某地铁一号线TA4标试验段工程施工技术

 

1概述

 

1.1工程概况

 

 南京地铁南北线一期工程TA4标(盾构一)由试验段及新街口—珠江路区间隧道段两部分组成，相应的工程里程为K5+070．000～K6+067．197和K8+352．550-K9+276．606。本文着重介绍试验段的施工技术以及盾构穿越内秦淮河的技术处理措施。外秦淮河至三山街区间是地铁一号线试验段，是南京市地下铁道工程的一个重要组成部分，其中从外秦淮河北侧至钓鱼台盾构工作井范围为明挖法施工的区间隧道全长312m，从钓鱼台盾构工作井至三山街站南端头井为盾构区间隧道单线长683m，平面轴线左右线各有三曲线段最小直径450m，纵向最大坡度为3，3％。从试验段明挖段的敞开段开始地铁由地面高架转为地下隧道。本工程盾构工作井位于内秦淮河以南的中山南路上(见图1a，图1b).盾构隧道区间推进将穿越大量建筑物和地下管线，而且盾构还将穿越内秦淮河两侧驳岸，盾构推进将两次穿越内秦淮河的超浅覆土层，给盾构穿越带来了一定的难度。而明挖区间暗埋段西侧距离建筑物最近处仅1m多，对基坑的开挖和支护造成了—定的难度。

 

1．2 地质状况

 

 本区间地貌隶属于岗前洪积扇-古秦淮河冲积漫滩平原，经人类长期堆填，除秦淮河岸边场地外现地势较为平坦。

 

 根据本工程的地质剖面图，试验段土层主要为人工填土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉砂

 

土。其主要物理力学性质指标见表1。

 

试验段地下水主要为浅部孔隙潜水，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 围护结构施工

 

 采用进口SMW桩机PAS-120VAR以“套筒复打”工艺施工，该桩机具有扭矩大，成桩工效高围护结构不留接缝，有—定克服障碍物能力等特点，适合南京地区土质成桩。

 

2．1．2施工节段划分

 

 明挖段从秦淮河北侧(里程K5+070．000)起，至盾构工作井(里程K5+381．842)，全长311．842m。分为盾构工作井、暗埋段和敞开段3个部分。其中暗埋段长180．142m(里程K5+185．000～K5+365．142)，划分为8个施工节段；敞开段长115．000m(里程K5+070．000-K5+185．000)，划分为5个施工节段，盾构工作井长16．7m(里程K5+365．142—K5+381．842)，单独成为一个施工节段，

 

 (1)施工顺序

 

 暗埋段分为八段，由北向南分别命名为暗1-暗8段，敞开段分为五段(其中两段为光过渡段)，由北向南分别命名为开1～开5段。

 

 为了减少饮马巷路口 交通  影响 ，暗8段的结构等到暗埋段其他已施工的结构到达设计强度恢复路面后再施工。施工暗8段时在其他地方设置临时交通便道使交通不受阻断。因此工作并／暗埋段/敞开段的施工程序是：

 

 半围挡--工作井—暗埋段SMW围护--工作井施工--暗1段施工底板及部分侧墙--暗2、3、4、5、

 

(2)基本施工方法

 

 试验段区间隧道(盾构工作井、暗埋段和敞开段)均采用明挖顺筑方法施工。

 

2．2 钓鱼台—三山街盾构推进

 

 本工程盾构工作井位于内秦淮河以南的中山南路上，盾构起始里程桩号左K5+383，852、右K5+

 

383．392；隧道终结于三山街站，终止里程桩号K6+067．193(左线)、K6+067．197(右线)，区间隧道左线全长约为683．3m，左线全长约为683．8m。平面轴线左右线各有三曲线段剐、直径450m，纵向最大坡度为3．3％。

 

 本区间隧道的外径为φ6 200，内径qb5 500。亦即隧道衬砌外径为6．2m，内径为5．5m，隧道衬砌每环宽度为1．2m，厚0．35m，分6块，采用小封顶形式。整环管片由封顶块、两块邻接块和三块标准块，共6块构成。纵向(即环与环之间)与环向(即一环管片中块与块之间)均采用M30的弯螺栓手孔式连接，衬砌的设计抗压强度为C50，抗渗强度为S1O，管片采用错缝拼装的施工工艺。本标段隧道工程衬砌接缝防水采用水膨性橡胶和氯丁橡胶复合压制成的弹性密封垫圈，本工程管片用量1 153环，盾构推进土方量约43 676立方米。盾构机采用日本三菱公司生产的φ6 340土压平衡铰接式盾构。

