地铁工程中大直径盾构穿越中间风井施工
摘 要 上海轨交 11 号线南段项目 5 标为惠南镇站区间隧道工程。中间设野惠风井，风井竖向处于曲线段中，首次采用大直径泥水盾构穿越中间风井施工技术。介绍了大直径泥水盾构穿越中间风井的主要技术措施，包括进出洞地基加固、进出风井的轴线优化、基座安装、负环拼装等。经实际施工，盾构顺利地穿越了中间风井。
关键词 轨道交通 泥水盾构 中间风井 地基加固 曲线推进
1 工程概况
上海轨交 11 号线南段野惠风井位于惠南镇站区间隧道中。隧道起始里程为 ZDK721． 063，终点里程为 ZDK32 +790． 399，全长为 2 069． 336 m。中间风井位于里程 ZDK31 +289． 944 ～ZDK31 +324． 944;风井内净总尺寸为 35 m × 37． 5 m，其中主体为35 m × 18． 5 m。盾构进、出洞时平面为直线，竖向为R = 10 000 m 的竖曲线，隧道顶部覆土厚约为 11 m。盾构掘进采用Φ11 580 mm 大型泥水盾构机。 2 地质条件
盾构机进、出洞所在土层主要为④灰色淤泥质黏土、⑤1 － 1灰色黏土; 上方土层包括: ③淤泥质粉质黏土、③t层砂质粉土; 下方土层为⑥1层粉质黏土。盾构穿越中间风井地质剖面见图 1。土层的物理力学性质见表 1。
3 进洞、出洞口地基加固
本次盾构进出洞口地基加固采用Φ850 mm3 轴水泥搅拌桩，加固区与地墙之间采用高压旋喷桩进行补强，加固范围为隧道向上下、左右各延伸6 m，进洞加固长度为井壁外 10 m，出洞加固长度为井壁外 14 m，水泥掺量 18% ，地基土加固强度≥0． 8 MPa，渗透系数≤10 ～ 8 cm / s。隧道上方 6 m 至地面为弱加固区，水泥掺量 13% 。地基土加固强度≥0． 5 MPa。水泥土搅拌桩单孔间距 0． 60 m，排间距0． 60
m。进洞口地面标高 3． 96 m，盾构进洞中心标高－ 12． 986 m，桩底标高 － 24． 666 m，桩长 28． 626 m。出洞口地面标高 3． 91 m，盾构出洞中心标高－ 12． 872 m，桩底标高 － 24． 552 m，桩长 28． 462 m。
水泥土搅拌桩与地下连续墙之间采用Φ800 mm的两重管高压旋喷桩进行补强，强度＞ 0． 8 MPa。 4 盾构穿越风井施工技术
4． 1 优化盾构进出中间风井的轴线
盾构穿越风井时进出洞段设计平面轴线为直线。盾构进洞中心标高为 － 12． 986 m，出洞中心标高 －
12． 872 m，而竖向为 R = 10 000 m 的凸曲线，且曲线最高点位于风井内，即进洞时盾构为上坡，出洞为下坡。因此，盾构穿越风井时盾构竖向轴线采取与设计轴线相割方法，即进洞中心按设计中心，而出洞中心比设计低 4 cm。
4． 2 基座及反力体系
(1) 盾构基座。盾构机本体重( 约 1 200 t) ，因此盾构基座需要有足够的强度、刚度及整体稳定性。本工程采用 20 榀钢筋混凝土预制基座梁并加设斜坡钢箱梁和 Qu80 轨道。考虑到盾构机进洞后可能发生磕头现象，盾构就位后高程轴线比设计低 40 mm。
盾构基座摆放前在工作井底板浇 1 层 100 mm厚混凝土垫层，在垫层上水平布置 20 榀预制钢筋混凝土基座，每榀基座梁尺寸相同，并在基础上放置斜坡钢箱梁和 Qu80 重轨轨道。第 1、20 榀距进出洞圈均 70 cm 就位，各榀混凝土梁之间为 1 750 mm。每榀基础间采用 4 根 HW350 mm × 350 mm 的 H 型钢进行稳固连接，作为纵向连接受力体，基座与工作井壁之间用 HW350 mm × 350 mm 的 H 型钢进行支撑，使基座与工作井结构有效连接。盾构基座就位示意见图 2。
