南京地鐵一號(hào)線TA4標(biāo)試驗(yàn)段工程施工技術(shù)

【摘 要】本文介紹南京地鐵南北線一期工程TA4標(biāo)盾構(gòu)從試驗(yàn)段及新街口—珠江路區(qū)間隧道施工情況，論述盾構(gòu)穿越大量建筑物、地下管線、越內(nèi)秦淮河兩側(cè)駁岸的施工方法，特別介紹盾構(gòu)兩次穿越內(nèi)秦淮河的超淺覆土層時(shí)的同步注漿量控制和盾構(gòu)姿態(tài)控制技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】 南京地鐵 盾構(gòu)施工 穿越秦淮河 注漿量控制 姿態(tài)控制

1概述
1.1工程概況
南京地鐵南北線一期工程TA4標(biāo)(盾構(gòu)一)由試驗(yàn)段及新街口—珠江路區(qū)間隧道段兩部分組成，相應(yīng)的工程里程為K5+070．000～K6+067．197和K8+352．550-K9+276．606。本文著重介紹試驗(yàn)段的施工技術(shù)以及盾構(gòu)穿越內(nèi)秦淮河的技術(shù)處理措施。外秦淮河至三山街區(qū)間是地鐵一號(hào)線試驗(yàn)段，是南京市地下鐵道工程的一個(gè)重要組成部分，其中從外秦淮河北側(cè)至釣魚(yú)臺(tái)盾構(gòu)工作井范圍為明挖法施工的區(qū)間隧道全長(zhǎng)312m，從釣魚(yú)臺(tái)盾構(gòu)工作井至三山街站南端頭井為盾構(gòu)區(qū)間隧道單線長(zhǎng)683m，平面軸線左右線各有三曲線段最小直徑450m，縱向最大坡度為3，3％。從試驗(yàn)段明挖段的敞開(kāi)段開(kāi)始地鐵由地面高架轉(zhuǎn)為地下隧道。本工程盾構(gòu)工作井位于內(nèi)秦淮河以南的中山南路上(見(jiàn)圖1a，圖1b).

