摘要：文章以杭州地铁5号线南星桥站~江南大道站区间为工程实例，阐述了通过砂浆基座工艺成功在高水压条件下曲线大坡度穿越超深风井的施工方法。砂浆基座是钢基座在曲线轴线下的替代方法，其由U形混凝土挡墙和内部填充砂浆组成，盾构在U形挡墙内掘进，可实现曲线穿越。砂浆基座在风险可控的基础上在工期、成本方面对比泡沫混凝土穿越工艺具有较大优势。文章结合工程实例介绍砂浆基座穿越流程与方法，为地铁盾构曲线穿越风井提供更多思路与选择。
关键词：曲线穿越；砂浆基座；工期；成本
引言：随着地铁盾构越来越频繁的穿越中间风井，在风井中创造条件模拟盾构在土体中推进的泡沫混凝土穿越工艺越来越受到青睐。相较传统方式，泡沫混凝土穿越工艺在工期、安全性等方面具有较大优势。但同时，虽较传统方式进步较多，但泡沫混凝土仍存在清理费时，造价高昂等问题，且混凝土穿越工艺无法及时封堵洞门，在清理过程中存在安全隐患。砂浆基座相比泡沫混凝土穿越工艺除了具有回填方量小，回填时间少，回填成本低，清理工期短等优点外，盾构接收后可以更方便地在风井内进行换刀，更换盾尾刷，盾构检修等工作。
1. 工程概况
1.1 工程简介
南星桥站~江南大道站区间为杭州地铁5号穿越钱塘江全地下区间，区间左线全长2569.238m，右线全长2564.478m，区间设一座中间风井，钱塘江南岸距中间风井约120m，中间风井距江南大道站距离约840m。该区间最大水压0.46MPa。
区间隧道最小掘进半径为R＝600m，最大纵坡为28‰，区间埋深为11～37m。管片外径6.2m，管片厚度350mm；管片类型分为直线、左曲、右曲三种型式；每环管片分为6块，即三块标准块，两块邻接块和一块封顶块，环宽1200mm，采用错缝拼装方式。
拟穿越的江南风井主体结构尺寸为20.8×28.2m(长×宽，含围护墙厚），主体风亭开挖深度37.7m。风井主体部分围护结构采用叠合墙，连续墙厚1.2m，深61m。风井南北两侧端头加固区设置800mm厚C20素混凝土止水墙，止水墙上层20m范围配筋，下层为素墙，止水墙深59m，深入岩层。盾构需穿越穿越风井前后需穿越C20素混凝土墙。
区间隧道采用2台复合式土压平衡盾构机施工，从南星桥站始发后穿越钱塘江进入中间风井，在风井进出洞后最终到达江南大道站接收。
图1.1-1 盾构推进示意图
1.2 江南风井穿越盾构轴线统计
江南风井盾构穿越段左线穿越长度18.4m，对应环数为1435环~1451环。右线穿越长度18.4m，对应环数为1434环~1450环。
左、右线穿越江南风井段平面为右转圆曲线，转弯半径800m,纵坡为+28‰平坡。
1.3 地质水文条件
1.3.1 工程地质条件
江南风井盾构接收、始发处隧道中心埋深分别约32.253m、31.904m。隧道断面主要有⑥2淤泥质粉质粘土夹粉砂、⑧1淤泥质粉质粘土。盾构底部距离砂层仅50cm。
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图1.3.1-1 江南风井进出洞加固区域地质剖面图
1.3.2 水文条件
1）孔隙潜水
孔隙潜水主要赋存于表层填土、③层砂质粉土、粉砂中。地下水位一般为1.10～3.80m，相应高程3.75～6.28m。
2）孔隙承压水
孔隙承压水分布于深部的（12）1层粉砂、（12）4层圆砾、（14）3圆砾层中，水量丰富。承压水水位埋深约7.85m，相应高程为1.64m。
2 工程难点分析
1）风井埋深较大，开挖深度达37.7m。盾构穿越过程中盾壳底部距离承压水过近，穿越过程中承压水易击穿土体进入风井。其次，盾构从承压水层上坡后进入中间风险，承压水层穿越区距离风井仅20m左右，承压水易通过盾构壳体周边进入中间风井。
2）轴线控制要求高，大坡度上坡盾构容易出现磕头现象。
3）通车压力大，工期要求紧。
3 盾构穿越施工技术
3.1 止水帷幕
为隔断承压水，保证盾构进出洞安全，在风井进出洞两侧设置止水帷幕，止水帷幕采用C20混凝土，上部20m范围配筋，下层为素墙，止水墙深59m，深入岩层。见图3.2-1.
