind well Curve to promote
1 引言
随着城市地铁建设的快速发展，地铁穿越各式城市建构筑物的情况屡见不鲜，作为城市之间交通铁路线路四通八达，然而如何解决地铁线路正下穿铁路运营线路是困扰着地铁施工的一大难题。盾构法因其安全、高效、能够解决常规工艺不能满足施工的难题的特点在地铁修建中被越来越多线路所采用。但在施工过程中需严格控制施工要点，做好施工质量控制，以此确保轨道交通盾构施工的质量。
2 工程概况
2.1 工程简介
某地铁工程设两个盾构区间，两个区间均为双线单向隧道，线路总长度4222.45m;其中H站～F站盾构区间起于H站（DK31+448.646），止于F站（DK33+570.625），区间长度2122m，为满足通风、列车运行功能需要，在H站区间设置一座区间风井，风井位于外环线与外环辅道之间绿化带内，周边有通往大型厂区与居民区的高压燃气管线、输配水管线等重要管线，中心里程DK32+132.000，位于盾构隧道600m平曲线段、5.6‰上坡的竖曲线段。
本工程盾构施工从F站始发，掘进1431m后，盾构在埋深16.3m位置，600m曲线上、5.6‰上坡段穿越区间风井。本文重点阐述长距离、曲线段、周边环境复杂等条件下土压平衡盾构直接穿越区间风井施工技术的控制措施。
2.2 工程地质
盾构隧道在F站始发段时，地质为⑥6淤泥质粉质黏土，土质较软，含水量大。
隧道掘进在穿越风井时，盾构机在600m曲线段掘进地质主要为⑧2粉质黏土，掘进时盾构上部为⑥6淤泥质粉质黏土，下部为⑨3粉土层。
2.3 水文地质
地层分布⑧2粉质黏土、⑨1黏土、⑨2粉质黏土、⑩1黏土、⑩2粉质黏土为相对稳定的隔水层，第一层承压水主要含水层为⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土、⑨4粉砂，其稳定水位埋深3.20～4.58m（高程－1.22～－2.09m）。
第二层承压水主要含水层为⑩3粉土、⑩4粉砂、⑨3粉土层，与上层承压水层多处相互连通，水力联系紧密，稳定水位可按第一层承压水考虑。
3 工程难点分析
3.1 盾构穿越施工风险大
区间风井周边有高压燃气管线2根，距离最近1.8m，风井结构一侧距离外环线主干道7.8m。因受周边管线、施工环境的影响，区间风井处端头井加固长度受限。
穿越风井长度为16m，风井深23.81m，为地下3层结构，盾构穿越施工风险大。
3.2 隧道轴线控制难度高，测量精度要求高，曲线段管片易错台，纠偏困难
（1）本工程区间隧道总长2122m，穿越风井处于600m曲线段，从始发段至风井长1431m，经过一次曲线施工后，再次曲线穿越风井，长距离、曲线段的盾构区间，随着区间长度的增加，包含了平曲线与竖曲线的测量工作，测量精度要求增大，难度再次增加。
（2）风井主体结构隧道洞口的预埋钢环施作完成，钢环直径6700mm，盾构机刀盘直径6430mm，因此盾构机在掘进时，必须不断地采取措施纠偏拟合隧道轴线，并以洞口中心为基准，调整左右油缸压力差、合理配置转弯环，每环推进的施工参数经过计算，根据穿越不同地层，结合施工经验综合考虑确定。
4 盾构穿越风井采取的技术措施
4.1 优化盾构机穿越风井施工方案
基坑围护结构采用地下连续墙加内支撑的支护形式，地连墙厚1.0m，深47m，隔断承压水层。风井长36.6m，宽16m，深度21.1m，地下三层结构。盾构机从负三层已完成的结构中穿越。
端头井加固区长度6m，采用双排高压旋喷桩+三轴搅拌桩形式，采用搅拌桩加固φ850@600mm，旋喷桩包角φ850@600mm的加固方式，加固指标qu28为0.8～1.0MPa，渗透系数不大于10－7cm/s。加固范围宽度为6m，长度为22.01m。水泥搅拌桩加固深度强加固区域深度12.34m，弱加固区域2.16m;高压旋喷桩加固深度14.5m，见图1。
图1 风井穿越断面图（单位:m）
4.1.1 方案比选
（1）常规盾构始发、接收
工艺流程:区间风井主体结构→端头井加固→洞门破除→盾构接收→二次始发。
方案需经过接收、再始发工艺，施工工序较多，周期较长;施工工序的安排及周边环境限制，施工风险较大;施工造价较高。