盾構(gòu)隧道區(qū)間推進(jìn)將穿越大量建筑物和地下管線，而且盾構(gòu)還將穿越內(nèi)秦淮河兩側(cè)駁岸，盾構(gòu)推進(jìn)將兩次穿越內(nèi)秦淮河的超淺覆土層，給盾構(gòu)穿越帶來(lái)了一定的難度。而明挖區(qū)間暗埋段西側(cè)距離建筑物最近處僅1m多，對(duì)基坑的開(kāi)挖和支護(hù)造成了—定的難度。
1．2 地質(zhì)狀況
本區(qū)間地貌隸屬于崗前洪積扇-古秦淮河沖積漫灘平原，經(jīng)人類長(zhǎng)期堆填，除秦淮河岸邊場(chǎng)地外現(xiàn)地勢(shì)較為平坦。
根據(jù)本工程的地質(zhì)剖面圖，試驗(yàn)段土層主要為人工填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂
土。其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)段地下水主要為淺部孔隙潛水，地下水混合水位埋深0．9～3．8m。
2施工工法
2．1 明挖段施工
2．1．1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工
采用進(jìn)口SMW樁機(jī)PAS-120VAR以“套筒復(fù)打”工藝施工，該樁機(jī)具有扭矩大，成樁工效高圍護(hù)結(jié)構(gòu)不留接縫，有—定克服障礙物能力等特點(diǎn)，適合南京地區(qū)土質(zhì)成樁。
2．1．2施工節(jié)段劃分
明挖段從秦淮河北側(cè)(里程K5+070．000)起，至盾構(gòu)工作井(里程K5+381．842)，全長(zhǎng)311．842m。分為盾構(gòu)工作井、暗埋段和敞開(kāi)段3個(gè)部分。其中暗埋段長(zhǎng)180．142m(里程K5+185．000～K5+365．142)，劃分為8個(gè)施工節(jié)段；敞開(kāi)段長(zhǎng)115．000m(里程K5+070．000-K5+185．000)，劃分為5個(gè)施工節(jié)段，盾構(gòu)工作井長(zhǎng)16．7m(里程K5+365．142—K5+381．842)，單獨(dú)成為一個(gè)施工節(jié)段，
(1)施工順序
暗埋段分為八段，由北向南分別命名為暗1-暗8段，敞開(kāi)段分為五段(其中兩段為光過(guò)渡段)，由北向南分別命名為開(kāi)1～開(kāi)5段。
為了減少飲馬巷路口交通影響，暗8段的結(jié)構(gòu)等到暗埋段其他已施工的結(jié)構(gòu)到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度恢復(fù)路面后再施工。施工暗8段時(shí)在其他地方設(shè)置臨時(shí)交通便道使交通不受阻斷。因此工作并／暗埋段/敞開(kāi)段的施工程序是：
半圍擋--工作井—暗埋段SMW圍護(hù)--工作井施工--暗1段施工底板及部分側(cè)墻--暗2、3、4、5、
(2)基本施工方法
試驗(yàn)段區(qū)間隧道(盾構(gòu)工作井、暗埋段和敞開(kāi)段)均采用明挖順筑方法施工。
2．2 釣魚(yú)臺(tái)—三山街盾構(gòu)推進(jìn)
本工程盾構(gòu)工作井位于內(nèi)秦淮河以南的中山南路上，盾構(gòu)起始里程樁號(hào)左K5+383，852、右K5+
383．392；隧道終結(jié)于三山街站，終止里程樁號(hào)K6+067．193(左線)、K6+067．197(右線)，區(qū)間隧道左線全長(zhǎng)約為683．3m，左線全長(zhǎng)約為683．8m。平面軸線左右線各有三曲線段剮、直徑450m，縱向最大坡度為3．3％。
本區(qū)間隧道的外徑為φ6 200，內(nèi)徑qb5 500。亦即隧道襯砌外徑為6．2m，內(nèi)徑為5．5m，隧道襯砌每環(huán)寬度為1．2m，厚0．35m，分6塊，采用小封頂形式。整環(huán)管片由封頂塊、兩塊鄰接塊和三塊標(biāo)準(zhǔn)塊，共6塊構(gòu)成。縱向(即環(huán)與環(huán)之間)與環(huán)向(即一環(huán)管片中塊與塊之間)均采用M30的彎螺栓手孔式連接，襯砌的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為C50，抗?jié)B強(qiáng)度為S1O，管片采用錯(cuò)縫拼裝的施工工藝。本標(biāo)段隧道工程襯砌接縫防水采用水膨性橡膠和氯丁橡膠復(fù)合壓制成的彈性密封墊圈，本工程管片用量1 153環(huán)，盾構(gòu)推進(jìn)土方量約43 676立方米。盾構(gòu)機(jī)采用日本三菱公司生產(chǎn)的φ6 340土壓平衡鉸接式盾構(gòu)。
2．3試驗(yàn)段聯(lián)絡(luò)通道施工
施工方法采用凍結(jié)加固和礦山法工藝施工。
施工流程見(jiàn)圖2：

注：右線批進(jìn)施工工藝同左線施工工藝
圖2 施工工藝流程
施工準(zhǔn)備--凍結(jié)孔施工，同時(shí)安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)--裝凍結(jié)盆水系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行隧道支撐--探孔試挖--拆鋼管片--聯(lián)絡(luò)通道掘進(jìn)與臨時(shí)支護(hù)--聯(lián)絡(luò)通道永久支護(hù)--泵站開(kāi)挖與臨時(shí)支護(hù)，泵站永久支護(hù)--必要時(shí)進(jìn)行土層充填注漿。
凍結(jié)孔施工和聯(lián)絡(luò)通道臨時(shí)支護(hù)施工為本工程的關(guān)鍵，凍結(jié)檢測(cè)和聯(lián)絡(luò)通道永久支護(hù)施工為特殊工序。并注意融沉對(duì)周圍建筑及管線的影響。
3施工難點(diǎn)及技術(shù)處理措施
3.1SMW施工在深厚的雜填土、素填土中以及在硬粘土中施工
在施工前進(jìn)行地質(zhì)詳勘充分了解地下障礙物情況，選用克服障礙物能力較強(qiáng)的PAS—120樁機(jī)，對(duì)4m以上深度障礙物采用快速開(kāi)挖回填的方法處理解決雜填土、素填土中存在的施工問(wèn)題。
由于在下部地層為硬粘土層，SMW施工時(shí)造成糊鉆，對(duì)此首先停止使用膨潤(rùn)土，然后增加鉆頭上刮刀數(shù)量，并經(jīng)常清理鉆頭及螺旋翼上的粘土。
本工程SMW工法施工為南京地區(qū)首次應(yīng)用，盾構(gòu)工作井在開(kāi)挖期間四周地面最大沉降為16mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為23．4mm，地下水為的最大變化值為0．224m,由此可見(jiàn)SMW工法在本工程中施工是成功的。
3．2 鄰近中山南路西側(cè)建筑物基坑開(kāi)挖
應(yīng)用“時(shí)空效應(yīng)”原理，分小單元開(kāi)挖，快速支撐，采用垂直運(yùn)輸和水平挖掘分離的開(kāi)挖方式，避免開(kāi)挖的支撐的干擾，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)西側(cè)建筑物的沉降檢測(cè)，確保了施工順利進(jìn)行。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明基坑最大沉降為22．8mm，最大水平位移28．2mm，臨近房屋未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。
3．3 盾構(gòu)過(guò)內(nèi)秦淮河施工
盾構(gòu)穿越處內(nèi)秦淮河河道寬16．8m，河底距盾構(gòu)頂部覆土最淺處僅0．7m，為國(guó)內(nèi)外目前所施工的盾構(gòu)隧道中淺覆土之最。另外內(nèi)秦淮河兩側(cè)為漿砌塊石駁岸，駁岸上方有眾多的舊式房屋，盾構(gòu)穿越的土層具有一定的流動(dòng)性，保護(hù)房屋的難度較大。見(jiàn)圖3