3.2 进出洞加固
风井地基加固采用搅拌桩结合高压旋喷桩方式施工，搅拌桩施工区域采用三轴搅拌桩（?850@600mm），桩间搭接250mm，加固长度6m。搅拌桩与地下连续墙之间的间隙（400mm）采用双高压旋喷桩（?1000@650mm）进行填充，地基加固在混凝土隔水素墙内施工。
考虑到止水帷幕存在，三轴加固长度调整为6m。由于三轴施工完成后隧道轴线进行下调，江南风井深度下调1.2m，因此三轴加固深度不足，盾构底部加固深度仅为1.8m。
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图3.2-2 江南风井加固立面图
3.3 井点降水
针对中间风井盾构进出洞共布置6口降压井，南北两侧各3口，井号YD1~YD6，井深44m。井壁管均采用焊接钢管，降水井井壁管直径均为φ273×4mm。降水井布置见图3.2-1。
3.2 盾构始发接收技术
3.2.1 砂浆基座
由于风井宽度仅16.4m，无法采用钢基座进行常规始发与接收工作，且平移基座在工期与成本上有明显缺陷，而采用泡沫混凝土工艺穿越无法方便地进行盾构检修与换刀工作，且工期与成本较高，因此综合考虑采用砂浆基座方式进行穿越。
砂浆基座设计思路是用以替代钢基座为主，因此最初设计为如图3.2.1-1所示。
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图3.2.1-1 最初设想砂浆基座图
但考虑到风井穿越过程中管片缺少必要约束，而采用型钢对管片加固又耗时耗力，因此将基座两侧混凝土挡墙提高，在盾构推进过程中及时对基座与管片间隙进行填充，以保证管片姿态与收敛。改进后砂浆基座图如下所示。
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图3.2-2 砂浆基座截面图
盾构左线穿越时始发段未设置钢基座，盾构存在磕头现象，右线穿越前对砂浆基座进行改进，增加钢基座后盾构未出现磕头现象。钢基座也可更改为短轨道。
3.2.2 穿越流程
混凝土U型槽浇筑——洞门凿除——回填砂浆——盾构接收——盾构检修与换刀——盾构始发
3.3 针对性措施
除常规始发接收措施外，针对砂浆基座工艺采用以下针对措施，用以保证盾构穿越顺利进行。
1）封洞门弧形钢板加固
由于盾构接收再始发管片受到的推进反力会出现先减少再增加过程，因此需要保证弧形钢板的焊接的牢固，因此需要对弧形钢板进行加固；
2）管片与混凝土U形槽空隙填充
管片与混凝土U形槽空隙的及时填充可有效控制管片姿态及收敛，建议喷射细石进行填充，至少每环填充一次。也可人工充填黄沙，但在控制管片姿态与收敛上不如喷射细石有效;
3）U形槽与填仓
U形槽底部混凝土处于结构填仓位置，制作前与结构施工单位提前沟通，将U形槽底部混凝土作为填仓一部分，可免于后期凿除工作并节约成本。
4 施工效果
盾构顺利穿越中间风井，且盾构轴线均未超过±50mm。右线接收洞门4月11日开始进行洞门凿除，至4月27日，右线盾构完成始发洞门封堵工作，耗时仅18天。其中还包含C20素墙穿越，盾构换刀，更换盾尾刷工作。
以杭州4号线3标过江区间为参照，对泡沫混凝土和砂浆基座穿越工艺进行对比。
表4-1 工作量与工期对比表
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注：1）采用泡沫混凝土工艺洞门封堵考虑到风险因素需逐一进行，且需要人工开挖泡沫混凝土，边挖边封；
2）以上工期未计入洞门凿除时间;
3）由于左、右线穿越时间不同步，因此工作量以双线计，工期以单线计。
由上表可知，在工期与成本方面，砂浆基座穿越具有较大优势。
5 结论和建议
通过砂浆基座工艺曲线穿越风井在成本与工期方面相较泡沫混凝土具有一定优势，但这种工艺也有其局限性。其主要特点如下：
1）该工艺要求盾构正常进行接收与始发流程，是对钢基座无法应对曲线接收与始的改进，无法减少或规避穿越风险。在地面场地受限无法进行水泥系加固及降水情况下，单纯通过冻结无法在高水压下保证接收与始发安全，此时采用泡沫混凝土工艺可有效减少穿越风险；
2）砂浆基座穿越风井工艺在工期与成本上有良好表现，且工序简单，适用面广；
3）回填砂浆标号可根据盾构机性能进行更改，软土盾构可采用M5或M10砂浆，复合盾构机砂浆标号应适当提升以保证足够的推进反力。
参考文献
孔德法，回填砂浆中盾构曲线穿越区间风井施工技术，中国市政工程，2017（6）：40-42