 

2．3试验段联络通道施工

 

 施工方法采用冻结加固和矿山法工艺施工。

 

 施工流程见图2：

 

 注：右线批进施工工艺同左线施工工艺

 

 图2 施工工艺流程

 

 施工准备--冻结孔施工，同时安装冻结制冷系统--装冻结盆水系统和检测系统，同时进行隧道支撑--探孔试挖--拆钢管片--联络通道掘进与临时支护--联络通道永久支护--泵站开挖与临时支护，泵站永久支护--必要时进行土层充填注浆。

 

 冻结孔施工和联络通道临时支护施工为本工程的关键，冻结检测和联络通道永久支护施工为特殊工序。并注意融沉对周围建筑及管线的影响。

 

3施工难点及技术处理措施

 

3.1SMW施工在深厚的杂填土、素填土中以及在硬粘土中施工

 

 在施工前进行地质详勘充分了解地下障碍物情况，选用克服障碍物能力较强的PAS—120桩机，对4m以上深度障碍物采用快速开挖回填的方法处理解决杂填土、素填土中存在的施工 问题 。

 

 由于在下部地层为硬粘土层，SMW施工时造成糊钻，对此首先停止使用膨润土，然后增加钻头上刮刀数量，并经常清理钻头及螺旋翼上的粘土。

 

 本工程SMW工法施工为南京地区首次 应用 ，盾构工作井在开挖期间四周地面最大沉降为16mm，支护结构最大水平位移为23．4mm，地下水为的最大变化值为0．224m,由此可见SMW工法在本工程中施工是成功的。

 

3．2 邻近中山南路西侧建筑物基坑开挖

 

 应用“时空效应”原理，分小单元开挖，快速支撑，采用垂直运输和水平挖掘分离的开挖方式，避免开挖的支撑的干扰，同时加强对西侧建筑物的沉降检测，确保了施工顺利进行。监测结果表明基坑最大沉降为22．8mm，最大水平位移28．2mm，临近房屋未出现开裂现象。

 

3．3 盾构过内秦淮河施工

 

 盾构穿越处内秦淮河河道宽16．8m，河底距盾构顶部覆土最浅处仅0．7m，为国内外 目前 所施工的盾构隧道中浅覆土之最。另外内秦淮河两侧为浆砌块石驳岸，驳岸上方有众多的旧式房屋，盾构穿越的土层具有一定的流动性，保护房屋的难度较大。见图3

 

 图3盾构穿越内秦淮河环境状况

 

3．3．1在盾构穿越内秦淮河施工中存在以下风险和难点：

 

 (1)内秦淮河两岸驳岸的保护

 

 内秦淮河两岸驳岸上方坐落的都是旧式房屋，年代久远，在盾构推出驳岸前后，覆土厚度有一突变，如果不能及时调整盾构平衡压力设定导致盾构姿态突变，必然造成驳岸产生沉降和位移，对驳岸和房屋构成危险。

 

 (2)盾构推进轴线的控制

 

 盾构在河底下浅覆土中推进的，上下受到的力不均衡，盾构姿态上扬，压坡困难、隧道上浮，轴线难以控制。而内秦淮河的覆土最薄处仅0．7m，—旦盾构轴线偏移上扬，将会产生严重后果。

 

 拼装完成的隧道环脱开盾尾后，由于上部压载及自重无法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮。如果不采取相应的加固对策，极易引起隧道局部开裂漏水。

 

 (3)流砂和管涌

 

 在砂土、砂质粉土等易液化的土层中施工，由于盾构推进大刀盘旋转切削挤压扰动，加上过高的水头压力(有时可达0．3—0．5MPa)。液化砂土随地下水沿盾尾和隧道接缝渗漏进人隧道内， 女怀及时采取措施，可能出现局部地基掏空，隧道下沉、螺栓断裂、隧道破坏。

 

3．3．2采取措施

 

 (1)采用加设抗拔桩和抗浮板并进行河底注浆的加固 方法 用于平衡盾构推进时土体产生的侧向压力，防止流沙和管涌，以便盾构能以较适当的推进力及推进速度快速通过河底危险区。