圖3盾構(gòu)穿越內(nèi)秦淮河環(huán)境狀況
3．3．1在盾構(gòu)穿越內(nèi)秦淮河施工中存在以下風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn)：
(1)內(nèi)秦淮河兩岸駁岸的保護(hù)
內(nèi)秦淮河兩岸駁岸上方坐落的都是舊式房屋，年代久遠(yuǎn)，在盾構(gòu)推出駁岸前后，覆土厚度有一突變，如果不能及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)平衡壓力設(shè)定導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)突變，必然造成駁岸產(chǎn)生沉降和位移，對(duì)駁岸和房屋構(gòu)成危險(xiǎn)。
(2)盾構(gòu)推進(jìn)軸線的控制
盾構(gòu)在河底下淺覆土中推進(jìn)的，上下受到的力不均衡，盾構(gòu)姿態(tài)上揚(yáng)，壓坡困難、隧道上浮，軸線難以控制。而內(nèi)秦淮河的覆土最薄處僅0．7m，—旦盾構(gòu)軸線偏移上揚(yáng)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
拼裝完成的隧道環(huán)脫開(kāi)盾尾后，由于上部壓載及自重?zé)o法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮。如果不采取相應(yīng)的加固對(duì)策，極易引起隧道局部開(kāi)裂漏水。
(3)流砂和管涌
在砂土、砂質(zhì)粉土等易液化的土層中施工，由于盾構(gòu)推進(jìn)大刀盤旋轉(zhuǎn)切削擠壓擾動(dòng)，加上過(guò)高的水頭壓力(有時(shí)可達(dá)0．3—0．5MPa)。液化砂土隨地下水沿盾尾和隧道接縫滲漏進(jìn)人隧道內(nèi)， 女懷及時(shí)采取措施，可能出現(xiàn)局部地基掏空，隧道下沉、螺栓斷裂、隧道破壞。
3．3．2采取措施
(1)采用加設(shè)抗拔樁和抗浮板并進(jìn)行河底注漿的加固方法用于平衡盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)土體產(chǎn)生的側(cè)向壓力，防止流沙和管涌，以便盾構(gòu)能以較適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)力及推進(jìn)速度快速通過(guò)河底危險(xiǎn)區(qū)。
(2)加強(qiáng)內(nèi)秦淮河駁岸的保護(hù)
河邊護(hù)坡上澆注20cm鋼筋混凝土，將漿砌塊石連成一體，避免盾構(gòu)機(jī)穿越時(shí)岸坡因沉降而產(chǎn)成局部開(kāi)裂。在盾構(gòu)機(jī)穿越范圍內(nèi)，岸坡上方架設(shè)六道水平H型鋼支撐，目的在于防范可能引起的岸坡位移現(xiàn)象。采用抗浮板及抗拔樁的方法與直接在河道上覆土相比，節(jié)省投資并保持河道的暢通。
(3)土壓的設(shè)定根據(jù)地質(zhì)情況，河水產(chǎn)生的水壓力和抗浮板的自身重量。得表2Ti壓。
表2盾構(gòu)穿越內(nèi)秦準(zhǔn)河平衡土壓值

