盾构隧道穿越既有运营地铁线路施工控制技术

盾构隧道穿越既有运营地铁线路施工控制技术

朱梦一

中建筑港集团有限公司山东省青岛市266000

摘要：轨道交通是城市交通的命脉所在，必须保证它的运营。因此，需要不断的研究盾构隧道穿越既有运营地铁线路施工控制技术，这种研究具有非常关键的地位，它可以广泛应用到各大工程，所以它是具有珍贵的工程应用价值。

关键词：盾构隧道；穿越；既有地铁；施工技术

1研究背景分析

随着城市地下轨道交通的大规模建设，新建地铁线路穿越既有线的交叉换乘问题越来越多，其中，新建线路区间隧道采用盾构法施工下穿既有地铁线路时，形成“T”形换乘站形式。在该类型穿越工程中，采取合理的技术措施确保盾构隧道下穿施工过程中将既有运营地铁线路的沉降变形控制在安全限值范围内是核心技术问题。为此，近年来出现了一种考虑盾构下穿变形控制，即在既有地铁结构底板施工前事先设置预埋桩基的新型地下结构，但是，该种预埋桩基主动变形控制技术的相关理论研究缺乏，相关工程案例少见，尤其是既有地铁线路的沉降变形演化机制、既有桩基的荷载传递机理以及不同的桩基设计参数对变形控制效果的影响等不清楚。

2盾构隧道穿越既有运营地铁线路施工风险因素分析

2.1环境条件严苛。

盾构施工将无可避免地导致路基沉降，进而引起轨道变形，在浅埋深且上部地铁荷载反复施加的联合作用下，势必对地铁的安全运行构成极大影响。

2.2地质条件复杂。

上下层土体的显著差异给盾构施工带来极大的困难，掘进参数稍有差池就可能导致盾构机发生抬头现象。软弱地层自稳能力差，在盾构机扰动下极易出现涌水、涌砂现象，导致地面沉降甚至塌陷，且大粒径卵石不仅对盾构机刀具损耗严重，还容易造成超挖以及排碴困难。

2.3盾构掘进参数控制要求高。

①土舱压力：盾构土舱压力直接决定着掌子面的稳定状态，需精准地控制在合理范围内以确保盾构施工的正常进行。若土舱压力偏小，将难以平衡掌子面水土压力，使掌子面向盾构机方向产生位移，造成地层损失，进而引发地表沉降，轨道变形。若土舱压力过大，掌子面受过量挤压，将导致掌子面前方地表隆起，同样对上部结构不利。

②掘进速度：为避免盾构机自重引起隧道下卧层产生的竖向位移，在保证盾尾同步注浆质量的前提下，应尽可能提高盾构掘进速度，使盾构机快速通过。

③同步注浆和二次注浆：在隧道施工过程中，针对地层损失主要依赖于同步注浆或二次注浆进行弥补。若注浆参数控制不当将诱发地表沉降或隆起，导致轨道变形，进而影响既有铁路的正常运营。

2.4施工组织与管理难度大

机组人员的施工经验以及操作技术对隧道质量及施工安全将产生根本性影响。同时机组人员的综合素养，面对突发情况的应变能力与决策能力均是隧道施工的风险源。

3盾构隧道穿越既有运营地铁线路施工控制技术

3.1工程概况

某新建盾构右线隧道下穿既有运营的1号线出入段线（矿山法暗挖段），隧道洞顶与出入段线纵向间距为4.35～5.34m。穿越节点处，新建隧道顶埋深约17.89～18.17m，穿越范围主要地层为（17）—2细砂。在现有勘探深度内，地下水类型为孔隙潜水，含水层岩性主要为细砂、中砂，属中等—强透水层，富水性好。盾构下穿地铁1号线出入段线暗挖段位于繁华路段交叉口，地面交通特别繁忙。穿越段区域有大量地下管线，如雨污水涵、天然气、电力等运营管线路。

3.2施工技术措施

3.2.1试推进段

盾构推进试验段为盾构切口达穿越段前12环前的普通地段，通过试推进，明确在此地层中，盾构施工土体沉降变化规律，从而进一步确定相关施工参数，包括：推进速度、注浆压力、注浆量等，并制定相关沉降控制措施，切实保证既有线地铁运营安全、盾构施工顺利落实。

在试推进试验阶段，本工程在上述地质条件下、结合施工单位的施工水平、经验，分析出影响沉降量偏大的要因主要有：①刀盘扭矩偏大，应力争取控制在≤2500kn/m范围内，可通过选择合适的泡沫剂、控制泡沫剂压住流量来进行调整；②总推力过大，应力争控制在≤1800t范围内，可以通过盾壳注浆孔加水，减小盾构在砂性土中的摩阻力，减小推力，保证盾构推进速度，稳定快速地通过穿越段，沉降量得以控制；③同步注浆量少，应力争控制在注浆量≥3.7m3范围内，即理论注浆量的1.8倍以上；④设定土压力与理论土仓压力偏差应≤0.05Mpa。

3.2.2盾构穿越段

盾构穿越段为盾构切口达运营地铁前12环位置至盾尾脱出运营地铁3环范围。在进行盾构穿越段施工时，应根据试推进段施工确定的相关参数展开作业，如：推进速度、同步注浆量、刀盘扭矩、推力等，切实保证盾构穿越段顺利通过，最大限度减小对既有地铁线的影响，保证其运营安全。根据区间隧道设计要求控制标准：1号线出入段线隧道沉降控制≤±5mm。根据此要求，掘进参数设定的原则是：掘进过程中让地铁1号线出入段线隧道适当上抬，隧道的隆起量控制在0～3mm之间；在盾构穿越完成并且地铁1号线出入段线隧道稳定后的最终沉降量控制在5mm范围内。

3.2.3盾构穿越后段

盾构穿越后段为盾构脱出地铁4～15环（共12环）范围。在进行盾构施工时，切口到达前，地面会产生一定的隆起，当盾构下沉后沉降量逐渐变大，因此盾构尾部存在较大的变形，由此在盾构穿越后段必须及时对既有地铁线和新建隧道之间的土体进行注浆加固，加固壳的厚度为2.0m。

3.3施工监测

穿越施工中为及时地反映既有隧道沉降规律，预判、控制潜在风险，结合数值模拟给出的沉降槽宽度，在施工影响范围内的左右线隧道各布设13组监测点，分别监测隧道及轨道结构沉降，如下图，图中：JG代表结构，如JG－106表示第6个隧道结构沉降监测点；DC代表道床，如DC－101表示第1个道床结构沉降监测点。穿越中心两侧的9组监测点间距为5m，其余4组间距为10m。在施工影响范围外布设1组基准点，采取自动化监测方式观测，监测频率为30min/次。因正常运营的既有地铁列车振动会对自动化监测数据采集产生扰动，为了规避该扰动的影响，在采集的数据与之前的数据相比发生突变时，电脑自动在接下来的1min内再重复采集3次，由操作人员选用其中的1组数据。

4结束语

综上所述，在地铁穿越工程实施中，应明确既有运营地铁线的防护范围；在施工中严格控制施工参数，全面落实施工监测，以监测结果指导施工，切实保证作业的顺利实施；同时积累施工经验，为各类重难点工程做好基础工作。

参考文献

[1]纪明.盾构隧道平行穿越连拱隧道施工影响分析及安全控制研究[D].长安大学,2017.

[2]黄德中,马险峰,王俊淞,李削云,余龙.软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究[J].岩土工程学报,2012,34(03):520-527.

[3]王岩.某盾构隧道下穿既有盾构隧道变形超限原因解析及控制研究[D].北京交通大学,2015.