南京地鐵一號線TA4標試驗段工程施工技術

【摘 要】本文介紹南京地鐵南北線一期工程TA4標盾構從試驗段及新街口—珠江路區間隧道施工情況，論述盾構穿越大量建筑物、地下管線、越內秦淮河兩側駁岸的施工方法，特別介紹盾構兩次穿越內秦淮河的超淺覆土層時的同步注漿量控制和盾構姿態控制技術。
【關鍵詞】 南京地鐵 盾構施工 穿越秦淮河 注漿量控制 姿態控制

1概述
1.1工程概況
南京地鐵南北線一期工程TA4標(盾構一)由試驗段及新街口—珠江路區間隧道段兩部分組成，相應的工程里程為K5+070．000～K6+067．197和K8+352．550-K9+276．606。本文著重介紹試驗段的施工技術以及盾構穿越內秦淮河的技術處理措施。外秦淮河至三山街區間是地鐵一號線試驗段，是南京市地下鐵道工程的一個重要組成部分，其中從外秦淮河北側至釣魚臺盾構工作井范圍為明挖法施工的區間隧道全長312m，從釣魚臺盾構工作井至三山街站南端頭井為盾構區間隧道單線長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％。從試驗段明挖段的敞開段開始地鐵由地面高架轉為地下隧道。本工程盾構工作井位于內秦淮河以南的中山南路上(見圖1a，圖1b).

盾構隧道區間推進將穿越大量建筑物和地下管線，而且盾構還將穿越內秦淮河兩側駁岸，盾構推進將兩次穿越內秦淮河的超淺覆土層，給盾構穿越帶來了一定的難度。而明挖區間暗埋段西側距離建筑物最近處僅1m多，對基坑的開挖和支護造成了—定的難度。
1．2 地質狀況
本區間地貌隸屬于崗前洪積扇-古秦淮河沖積漫灘平原，經人類長期堆填，除秦淮河岸邊場地外現地勢較為平坦。
根據本工程的地質剖面圖，試驗段土層主要為人工填土、淤泥質粉質粘土、粉質粘土、粉砂
土。其主要物理力學性質指標見表1。

試驗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 圍護結構施工
采用進口SMW樁機PAS-120VAR以“套筒復打”工藝施工，該樁機具有扭矩大，成樁工效高圍護結構不留接縫，有—定克服障礙物能力等特點，適合南京地區土質成樁。
2．1．2施工節段劃分
明挖段從秦淮河北側(里程K5+070．000)起，至盾構工作井(里程K5+381．842)，全長311．842m。分為盾構工作井、暗埋段和敞開段3個部分。其中暗埋段長180．142m(里程K5+185．000～K5+365．142)，劃分為8個施工節段；敞開段長115．000m(里程K5+070．000-K5+185．000)，劃分為5個施工節段，盾構工作井長16．7m(里程K5+365．142—K5+381．842)，單獨成為一個施工節段，
(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，敞開段分為五段(其中兩段為光過渡段)，由北向南分別命名為開1～開5段。
為了減少飲馬巷路口交通影響，暗8段的結構等到暗埋段其他已施工的結構到達設計強度恢復路面后再施工。施工暗8段時在其他地方設置臨時交通便道使交通不受阻斷。因此工作并／暗埋段/敞開段的施工程序是：
半圍擋--工作井—暗埋段SMW圍護--工作井施工--暗1段施工底板及部分側墻--暗2、3、4、5、
(2)基本施工方法
試驗段區間隧道(盾構工作井、暗埋段和敞開段)均采用明挖順筑方法施工。
2．2 釣魚臺—三山街盾構推進
本工程盾構工作井位于內秦淮河以南的中山南路上，盾構起始里程樁號左K5+383，852、右K5+
383．392；隧道終結于三山街站，終止里程樁號K6+067．193(左線)、K6+067．197(右線)，區間隧道左線全長約為683．3m，左線全長約為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％。
本區間隧道的外徑為φ6 200，內徑qb5 500。亦即隧道襯砌外徑為6．2m，內徑為5．5m，隧道襯砌每環寬度為1．2m，厚0．35m，分6塊，采用小封頂形式。整環管片由封頂塊、兩塊鄰接塊和三塊標準塊，共6塊構成。縱向(即環與環之間)與環向(即一環管片中塊與塊之間)均采用M30的彎螺栓手孔式連接，襯砌的設計抗壓強度為C50，抗滲強度為S1O，管片采用錯縫拼裝的施工工藝。本標段隧道工程襯砌接縫防水采用水膨性橡膠和氯丁橡膠復合壓制成的彈性密封墊圈，本工程管片用量1 153環，盾構推進土方量約43 676立方米。盾構機采用日本三菱公司生產的φ6 340土壓平衡鉸接式盾構。
2．3試驗段聯絡通道施工
施工方法采用凍結加固和礦山法工藝施工。
施工流程見圖2：