( 2 ) 盾构反力体系。本工程为盾构穿越野惠中间风井。盾构推进采用满环管片拼装，共 24 环，其中负环第 1 环采用钢管片，并以盾构进洞环切口端面作为负环反力面。由于进洞环管片在盾构脱出时，进行20 mm 厚圆弧钢板封与管片环面形成 20 mm 高差，而负环钢管片不同于混凝土管片，其端面没有凹凸榫，因此需在混凝土管片与钢负环管片间加垫一圈厚 20 mm 厚钢板，以保证负环钢端面平整。同时为负环管片拆除方便，在负环钢管片与 － 23 环间沿钢管片弧面加垫Φ300 mm 钢管，其长度根据进洞环与内衬墙位置关系而定，从而保证出洞环与内衬墙宽在 500 ～ 800 cm。
4． 3 进、出洞止水装置
盾构在进、出洞过程中，洞口( 钢洞圈直径Φ12 100 mm) 与盾构( 盾构外径为: Φ11 580 mm) 壳体将形成环形的建筑空隙。本工程单边建筑空隙将达 26 cm。为防止出井时泥水大量从洞门外通过此建筑空隙窜入井内，影响切削面泥水压力的建立、切削面土体的稳定以及工作井和盾构内的施工，必须设置性能良好的密封止水装置，确保初始泥水平衡的正确建立和施工安全，在进、出洞分别采用不同形式的止水装置。进、出洞止水装置如图 3所示[ 1 ]。
(1) 进洞止水装置。为避免盾构进洞时进洞口土体暴露时间过长，造成洞门土体塌方，拟考虑采用二次进洞。盾构进洞前，在预埋钢洞圈上安装止水装置。进洞止水装置主要由 1 道橡胶帘布和相应的圆环板、螺栓、螺母等组成。
本工程同步注浆管为 6 点，置于盾构壳体外，距切口位置约 6． 3 m。当盾构壳体进入工作井约 6 m后，用钢丝绳将橡胶帘布板箍在盾构壳体圆周上，然后通过隧道内管片注浆孔进行压注水泥浆。待达到一定强度后，进行第 2 次进洞。
( 2 ) 出洞止水装置。出洞止水装置主要由 1 个止水箱体结构、2 道橡胶帘布，相应的圆环板、固定板、翻板、连接销轴、螺栓、螺母及加劲板等组成。为加强止水箱体装置的密封效果，在箱体上 2 道橡胶帘布之间沿外圈均匀布置 12 只Φ40 mm 洞门封堵材料加注管( 上部的 240° 范围内，每 20° 1 只) 。在盾构出洞过程中通过加注管向止水箱体中注入高分子聚合物封堵材料以封堵孔隙、减少漏水量。
为进一步加强抵抗盾构前部泥水压力的能力，在盾构出洞口预埋钢洞圈加工时，已在钢洞圈上预埋了注浆管，注浆管直径为Φ50 mm，共 7 只，沿钢洞圈上部 240°布置，待盾构壳体全部进入洞圈后，在洞圈内注入双液浆，以封堵泥水的后窜通道。
4． 4 盾构风井内移动
由于隧道直径较大，盾构进洞后在盾构接收架上推进时无正面压力，因此管片极易变形。为此，盾构推进前在风井内隧道中心位置两侧分别安放 2 根双拼 HW 350 mm × 350 mm 的 H 型钢作为限位装置; 当管片脱出盾尾后 70 cm，用一段槽钢通过焊接与 H 型钢连成一个整体。
5 施工监测
(1) 盾构出洞后实际最大切口高程面偏差仅为70 mm，而按照原设计曲线推进最大偏差 将达到130 mm。
(2) 盾构进、出洞后两处共计注浆量达到 45 t，地表累计最大沉降仅为 27 mm。
6 结语
本工程盾构穿越中间风井工程于 2011 年 5 月21 日做准备工作; 6 月 8 日，盾构进入中间风井; 6 月19 日盾构从中间风井出洞。
(1) 大直径隧道穿越风井时，基座强度、刚度及稳定性均比较可靠，并在风井内移动时增加两侧横向支撑，使负环管片变形较小，控制在 20 cm 以内。
(2) 盾构进、出洞竖向轴线采用与设计轴线相割的方法，施工时的隧道轴线偏差均控制在 ± 100 mm范围内。
上海轨交 16 号线野惠风井区间隧道施工中，首次实现了大直径盾构在国内地铁隧道中穿越中间风井的施工。施工中所采取的一系列技术措施，对类似工程有一定的参考价值。
参考文献:
[ 1 ] 张凤祥，傅德明，杨国祥． 盾构隧道施工手册 [ M ] ． 北京: 人民交通出版社，2005: 643 － 645．