近日，成都地铁9号线培风站至成都西站区间左线施工的“奋进二号”盾构机，成功从下方穿越正在运营中的地铁4号线并顺利出洞，实现了双线顺利贯通。
作为成都地铁有史以来盾构施工风险最大的下穿工程之一，该项目施工中首次引入光纤陀螺仪监测管棚、特殊浆液控制沉降技术，创新中空锚杆深层注浆和精确定位控域注浆技术，将掘进过程中道床的沉降值控制在了4毫米以内，成为成都地铁穿越施工中沉降值最小的穿越施工。这一工程奇迹如何诞生？近日，科技日报记者走访了相关项目施工单位。
在运营地铁下“钻洞”
成都地铁9号线培成区间盾构下穿既有地铁4号线，是成都地铁有史以来盾构施工风险最大的下穿工程之一，对沉降的精准控制更是此次施工最大的技术难点。
“盾构下穿影响区域长达48米，正穿长度长达18米，其中实施下穿施工作业的9号线与正在运行的4号线，最小净距只有3.65米。而更加困难的是施工洞门距地铁4号线仅8米，意味着盾尾尚未脱离地铁线路正下方，刀盘就要出洞，同步注浆压力无法保持，盾尾沉降很大。”项目施工方、中铁八局城通公司成都地铁9号线项目党工委书记张俊刚说。
“施工中，盾构机还需要穿越大粒径、高强度、高富水、强透水的富水砂卵石地层，安全风险极高，穿越难度极大，稍有不慎就会造成地铁线路沉降超标，危及行车安全。”张俊刚说，按地铁运营标准要求，要确保4号线正常运营，必须将沉降值控制在4毫米以内，相当于2只铅笔芯直径相连的高度。
多项组合技术实现“毫厘不差”
“差之毫厘失之千里”，对于参与此次施工的建设者而言，“一毫一厘”都事关重大。在盾构掘进期间，9号线项目部会同多名专家，运用多项科技“法宝”，对沉降进行精准把控。
“首先是要瞄得准，即控制偏差。”该项目副总工喻兵说，根据设计文件，隧道左、右线区间共计90根管棚，长度达40米，为防止管棚侵入4号线结构或9号线刀盘掘进范围，施工时必须将管棚垂直、水平偏差以及管棚角度偏差严格控制在1度范围内。为此该项目在管棚施工采用光纤陀螺仪定向。喻兵说，常规的测量手段采用水位连通管，精度差且无法进行水平偏差测量，施工前项目引进光纤陀螺测斜仪进行管棚精度控制，该仪器测量精度可达0.1度，精度高、重量轻、测量过程便捷、输出成果快，能有效控制管棚偏差，确保管棚绝对不侵入盾构掘进范围。
同时，施工区域特殊的富水砂卵石地层，也是发生沉降的不稳定因素。喻兵表示，本次施工使用的土压平衡盾构机开挖直径为6.98米，盾尾直径为6.93米，可谓“头大尾小”。由于盾体直径小于开挖半径，盾构机体通过富水砂卵石地层下穿既有4号线期间，会出现4号线隧道底部脱空的情况，从而导致隧道下沉。
“要防止因隧道底部脱空造成沉降影响地铁运营安全，科学的填充材料和工法是关键。”喻兵说，施工方使用的特殊浆液由合成钠基黏土矿物、纤维素衍生剂等材料构成，将高浓度的泥水材料与强塑剂分别以配管压送到盾体径向孔处，2种液体混合后，瞬间形成高黏度又全硬化的可塑性黏土，形成具有支撑力的高黏度塑性挡水性胶化体后，将其在盾构机掘进的过程中同步注入到盾体外，以填充盾体与土体之间的间隙。
注浆加固是严控沉降的一项关键工序，传统的洞内深层注浆技术是在盾构机盾体和后配套台车完全通过后，采用风钻在管片吊装孔打入钢管进行后续注浆加固。“这种方式往往要等盾构机完全通过后才能实施，此时沉降可能已经发生且不可逆转。”项目施工方、中铁八局城通公司工程部彭静峰说，为在盾构掘进期间同步实现深层注浆加固，本次施工中创新使用了特制锚杆深层注浆技术，“简单地说，该技术就是在盾构机盾体通过后，即在盾构机桥架位置使用特制的手持式打孔设备，从上方的管片吊装孔打入锚杆进行注浆，这样既能确保在沉降发生初期阶段稳定住地层，也能保证加固效果”。
最后，在项目施工过程中对于注浆加固这一关键环节，施工方在传统工艺的基础上进行了创新。“采用管棚及注浆对既有线下方进行加固是目前在富水砂卵石地层运用的主要手段，但无法实现对既有线下方地层全部注浆加固。因此我们创新研究了特制钢管对地层进行补充注浆，通过对钻孔角度、深度的精确控制和特制钢管定深控域注浆施工，达到对应加固区域的高质量加固，进一步减少既有线沉降。”中铁八局城通公司总工程师王宏志说。