怡心橋站先隧后站法施工技術(shù)應(yīng)用

蔡 龍

（中鐵二十局集團(tuán)第五工程有限公司 云南昆明 650200）

1 前言

城市軌道交通主要分為車站和區(qū)間隧道施工。車站一般采用明挖法、蓋挖法、半蓋挖法施工，區(qū)間隧道一般采用明挖法、礦山法、盾構(gòu)法［1］。盾構(gòu)法以施工安全、高效、噪聲和擾動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多的城市地鐵區(qū)間隧道施工采納。盾構(gòu)機(jī)一般需連續(xù)掘進(jìn)多個(gè)區(qū)間隧道，存在盾構(gòu)過(guò)站這一環(huán)節(jié)。通常盾構(gòu)機(jī)過(guò)站采用站外拆解吊運(yùn)過(guò)站［2］、站內(nèi)空推過(guò)站［3］，但前提均需在車站主體完工后才具備過(guò)站條件。由于車站周邊環(huán)境復(fù)雜，且容易受征地拆遷、交通導(dǎo)改［4］和管線遷改等影響，難免會(huì)存在車站施工無(wú)法滿足常規(guī)過(guò)站條件的情況，因此為保證區(qū)間隧道及整體工期目標(biāo)提出了“先隧后站”法施工技術(shù)，即車站部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，基坑土方開挖之前，盾構(gòu)先掘進(jìn)通過(guò)車站，再施作車站剩余圍護(hù)及主體結(jié)構(gòu)。該施工技術(shù)在昆明軌道交通施工中已成功應(yīng)用，在保證車站施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度的前提下，區(qū)間隧道洞通工期提前了10個(gè)月，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 工程概況

昆明軌道交通五號(hào)線工程土建六標(biāo)包含兩站三區(qū)間：青少年宮站－怡心橋站盾構(gòu)區(qū)間（313.433 m）、怡心橋站（173.4 m）、怡心橋站－廣福路站盾構(gòu)區(qū)間（1 151.694 m）、廣福路站（201.3 m）、廣福路站－河尾村站盾構(gòu)區(qū)間（1 212.558 m）。盾構(gòu)區(qū)間外徑6 200 mm，內(nèi)徑5 700 mm，采用2臺(tái)φ6 480 mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，計(jì)劃從河尾村站始發(fā)向廣福路站掘進(jìn)，在廣福路站站內(nèi)空推過(guò)站后繼續(xù)向怡心橋站掘進(jìn)，在怡心橋站站內(nèi)空推過(guò)站后，最終在青少年宮站接收吊出。怡心橋站為昆明軌道交通五號(hào)線工程第12座車站，位于滇池路與福景路交叉口、怡心橋北側(cè)地下，車站沿怡心橋東西向布置（見圖1）。車站主體總外包長(zhǎng)度173.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度22.3 m，基坑深度28.1～28.4 m，覆土厚度為4.03～4.28 m。主體采用半蓋挖順筑法［5］施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 200 mm厚連續(xù)墻。基坑開挖深度范圍內(nèi)土層主要為①2素填土、②2-2泥炭質(zhì)土、②3-3黏土、②5-3細(xì)砂、③2-3粉質(zhì)黏土和③4-3細(xì)砂。

圖1 怡心橋站總平面

怡心橋站因滇壹酒店拆遷、電力管線遷改困難、地質(zhì)情況復(fù)雜等因素，致使車站工期嚴(yán)重滯后，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)車站仍處于圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工階段，較盾構(gòu)過(guò)站節(jié)點(diǎn)相差約10個(gè)月。為確保青怡區(qū)間的洞通節(jié)點(diǎn)，同時(shí)減少盾構(gòu)機(jī)停機(jī)等待時(shí)間以及停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)［6］，考慮在怡心橋站采用“先隧后站”法施工。

3 “先隧后站”法施工方案的確定

項(xiàng)目根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出“先隧后站”和新上場(chǎng)2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)兩種施工方案。通過(guò)與原設(shè)計(jì)方案對(duì)比發(fā)現(xiàn)，無(wú)論哪種方案均對(duì)怡心橋站施工基本無(wú)影響，但“先隧后站”施工方案可提前10個(gè)月實(shí)現(xiàn)洞通節(jié)點(diǎn)，同時(shí)還能滿足河尾村站（盾構(gòu)始發(fā)站）、青少年宮站（盾構(gòu)接收站）等滇池路沿線站點(diǎn)還路于民的工期要求；另外盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)間也縮短10個(gè)月，工期、成本、風(fēng)險(xiǎn)等均得到更好控制。因此擬考慮采取“先隧后站”法施工方案。

