杭州地铁1号线盾构穿越桩基施工技术
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摘要：杭州地铁1号线隧道工程由于地理特点，地质条件复杂、施工难度大，文章阐述了施工过程中技术要点，确保施工安全和质量。
1.盾构穿越桩基概况
本工程为杭州地铁艮山门站～闸弄口站～火车东站区间（5、6号盾构）隧道工程，线路大致为西偏东南向东走向，全长总计6716m。区间5号盾构始发工作井位于东新路绍兴路口艮山门站东端头井。
区间5号盾构与桩号里程K18+40～K18+115之间从教练大队办公楼下穿过,见图1。办公楼为6层砖结构，基础为薄壁Φ500mm预应力管桩，桩长8.5米，桩底标高为-3.5（黄海高程）。5、6号盾构顶标高为-5.385，距离桩基底部约1.9米，隧道中心距离约14.5米，盾构穿越土层为④3层淤泥质粉质粘土夹淤泥质粘土及⑥1层淤泥质粉质粘土。
2.地质状况
根据地质勘探报告，本掘进区段范围内的地质资料从上至下依次为：①1杂填土、①2素填土、③2砂质粉土、③3砂质粉土、③5粉砂夹砂质粉土、④2淤泥质粉质粘土夹淤泥质粘土、④3淤泥质粉质粘土、⑥1淤泥质粉质粘土、⑥2淤泥质粉质粘土
盾构出洞时位于④2层淤泥质粉质粘土夹淤泥质粘土层及④3层淤泥质粉质粘土层。盾构出洞及100环推进区域土层状况见表1；各土层物理力学性能指标
3.工程特点、难点
本标段盾构隧道通过地段的地层主要是粉质粘土、粉砂土层,地下水丰富，工程地质条件相当复杂，对隧道施工影响较大。同时盾构通过地段有铁路、构筑物桩基、文晖大桥及重要管线等，地面沉降控制严格。
4.盾构穿越桩基技术措施
4.1 盾构穿越桩基前准备工作
1）盾构穿越房屋桩基调查,确认土层情况是否与设计图纸一致。
2）提前布设地面及构筑物沉降观测点。在第一运输公司教练大队四周布设建筑物垂直位移监测点及裂缝监测点以及深层土体沉降观测孔。
3）根据建筑物基础桩基形式及与隧道的关系以及相关技术规范，制定最大沉降量和沉降差的警界值：基础桩基垂直变形+5～-20mm，房屋差异沉降10mm。
地表最大沉降量≤30mm；速率≤3mm/12小时；深层土体最大位移≤35mm；速率≤3mm/12小时。
4）安排盾构驾驶人员熟悉盾构操作性能
5）确保盾构出洞姿态。5号盾构出洞后靠体系采用三榀56＃工字钢，5号盾构两根后靠直接顶在后部标九段结构侧墙上，只需对后靠横向进行固定即能满足强度及刚度要求。
4.2 盾构穿越施工保护技术措施
区间5号盾构在穿第一运输公司教练大队时，由于对周围地层的扰动产生地下水位下降、地层损失，导致建筑物的不均匀沉降，可能直接影响到其正常功能。施工中要求控制沉降值在相关标准范围内，保护要求很高，因此必须采取有效的保护措施，确保建筑物的安全。
1）区间管片外侧涂刷防水涂料
为控制第一运输公司后期沉降，在5号盾构穿越期间管片外侧涂刷防水涂料，减少后期水土从管片结构内渗出，减少构筑物后期沉降。
2）确保盾构出洞安全
盾构出洞前必须对加固土体进行取芯检测，现场采用斜管方式进行取芯，取芯部位应根据监理要求取接缝处，且至少应取3个点，待检测合格后才能进行出洞施工，否则应进行补加固。凿除洞门前应在洞圈内打9个水平观测孔（米字型），看有没有漏水及漏泥现象，如果有须采取相应补加固措施。
盾构出洞施工期间处于加固区域，正面的土质较硬，为控制推进轴线，防止盾构上浮，增大土体扰动，平衡压力设定值应低于理论值，推进速度不宜过快(1cm/min)。盾构出加固区后，为防止正面土质变化而造成盾构突然“磕头”，将平衡压力值设定略高于理论值。同时，根据地层变形量等信息反馈对平衡压力设定值、推进速度等施工参数作及时调整，尽量减少对构筑物桩基影响。
当盾尾出工作井内壁后，立即用钢板与洞口环的预埋件焊接，若洞口出现漏水现象严重则由预设注浆管向洞圈周围内进行注浆。
3）洞口管片拉紧装置
盾构进洞施工过程中为防止盾尾将洞口管片拉开，造成隧道变形及接缝渗漏水，在盾构进洞前须采用14号槽钢将洞口约10环管片连接成整体，通常在一环6块管片中间设置一根纵向联系条，示意图如上。
4）控制盾构掘进轴线
区间5号盾构从艮山门车站出洞后就立即穿越构筑物桩基，由于盾构出洞段后靠负环体系受力情况、正面土体强度太大及浅覆土等因素，本工程盾构顶部距离桩基非常近，盾构出洞对构筑物变形沉降造成很大影响。此外盾构出洞施工阶段姿态一般不是很好，需要进行纠偏，这样会对土体造成扰动，影响桩基沉降变形。
盾构出洞过程中需要控制好后靠质量，保证负环拼装质量，待负环闭口环及水平钢管支撑拼装结束后立即开启上部千井顶进行推进，出洞施工过程中开启注浆尽量减少盾构上浮。
盾构穿越运输公司桩基期间采用盾构机自带测量系统辅以人工复核方式控制盾构推进轴线，确保5号盾构掘进轴线不会偏差太大，尽量减少附近土体扰动。
5）严格控制盾构正面平衡压力
