上海轨交12号线盾构穿越外滩通道施工技术

1　工程概况

上海轨道交通12号线天潼路站～国际客运中心站区间隧道采用2台“863”土压平衡盾构机施工，隧道内径为5500mm，隧道外径6200mm，管片厚350mm，环宽1200mm，采用通缝拼装形式。区间隧道纵坡呈V型，最大坡度为29.109‰；平面曲线的最小半径为349.851m；隧道顶部埋深为6.89～26.8m。
　　上行线长1450.910m（1208环），下行线长1450.388m（1208环）；上行线在530～566环处盾构斜穿外滩通道东长治路匝道，隧道中心标高-23.723～-24.824m，隧道顶距匝道结构底板最小竖向净距为7.912～8.966m，距坑底旋喷加固区及地下连续墙最小竖向净距为2.114～2.424m；上行线在574～592环、下行线在571～588环处盾构下穿外滩通道主线暗埋段，上、下行线隧道中心标高分别为-25.005～-25.364m及-24.847～-25.172m，隧道顶距主线暗埋段结构底板最小竖向净距分别为7.368～7.727m及8.67～8.995m，距坑底旋喷加固区及地下连续墙分别为2.105～2.464m及2.947～3.272m。
　　图1为区间隧道与外滩通道位置关系图。


2　工程地质
　　区间隧道穿越外滩通道时所涉及的土层有②1褐黄～灰黄色粉质黏土、②3灰色黏质粉土、⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉质黏土层、⑤3-1灰色粉质黏土层，区间隧道位于⑤1-2及⑤3-1土层，匝道及主线暗埋段主体结构均处于②3土层中，各土层物理力学指标见表1。



3　施工难点及风险

　　1）外滩通道围护采用SMW工法施工的型钢水泥土搅拌桩，由于通道新建不久，在盾构穿越期间，其还处于非稳定期；
　　2）盾构穿越外滩通道时，覆土较深，正面阻力较大，掘进困难，易造成通道隆起；
　　3）施工中缓和曲线的半径小（上行线为399.851m、下行线为349.886m），盾构易出现超挖现象，引起通道的差异沉降；
　　4）因⑤1-2层的土体具有明显的触变性，在一定的动力作用下易发生流变、破坏土体结构，使土体强度突降；同时该土层内聚力高，易粘着盾构设备或造成管路堵塞，使掘进困难。
4　施工技术

为将外滩通道的沉降控制在±10mm以内（12号线穿越施工以前的沉降归零），需采取多种技术措施，如对盾构机进行针对性改制：同步注浆系统注浆泵的更换、增设注浆孔、在盾构刀盘上增加先行刀和贝壳刀、推进系统的千斤顶增加油缸等；在管片上预留注浆孔；设定推进试验段；施工参数（土压力、推进速度、同步注浆量及压力）的设定。
　4.1　盾构机针对性改制
　　1）为减少盾构穿越后外滩通道的后期沉降量，采用德国施维英注浆泵代替原有同步注浆泵，因施维英注浆泵在盾构掘进时可实施多点位注浆，使浆液均匀分布，提高浆液填充效率。
　　2）为防止盾构机本体上方的外滩通道产生的异常沉降现象，施工前在盾构本体腰部和盾尾各增开6个注浆孔，沿圆周均匀分布（见图2），用优质球阀密封。


　　3）由于盾构在穿越外滩通道匝道段时，局部区域需要切削水泥土搅拌桩，为增强盾构的切削能力，保证盾构姿态，在盾构刀盘上增加48把先行刀和12把贝壳刀。
　　4）为增加盾构总推力以及纠偏能力，在盾构内下部的8～10号及左、右两侧的4～6号和12～14号千斤顶上各增加1套油缸，共9套（见图3），使原双油缸结构的千斤顶，成为3套油缸组成的千斤顶，最大推力可达3000kN，共增加推力9000kN。


4.2　管片上增设注浆孔
为便于对外滩通道后期补压浆施工，在穿越区及其前后的105环管片（上行线524～598环，共75环；下行线565～594环，共30环）上，每环管片增开10个注浆孔（TD、TB1、TB2、TL1、TL2上各增设2个注浆孔，见图4）。


　4.3　试验段的确定
在盾构穿越外滩通道前，设定一段20环（24m）为推进试验段，根据盾构推进影响范围，把盾构切口到达外滩通道前22环开始设为穿越段开始，直至盾尾脱离外滩通道为止设定为穿越段结束。


　4.4　施工参数
1）盾构在试验段推进时，设定土压力：上行线为0.443MPa，下行线为0.469MPa；推进速度为15mm/min；注浆量均为2.8m3。
2）根据试验段的施工情况并结合地面沉降监测数据，盾构穿越时土压力设定：上行线为0.448MPa，下行线为0.474MPa。
3）为了减少对周围土体的扰动，在盾构穿越外滩通道的前后20环，放慢推进速度，以5～10mm/min速度推进。
4）为提高外滩通道的后期稳定性，同步注浆采用新型大比重缓凝浆液（浆液配比见表2），泵出口压力控制在0.3MPa；每环注浆量为2.8m3，由安装在盾构操作室里的监视器及安装浆量标识的浆桶控制；采取“对角线”注浆方式（先A1、B1，再A2、B2，推进375px切换一次注浆孔，上部与下部的注浆量之比为3:2，见图5），可使浆液填充均匀、密实。




　　5）纠偏量
单次平面纠偏量每环控制在5mm内，单次高程坡度纠偏量控制在1‰以内，采用稳坡法、缓坡法推进。
5　施工监测
5.1　外滩通道沉降监测布点
穿越外滩通道区域纵向监测断面以12号线隧道中心线与外滩通道中心线的交点为中心，沿外滩通道线路向南及向北距离隧道中心线6、15、24、32m布设监测点；横向监测断面，沿外滩通道方向每5m布设一沉降监测点（见图6），穿越影响的其它区域每20m布设一沉降监测点（见图7）。




　5.2　监测结果
穿越施工结束时，外滩通道沉降控制在+2.67～-1.64mm，后续3个月沉降趋于稳定（每月沉降量小于等于0.5mm），且累计沉降量小于5mm，有效控制沉降量在±10mm以内，见图8。


6　结语
上海轨道交通12号线天潼路站～国际客运中心站区间隧道施工时需穿越外滩通道，为不影响外滩通道的正常运行，采取了多种施工技术措施，经过信息化施工管理，历时38d，上、下行线盾构先后顺利穿越外滩通道。由于沉降量控制在±5mm范围内，原本准备的二次注浆作业未进行。盾构机的针对性改制取得了明显的经济、社会效益。盾构穿越外滩通道时所采取的施工技术，可为以后类似工程借鉴。