（2）砂浆回填法通过区间风井
工艺流程:区间风井主体结构→端头井加固→洞门破除→砂浆回填→盾构从回填砂浆中通过区间风井。
方案经过洞门破除，回填砂浆后，可进行穿越施工，施工便捷;盾构从风井回填砂浆中通过，安全系数较高;施工造价低。
从施工便利性、安全及经济角度考虑，选定方案（2）进行穿越施工。
4.1.2 盾构穿越风井主要措施
（1）三轴搅拌桩施工时，复搅时减慢提升速率，保证水泥与土层充分结合并搅拌均匀，提高加固的整体性和不透水性。
（2）风井内2个洞门破除同时进行，缩短洞门破除时间以降低风险，破除完成后回填砂浆至负三层顶板位置。调整砂浆配比，避免强度过高，推进困难，选用配比（1m3砂浆中水泥20kg，矿粉50kg，粉煤灰355kg，砂子1200kg，外加剂6.4kg，水300kg）。
（3）盾构到达风井前，注意盾构姿态控制，按照既定线路推进，并注意掘进参数选择，使盾构沿线路方向掘进。
4.2 盾构机掘进轴线及姿态控制
4.2.1 测量控制
（1）洞门复测:洞门破除之前，使用全站仪对风井洞门实际中心坐标进行采集，将实际坐标与设计线路进行拟合。
（2）导线测量:距离风井50环时，使用TS30（0.5″）高精度仪器进行最后一次的地上地下双导线复核测量，对隧道内的基准点复核，保证测量结果误差在设计范围内，并将测量结果数据输入盾构机导向系统。
（3）模拟线路:根据各项测量工作的数据，通过计算洞门预埋钢环直径与盾构机刀盘、盾体直径、盾构机长度、曲线段推进偏差值及长距离测量误差等因素，绘制穿越风井模拟线路图，并确定通过时盾体最小间隙，盾构机在推进时能够连续通过两个预埋钢环。
绘制模拟线路时根据各种影响因素，将误差考虑8cm，即预埋钢环直径不变，将盾构机直径放大8cm进行计算，见图2。
图2 穿越模拟线路（单位:mm）
4.2.2 管片排版
盾构机通过两个加固区穿越风井共20环管片，按照600m曲线段推进，采取2直+1转弯环。为了保证洞门封闭不漏水，在进出洞位置采用二次注浆，在多孔管片位置形成环箍，封闭土层内分布水系。从而保证风井完成穿越后，管片拆除期间的安全性。
4.2.3 掘进姿态控制
（1）按照模拟线路及管片排版进行，穿越期间慢速推进。
区间风井位于半径600m的右转曲线段，纵坡为5.6‰的上坡。为了保证盾构机掘进过程中，能够按照预设的线路前进，盾构机在正常土层进入加固区之前调整好姿态是关键，保证顺利进入洞门。进入第一个洞门后，在风井范围16m段完成曲线推进进入第二个洞门。
（2）掘进过程中，管片选型根据实际测量的盾尾间隙、千斤顶行程差等参数进行选择转弯环或者直线环，通过不断调整四组油缸的推力差，按照预设的模拟线路进行曲线推进，完成穿越。
4.3 盾构设备适应性
本工程盾构施工采用的铁建重工集团生产的ZTE6410型盾构机，刀盘采用辐条加小面板的设计，开口率约45%。中心刀具采用三级高差配置，依次为中心鱼尾刀、贝壳刀、切刀等，盾构机采用被动式铰接以适应曲线推进，盾尾三道加强型优质盾尾刷适应长距离隧道的推进。
5 施工效果
盾构顺利穿越H站～F站区间风井房，曲线段成型隧道质量较好，洞门封闭效果良好，未出现渗漏水。施工效果见图3。
图3 成型隧道效果
6 结束语
综上所述，在区间隧道中间风井施工中，采用砂浆临时回填风井盾构掘进范围结构，盾构机从回填砂浆中穿越，连续掘进通过风井，能够解决常规工艺不能满足施工的难题。虽然该施工技术可有效缩短盾构施工工期，但是有些地方还有待提高，比如要注意对风机房局部结构进行优化并解决好回填砂浆强度过高的问题，同时还要提高对不同条件选取不同的回填材料。
参考文献
[1]杨梅.外置推进式盾构机过站施工技术[J].铁道建筑技术.2016(05).
[2]白云霄,刘尧.地铁起止站的配线区间风井布置方案研究[J].铁道建筑技术.2016(02).
论文作者:冯天佑
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/20
标签：盾构论文; 区间论文; 曲线论文; 砂浆论文; 隧道论文; 管片论文; 黏土论文; 《基层建设》2017年第9期论文;