注：右線批進施工工藝同左線施工工藝
圖2 施工工藝流程
施工準備--凍結孔施工，同時安裝凍結制冷系統--裝凍結盆水系統和檢測系統，同時進行隧道支撐--探孔試挖--拆鋼管片--聯絡通道掘進與臨時支護--聯絡通道永久支護--泵站開挖與臨時支護，泵站永久支護--必要時進行土層充填注漿。
凍結孔施工和聯絡通道臨時支護施工為本工程的關鍵，凍結檢測和聯絡通道永久支護施工為特殊工序。并注意融沉對周圍建筑及管線的影響。
3施工難點及技術處理措施
3.1SMW施工在深厚的雜填土、素填土中以及在硬粘土中施工
在施工前進行地質詳勘充分了解地下障礙物情況，選用克服障礙物能力較強的PAS—120樁機，對4m以上深度障礙物采用快速開挖回填的方法處理解決雜填土、素填土中存在的施工問題。
由于在下部地層為硬粘土層，SMW施工時造成糊鉆，對此首先停止使用膨潤土，然后增加鉆頭上刮刀數量，并經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首次應用，盾構工作井在開挖期間四周地面最大沉降為16mm，支護結構最大水平位移為23．4mm，地下水為的最大變化值為0．224m,由此可見SMW工法在本工程中施工是成功的。
3．2 鄰近中山南路西側建筑物基坑開挖
應用“時空效應”原理，分小單元開挖，快速支撐，采用垂直運輸和水平挖掘分離的開挖方式，避免開挖的支撐的干擾，同時加強對西側建筑物的沉降檢測，確保了施工順利進行。監測結果表明基坑最大沉降為22．8mm，最大水平位移28．2mm，臨近房屋未出現開裂現象。
3．3 盾構過內秦淮河施工
盾構穿越處內秦淮河河道寬16．8m，河底距盾構頂部覆土最淺處僅0．7m，為國內外目前所施工的盾構隧道中淺覆土之最。另外內秦淮河兩側為漿砌塊石駁岸，駁岸上方有眾多的舊式房屋，盾構穿越的土層具有一定的流動性，保護房屋的難度較大。見圖3

圖3盾構穿越內秦淮河環境狀況
3．3．1在盾構穿越內秦淮河施工中存在以下風險和難點：
(1)內秦淮河兩岸駁岸的保護
內秦淮河兩岸駁岸上方坐落的都是舊式房屋，年代久遠，在盾構推出駁岸前后，覆土厚度有一突變，如果不能及時調整盾構平衡壓力設定導致盾構姿態突變，必然造成駁岸產生沉降和位移，對駁岸和房屋構成危險。
(2)盾構推進軸線的控制
盾構在河底下淺覆土中推進的，上下受到的力不均衡，盾構姿態上揚，壓坡困難、隧道上浮，軸線難以控制。而內秦淮河的覆土最薄處僅0．7m，—旦盾構軸線偏移上揚，將會產生嚴重后果。
拼裝完成的隧道環脫開盾尾后，由于上部壓載及自重無法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮。如果不采取相應的加固對策，極易引起隧道局部開裂漏水。
(3)流砂和管涌
在砂土、砂質粉土等易液化的土層中施工，由于盾構推進大刀盤旋轉切削擠壓擾動，加上過高的水頭壓力(有時可達0．3—0．5MPa)。液化砂土隨地下水沿盾尾和隧道接縫滲漏進人隧道內， 女懷及時采取措施，可能出現局部地基掏空，隧道下沉、螺栓斷裂、隧道破壞。
3．3．2采取措施
(1)采用加設抗拔樁和抗浮板并進行河底注漿的加固方法用于平衡盾構推進時土體產生的側向壓力，防止流沙和管涌，以便盾構能以較適當的推進力及推進速度快速通過河底危險區。
(2)加強內秦淮河駁岸的保護
河邊護坡上澆注20cm鋼筋混凝土，將漿砌塊石連成一體，避免盾構機穿越時岸坡因沉降而產成局部開裂。在盾構機穿越范圍內，岸坡上方架設六道水平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，節省投資并保持河道的暢通。
(3)土壓的設定根據地質情況，河水產生的水壓力和抗浮板的自身重量。得表2Ti壓。
表2盾構穿越內秦準河平衡土壓值