4 “先隧后站”施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程

“先隧后站”法施工主要施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→車站凈空驗(yàn)算→站內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)線路設(shè)計(jì)→車站端頭加固與圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化→盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)車站→車站主體施工→施工結(jié)束。

4.2 車站凈空驗(yàn)算

項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑6 480 mm，垂直方向盾構(gòu)掘進(jìn)位于基底以上900 mm位置，其上再無(wú)其他結(jié)構(gòu)；水平方向右側(cè)連續(xù)墻距離格構(gòu)柱僅6.4 m，連續(xù)墻與格構(gòu)柱均為先施工結(jié)構(gòu)，無(wú)法滿足盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)需要，需調(diào)整格構(gòu)柱［7］位置以滿足盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)要求。經(jīng)過(guò)優(yōu)化格構(gòu)柱位置調(diào)整后距離兩側(cè)連續(xù)墻分別為9.5 m、12.2 m，可滿足盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)需求。

4.3 站內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)線路設(shè)計(jì)

根據(jù)怡心橋站線路中心線以及盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)轉(zhuǎn)彎要求［8］，為使掘進(jìn)線路更加平順，更有利于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)通過(guò)，在保證盾構(gòu)機(jī)刀盤不與圍護(hù)結(jié)構(gòu)或格構(gòu)柱沖突的情況下，盡可能擴(kuò)大轉(zhuǎn)彎半徑。大里程擴(kuò)大端按350 m轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)段掘進(jìn)線路上，小里程再按350 m轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)回至線路中心線掘進(jìn)線路。

車站標(biāo)準(zhǔn)段線路中心線距離外側(cè)連續(xù)墻3.15 m，無(wú)法滿足掘進(jìn)半徑3.25 m需要，因此考慮標(biāo)準(zhǔn)段盾構(gòu)掘進(jìn)線路為線路中心線向車站中心偏移500 mm距離（見圖2）。

圖2 怡心橋站站內(nèi)設(shè)計(jì)掘進(jìn)線路

4.4 車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

“先隧后站”法施工要求盾構(gòu)機(jī)須穿過(guò)車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)（1 200 mm厚地下連續(xù)墻），原方案連續(xù)墻幅寬僅5.5 m，且待穿區(qū)域?yàn)镃35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，連續(xù)墻主筋為HRB500型φ32 mm鋼筋，盾構(gòu)機(jī)穿越連續(xù)墻非常困難甚至無(wú)法穿過(guò)。鑒于此，對(duì)該位置圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下優(yōu)化：

（1）調(diào)整待穿幅連續(xù)墻幅寬為7.5 m，盾構(gòu)機(jī)穿越位置連續(xù)墻鋼筋改用玻璃纖維筋［9］。為保證連續(xù)墻的整體性以及鋼筋籠吊裝安全，在區(qū)間穿越位置外200 mm設(shè)置內(nèi)圈φ3 450 mm、尺寸為300×1 200 mm的環(huán)圈梁，同時(shí)在穿越區(qū)域兩側(cè)增加500×1 200 mm豎向扶壁柱，在底部增加1 200×600 mm的鎖口圈梁（見圖3）。

圖3 怡心橋站待穿幅連續(xù)墻配筋（單位：mm）

（2）因刀盤直徑大于管片外徑15 cm，車站基坑開挖至該位置時(shí)可能存在滲漏水風(fēng)險(xiǎn)，在待穿幅連續(xù)墻內(nèi)增設(shè)水平和垂直注漿管。預(yù)埋注漿管采用φ50 mm PVC管，間距為500～1 000 mm，水平注漿管沿區(qū)間隧道邊沿外擴(kuò)500 mm布設(shè)。在基坑開挖至區(qū)間位置時(shí)，若出現(xiàn)滲漏情況及時(shí)進(jìn)行注漿封堵。

4.5 車站端頭加固優(yōu)化

怡心橋站常年地下水穩(wěn)定水位位于地下3.6～5.6 m，車站及周邊地下水豐富。盾構(gòu)區(qū)間隧道與車站接口處存在約15 cm縫隙，雖在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行同步和二次注漿，但該位置較深，水壓較大，仍是薄弱環(huán)節(jié)，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。采取在連續(xù)墻外側(cè)設(shè)置 φ1 000＠800 mm 素咬合樁［10］＋φ800＠600 mm 雙液注漿加固的方式，加固范圍為隧道寬度方向外擴(kuò)3.5 m，厚度為線路及線路上下各3 m。