在盾构穿越建筑物桩基过程中必须严格控制切口平衡土压力，正面平衡压力设定还须考虑上部构筑物自身重量因素，根据穿越土层情况，初定盾构掘进施工正面土压力约0.19Mpa，盾构穿越施工过程中使得盾构切口处的地层有微小的隆起量来平衡盾构背土时的地层沉降量，同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等。防止超挖、欠挖尽量减少平衡压力的波动。
6）严格控制盾构的推进速度
穿过第一运输公司教练大队桩基施工时，推进速度不宜过快，尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，盾构穿越施工速度应控制在2cm/min。
7）严格控制盾构纠偏量
在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大、过频。推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土量和千斤顶行程逐渐变化以减少盾构施工对地面及运输公司桩基的影响。
8）控制拼装速度
拼装过程中为防止盾构后退，回缩的千斤顶应尽可能的少，以满足管片拼装即可。在管片拼装过程中，应当安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间，减少土体沉降。拼装过程中发现前方土压力下降，可以采用螺旋机反转的手段，即将螺旋机机内的土体反填到盾构机前方，起到维持土压力的作用。拼装结束之后，应当尽可能快地恢复推进，减少土体及运输公司桩基沉降。
9）控制同步注浆及壁后二次注浆质量
盾构穿越第一运输公司期间同步注浆要做到及时、均匀、足量，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填（初定140～200盾尾间隙），将运输公司桩基变形和管片偏移控制到最小。
根据地表监测反馈数据，及时采取有效措施进行控制，对浆液配比进行调整，压浆属一道重要工序，施工中指派专人负责，对压入位置、压入量、压力值做好详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。
在施工过程中严格控制浆液质量，首先施工前对拌浆工进行技术交底，严格按照浆液配比进行浆液拌制。同步注浆采用同步自动注浆，保证浆液匀速、均匀、连续的压注，防止推进尚未结束而注浆停止情况的发生。
隧道内运输车以及地面上的拌浆系统定期进行清洗，清洗时间基本控制在每班一次，确保浆液管路畅通。
待管片脱出盾尾5环后，根据地面监测数据及时通过管片预留注浆孔进行壁后二次注浆，在管片外侧形成环箍，控制好运输公司后期沉降，注浆材料为双液浆。
由于区间盾构距离构筑物桩基很近（1.9m），同步注浆及二次注浆过程中应特别注意控制注浆压力（小于0.4Mpa），防止对桩基造成较大扰动，造成第一运输公司产生沉降变形。
10）加强地面注浆措施
由于区间5号盾构穿越运输公司过程中顶部埋深约11米，上下行线盾构相隔1个月进行掘进，对周围土体扰动范围较大，可能造成附近地面产生沉降变形，采用隧道内注浆加固方法有可能效果不是很好。故盾构穿越运输公司期间需要在地面准备注浆泵及注浆材料等，一旦发现监测数据有异常则立即组织相关人员进行地面注浆加固，确保第一运输公司桩基安全。
11）加强施工监测
对盾构穿越第一运输公司桩基施工进行全过程监测，在盾构穿越之前委托监测单位对所有监测点原始数据进行测定，穿越施工期间根据监测数据及时优化调整掘进施工参数，做到信息化动态施工管理。
盾构穿越施工前须对各监测项目测取初始值至少2次；穿越施工过程中至少每天监测2次；盾构穿越施工后一周内至少每天监测1次直到沉降变形趋于稳定。
盾构穿越建筑物桩基掘进过程中根据实际情况加密监测频率，监测值达到报警值时及时报警并采取相应技术处理措施。施工监测工作延续到施工结束后，观测值稳定一周后方可停止监测。
（3）盾构穿越施工后技术措施
在盾尾穿越第一运输公司桩基之后，由注浆工作班组通过管片注浆孔进行双液浆的压注，使其在管片背后形成环箍，减少盾构施工的后期沉降。如若发现后期沉降通过壁后二次注浆不能得到很好的控制可以考虑采取进行地面注浆等措施。
（4）应急措施
1）盾构穿越期间项目部主要人员须24小时在现场值班，控制好盾构掘进施工参数和姿态，同时加强施工监测，一旦发现异常情况，立即根据预案组织相关技术保护措施，确保第一运输公司教练大队桩基安全。
2）现场配备足够的机械设备，包括注浆泵、对讲机及地面监测设备等，待发现监测点沉降变形过大时立即进行注浆加固；
3）现场配备足够的水泥、水玻璃等注浆材料，配备一套注浆泵,一旦有险情可立即进行跟踪注浆作业。
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