考慮到盾構穿越后會帶來—定的后期沉降，因此在進行平衡壓力設定時以切口前方建筑物變形量
控制在+3～+5mm為宜。
在奉段施工中，真正做到連續均衡施工，保證盾構能以較快的速度穿越。
3．3．3 內秦淮河段淺覆土層施工
(1)盾構推進控制
為控制隧道軸線，防止土體因超挖量過大造成的建筑空隙在盾殼上方不能及時填充，進而造成土體在盾構本體處有較大沉降，使得河水涌人隧道，故要切實做好盾構推進過程中推進速率、出土量等推進參數的控制，以此來減少因軸線糾偏而形成的土體超挖量。
(2)同步注漿量控制
隨時根據監測情況，來調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，既不能因過少過小而造成河底沉降也不能因過多過大而造成蓋板隆起損壞，使河水涌人隧道
(3)盾構姿態的控制
盾構在推進及管片拼裝時確保姿態“三不”，即不后退、不變向、不變坡。
(4)保護蓋板和防止盾尾漏泥、漏水及隧道上浮的措施。其監測布點如圖4。

圖4盾構穿越內秦淮河的監測布點
3．3．4 已完成過內秦淮河隧道施工效果
在駁岸周圍和砼抗浮板上設置位移沉降測點，加強環境變形監測，每隔二小時進行一次觀測，監測點布置見圖。駁岸的變形觀測，采取跟蹤觀測的方法，在盾構推進的同時進行觀測。通過采取以上措施，盾構作業僅用了4d時間推進和拼裝105~125環，順利通過內秦淮河河底，各監測點在盾構穿越過程中的最大沉降變化為-14．3mm和+10mm，盾構穿越后最終沉降量見表3。
表3 盾構穿越內秦淮河駁岸及建筑物沉降檢測結果

圖5隧道實測軸線偏差
3．4 三山街盾構出洞
三山盾構機出洞采取單管旋噴加固，但在盾構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，不能確保洞門鑿開后土的自立性。決定采取大口徑管降水方案，降水結果使得地下水由-1．0m左占降至-15m確保了盾構順利出洞。
4 結束語
(1)在通過淺覆土河道的隧道施工中，要綜合考慮全線的地質、水文、地面構筑物、地下障礙物等情況選用盾構機型，然后根據所選的機型與河道覆土、水文情況、航道要求采取相應的施工措施，安全施工并保證以后運營時的隧道安全。
(2)采用土壓平衡盾構機進行河底淺覆土隧道施工時要驗算隧道上覆土的安全厚度。
(3)淺覆土厚度不足時，河底注漿加固與設置抗浮板是有效措施之一。
(4)在盾構推進時根據實際情況調整盾構推進參數，對減小軸線偏差、控制地面沉降機及隧道安全有重要影響。
(5)SMW工法施工為南京地區首次應用，施工時應結合實際隋況，盾構工作井在開挖期間四周地面最大沉降為16mm，支護結構最大水平位移為23．4mm，地下水為的最大變化值為0．224m，由此可見SMW工法在本工程中施工是成功的。
(6)應用“時空效應”原理，分小單元開挖，快速支撐，采用垂直運輸和水平挖掘分離的開挖方式，避免開挖的支撐的干擾。
（7）采取大口徑管降水方案可解決粉砂層中出動問題。
(8)在冰凍法施工中要注意融沉對周圍建筑、管線的影響，須嚴格控制。