 

 (2)加强内秦淮河驳岸的保护

 

 河边护坡上浇注20cm钢筋混凝土，将浆砌块石连成一体，避免盾构机穿越时岸坡因沉降而产成局部开裂。在盾构机穿越范围内，岸坡上方架设六道水平H型钢支撑，目的在于防范可能引起的岸坡位移现象。采用抗浮板及抗拔桩的方法与直接在河道上覆土相比，节省投资并保持河道的畅通。

 

(3)土压的设定根据地质情况，河水产生的水压力和抗浮板的自身重量。得表2Ti压。

 

 表2盾构穿越内秦准河平衡土压值考虑到盾构穿越后会带来—定的后期沉降，因此在进行平衡压力设定时以切口前方建筑物变形量

 

控制在+3～+5mm为宜。

 

 在奉段施工中，真正做到连续均衡施工，保证盾构能以较快的速度穿越。

 

3．3．3 内秦淮河段浅覆土层施工

 

 (1)盾构推进控制

 

 为控制隧道轴线，防止土体因超挖量过大造成的建筑空隙在盾壳上方不能及时填充，进而造成土体在盾构本体处有较大沉降，使得河水涌人隧道，故要切实做好盾构推进过程中推进速率、出土量等推进参数的控制，以此来减少因轴线纠偏而形成的土体超挖量。

 

 (2)同步注浆量控制

 

 随时根据监测情况，来调整同步注浆量和注浆压力，同步注浆量及注浆压力要控制适中，既不能因过少过小而造成河底沉降也不能因过多过大而造成盖板隆起损坏，使河水涌人隧道

 

 (3)盾构姿态的控制

 

 盾构在推进及管片拼装时确保姿态“三不”，即不后退、不变向、不变坡。

 

 (4)保护盖板和防止盾尾漏泥、漏水及隧道上浮的措施。其监测布点如图4。

 

图4盾构穿越内秦淮河的监测布点

 

3．3．4 已完成过内秦淮河隧道施工效果

 

 在驳岸周围和砼抗浮板上设置位移沉降测点，加强环境变形监测，每隔二小时进行一次观测，监测点布置见图。驳岸的变形观测，采取跟踪观测的方法，在盾构推进的同时进行观测。通过采取以上措施，盾构作业仅用了4d时间推进和拼装105~125环，顺利通过内秦淮河河底，各监测点在盾构穿越过程中的最大沉降变化为-14．3mm和+10mm，盾构穿越后最终沉降量见表3。

 

 表3 盾构穿越内秦淮河驳岸及建筑物沉降检测结果图5隧道实测轴线偏差

 

3．4 三山街盾构出洞

 

 三山盾构机出洞采取单管旋喷加固，但在盾构出洞隧道的断面土层主要为粉砂层且地下水极其丰富，造成单管旋喷效果不佳，不能确保洞门凿开后土的自立性。决定采取大口径管降水方案，降水结果使得地下水由-1．0m左占降至-15m确保了盾构顺利出洞。

 

4 结束语

 

 (1)在通过浅覆土河道的隧道施工中，要综合考虑全线的地质、水文、地面构筑物、地下障碍物等情况选用盾构机型，然后根据所选的机型与河道覆土、水文情况、航道要求采取相应的施工措施，安全施工并保证以后运营时的隧道安全。

 

 (2)采用土压平衡盾构机进行河底浅覆土隧道施工时要验算隧道上覆土的安全厚度。

 

 (3)浅覆土厚度不足时，河底注浆加固与设置抗浮板是有效措施之一。

 

 (4)在盾构推进时根据实际情况调整盾构推进参数，对减小轴线偏差、控制地面沉降机及隧道安全有重要 影响 。

 

 (5)SMW工法施工为南京地区首次 应用 ，施工时应结合实际隋况，盾构工作井在开挖期间四周地面最大沉降为16mm，支护结构最大水平位移为23．4mm，地下水为的最大变化值为0．224m，由此可见SMW工法在本工程中施工是成功的。

 

 (6)应用“时空效应”原理，分小单元开挖，快速支撑，采用垂直运输和水平挖掘分离的开挖方式，避免开挖的支撑的干扰。

 

（7）采取大口径管降水方案可解决粉砂层中出动 问题 。

 

(8)在冰冻法施工中要注意融沉对周围建筑、管线的影响，须严格控制。