4.6 盾構(gòu)機(jī)刀盤優(yōu)化

因怡心橋站存在玻璃纖維筋混凝土地下連續(xù)墻，區(qū)間內(nèi)無(wú)換刀條件，故盾構(gòu)機(jī)在廣福路站始發(fā)前，將部分刮刀更換為滾刀。刀盤主要切削刀具宜采用滾齒刀交替布置的形式，在確保隧道掘進(jìn)高效性的同時(shí)，滿足C35連續(xù)墻的高效破除。具體情況如下：刀盤中心、正面采用滾齒刀交替布置的形式，邊緣全部采用滾刀配置。交替布置后的齒刀，可滿足軟土地層掘進(jìn)的高效性，而交替布置后的滾刀可對(duì)連續(xù)墻進(jìn)行有效破除，提高效率。滾刀可采用特殊手段，增大在軟土地層的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，防止出現(xiàn)永久性偏磨。

4.7 車站開挖過(guò)程中相關(guān)措施

（1）吹沙注漿

怡心橋站采用“先隧后站”法施工，主體施工前盾構(gòu)區(qū)間已掘進(jìn)完成，為保證基坑的穩(wěn)定以及周邊重要構(gòu)（建）筑物安全，基坑開挖至第四道混凝土支撐底，并完成第四道混凝土支撐后，在第四道混凝土支撐面進(jìn)行引孔，對(duì)車站范圍內(nèi)需拆除的盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)行吹沙注漿［11］。

吹沙注漿實(shí)施前須首先對(duì)管片進(jìn)行分區(qū)封堵，本項(xiàng)目按照車站分段進(jìn)行管片封堵，即共分七段，采用區(qū)間洞內(nèi)植筋加焊接鋼筋網(wǎng)片的方式。模板采用木模板，方木加固，打孔澆筑混凝土。

封堵墻完成后，在每個(gè)分段管片頂部采用混凝土鉆孔機(jī)開2～3個(gè)直徑200 mm孔，下放鋼套管保護(hù)成孔護(hù)壁，套管固定在混凝土支撐上。采用導(dǎo)管法灌注細(xì)沙，接導(dǎo)管至地面，細(xì)沙從地面下放至盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)。

細(xì)沙灌注1／3后進(jìn)行注漿。注漿采用83×4.0 mm注漿鋼管，水泥采用32.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿管布設(shè)間距3 m，注漿壓力不大于0.2 MPa，注漿后等強(qiáng)3 d再進(jìn)行下一層細(xì)沙灌注。共分三次填充、注漿，最后一次注漿壓力不大于0.5 MPa。

（2）管片拆除

開挖至盾構(gòu)管片時(shí)需對(duì)車站范圍內(nèi)已完成吹沙注漿的管片予以拆除。管片拆除采用破碎機(jī)直破，按照土方開挖的思路，分段分層破除并開挖。豎向臺(tái)階法開挖至第五道支撐底，及時(shí)施作第五道支撐，待支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后，再繼續(xù)向下開挖至基底。

（3）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

為保證怡心橋站“先隧后站”法施工以及后續(xù)車站主體施工的安全、順利實(shí)施，確保實(shí)施過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)性，采取在常規(guī)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上新增自動(dòng)化監(jiān)測(cè)措施，出現(xiàn)異常情況可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，為工程的順利實(shí)施提供最有力的幫助［12］。

5 總結(jié)

怡心橋站“先隧后站”法施工，通過(guò)采取以上相關(guān)優(yōu)化和措施，盾構(gòu)機(jī)順利、安全、快速地通過(guò)怡心橋站并到達(dá)青少年宮站吊出，既滿足了盾構(gòu)區(qū)間洞通節(jié)點(diǎn)以及滇池路還路于民的節(jié)點(diǎn)要求，同時(shí)對(duì)怡心橋站車站施工進(jìn)度和施工質(zhì)量基本無(wú)影響。該項(xiàng)技術(shù)在怡心橋站的成功應(yīng)用，解決了車站因某些特殊原因工期嚴(yán)重滯后情況下關(guān)聯(lián)盾構(gòu)區(qū)間無(wú)法實(shí)施或無(wú)法提供常規(guī)過(guò)站條件的問(wèn)題，可節(jié)約大量工期和成本，施工風(fēng)險(xiǎn)雖有些許提高，但仍處于可控范圍。怡心橋站“先隧后站”法施工成功應(yīng)用，對(duì)昆明市類似工程具有較強(qiáng)的借鑒性，甚至對(duì)全國(guó)范圍類似工程具有一定的指導(dǎo)意義。