考慮到盾構(gòu)穿越后會(huì)帶來(lái)—定的后期沉降，因此在進(jìn)行平衡壓力設(shè)定時(shí)以切口前方建筑物變形量
控制在+3～+5mm為宜。
在奉段施工中，真正做到連續(xù)均衡施工，保證盾構(gòu)能以較快的速度穿越。
3．3．3 內(nèi)秦淮河段淺覆土層施工
(1)盾構(gòu)推進(jìn)控制
為控制隧道軸線，防止土體因超挖量過(guò)大造成的建筑空隙在盾殼上方不能及時(shí)填充，進(jìn)而造成土體在盾構(gòu)本體處有較大沉降，使得河水涌人隧道，故要切實(shí)做好盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中推進(jìn)速率、出土量等推進(jìn)參數(shù)的控制，以此來(lái)減少因軸線糾偏而形成的土體超挖量。
(2)同步注漿量控制
隨時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，來(lái)調(diào)整同步注漿量和注漿壓力，同步注漿量及注漿壓力要控制適中，既不能因過(guò)少過(guò)小而造成河底沉降也不能因過(guò)多過(guò)大而造成蓋板隆起損壞，使河水涌人隧道
(3)盾構(gòu)姿態(tài)的控制
盾構(gòu)在推進(jìn)及管片拼裝時(shí)確保姿態(tài)“三不”，即不后退、不變向、不變坡。
(4)保護(hù)蓋板和防止盾尾漏泥、漏水及隧道上浮的措施。其監(jiān)測(cè)布點(diǎn)如圖4。

圖4盾構(gòu)穿越內(nèi)秦淮河的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)
3．3．4 已完成過(guò)內(nèi)秦淮河隧道施工效果
在駁岸周圍和砼抗浮板上設(shè)置位移沉降測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)環(huán)境變形監(jiān)測(cè)，每隔二小時(shí)進(jìn)行一次觀測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖。駁岸的變形觀測(cè)，采取跟蹤觀測(cè)的方法，在盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。通過(guò)采取以上措施，盾構(gòu)作業(yè)僅用了4d時(shí)間推進(jìn)和拼裝105~125環(huán)，順利通過(guò)內(nèi)秦淮河河底，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在盾構(gòu)穿越過(guò)程中的最大沉降變化為-14．3mm和+10mm，盾構(gòu)穿越后最終沉降量見(jiàn)表3。
表3 盾構(gòu)穿越內(nèi)秦淮河駁岸及建筑物沉降檢測(cè)結(jié)果

圖5隧道實(shí)測(cè)軸線偏差
3．4 三山街盾構(gòu)出洞
三山盾構(gòu)機(jī)出洞采取單管旋噴加固，但在盾構(gòu)出洞隧道的斷面土層主要為粉砂層且地下水極其豐富，造成單管旋噴效果不佳，不能確保洞門鑿開(kāi)后土的自立性。決定采取大口徑管降水方案，降水結(jié)果使得地下水由-1．0m左占降至-15m確保了盾構(gòu)順利出洞。
4 結(jié)束語(yǔ)
(1)在通過(guò)淺覆土河道的隧道施工中，要綜合考慮全線的地質(zhì)、水文、地面構(gòu)筑物、地下障礙物等情況選用盾構(gòu)機(jī)型，然后根據(jù)所選的機(jī)型與河道覆土、水文情況、航道要求采取相應(yīng)的施工措施，安全施工并保證以后運(yùn)營(yíng)時(shí)的隧道安全。
(2)采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行河底淺覆土隧道施工時(shí)要驗(yàn)算隧道上覆土的安全厚度。
(3)淺覆土厚度不足時(shí)，河底注漿加固與設(shè)置抗浮板是有效措施之一。
(4)在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，對(duì)減小軸線偏差、控制地面沉降機(jī)及隧道安全有重要影響。
(5)SMW工法施工為南京地區(qū)首次應(yīng)用，施工時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際隋況，盾構(gòu)工作井在開(kāi)挖期間四周地面最大沉降為16mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為23．4mm，地下水為的最大變化值為0．224m，由此可見(jiàn)SMW工法在本工程中施工是成功的。
(6)應(yīng)用“時(shí)空效應(yīng)”原理，分小單元開(kāi)挖，快速支撐，采用垂直運(yùn)輸和水平挖掘分離的開(kāi)挖方式，避免開(kāi)挖的支撐的干擾。
（7）采取大口徑管降水方案可解決粉砂層中出動(dòng)問(wèn)題。
(8)在冰凍法施工中要注意融沉對(duì)周圍建筑、管線的影響，須嚴(yán)格控制。