盾构隧道近距离上跨既有地铁盾构隧道变形控制技术研究

盾构隧道近距离上跨既有地铁盾构隧道变形控制技术研究

杨光

中铁七局集团有限公司 河南省郑州市 450016

摘要：伴随着中国社会经济的迅速发展，人民生活水平的不断提高，对城市地下空间的利用也在不断扩大。当前，我国城市地下空间发展的重点是地下空间、地下商业、地下停车场和地下过街等。地下空间的发展必然会对已有的地下工程造成一定的干扰。如何对盾构施工过程中的干扰效应进行有效的控制，是目前亟待解决的问题。本项目以已有地铁盾构区间为研究对象，通过对该区间上跨施工控制措施的分析和研究，获得能够有效抑制浮沉的关键施工技术，并对其进行归纳和分析，以期为以后同类工程的建设提供借鉴。

关键词：隧道上跨；地铁盾构；施工变形

1盾构法施工概述

“盾构法”是一种以“盾构机”为核心，在隧道内进行开挖的一种施工方法。主要适用于对居民生产有较大影响的明掘工程，以及不适宜采用明掘等施工方式的地质条件。该方法对周边环境影响小，表面积小，地层适应性强，施工速度快。

盾构法的施工过程包括基坑表面稳定、基坑开挖和衬砌支护三部分。这就是它的工作原理。当利用盾构机进行土方挖掘时，管道段被安装在盾构机尾，构成一个支撑环。在施工中，通过对掘进表面及周边土体的稳定，使其不会发生垮塌或损坏，并可使其向前移动，以去除残留的淤泥。在此基础上，通过在盾构机尾端安装管节段，在墙后注浆，实现对围岩、土体的干扰最小，对地面及周边环境的影响最小。

2工程基本概况

某城市轨道交通Z2线滨宁区间线路工程长度约1450米，其顶板深度为12~16 m。隧道管片有6600毫米的外径，5900毫米的内径，350毫米的厚度和1500毫米的宽度。沿线的地层以淤泥质粉质粘土、淤泥质土层为主，隧道与B1线并线段长度范围约900m，盾构间水平最小净距4.2m，在里程CK49+660～CK49+700处B1线下穿Z2线，竖向净距3.3m。

2.1工程附近水文地质情况

项目选址为冲积扇地貌。从土层的构造、成因和性质等方面分析，该工程所要穿越的地层为淤泥质粉质粘土层。既有盾构法施工中，上部为淤泥质土层，下部为淤泥质粉质粘土地层。盾构施工所要穿越的地层多为淤泥质粉质粘土地层，地层厚度为7.6-8.6 m，地层中的孔隙水对该地层的渗透有较大的影响。

2.2工程难点分析

在已有的B1号线中，新建的一条浅埋深的隧道，其最小净间距为3.3m。由于该工程为近距离上跨，在施工时容易造成下部盾构隧道的抬升变形。按照《城市轨道交通结构安全防护技术规范》（CJJ-T203-2013）的规定，地铁隧道工程的外部边界50 m范围内，是地铁隧道工程建设的重要区域。新修建的浅埋式隧道已经进入了保护区范围，而原有的盾构隧道又处于强影响区，因此，新修建的隧道和原有的盾构隧道联系十分紧密。

3工程施工措施及要点分析

3.1现场施工措施分析

①加强结构自身刚度，由于上下隧道之间在施工期间和使用阶段列车振动的影响，上下重叠隧道的衬砌结构均应做加强措施。考虑到管片模板的成本，盾构管片厚度、宽度仍与一般段隧道相同，可适当加大管片配筋量，以满足管片的各项受力要求。同时，管片应采用错缝拼装的方式，以增加衬砌的空间刚度。②对隧道间夹层土体进行加固处理，才能保证施工安全及后期的运营安全，可通过新建隧道或既有隧道洞内对夹层土体进行注浆加固。③上穿施工时在下部隧道内设置临时保护支架，由于上、下部隧道的净距较小，在上部隧道掘进过程中，为保护下部隧道施工中的安全，在盾构机械所处位置对应的下部隧道内应设置钢结构临时支架，保护下部隧道管片的安全。④加强监控测量建立严格的隧道沉降控制网，及时定期进行监测，以掌握重叠隧道施工时和建成后对周围环境及对隧道结构本身的影响。以备必要时采取技术措施来确保地铁的安全运行和减少对周围环境的影响。穿越施工时宜将盾构推进的初始100m长度作为试验段，根据地面变形监测数据及盾构施工所采用的参数，不断优化调整。

3.2工程变形控制要点

盾构掘进产生的地面沉降主要原因是地层损失，而地层损失主要由以下原因引起：①盾构正面压力平衡状态不理想，引起土体的地层损失。在盾构掘进时，由于盾构掘进速度慢，进土量少，而螺旋输送器排土量大，引起盾构土舱内压力下降，此时盾构开挖产生地层损失；②在衬砌环脱出盾尾时，隧道和地层间留有的建筑空隙如不及时充填，上层土体会坍塌，产生地层损失；③盾构在曲线推进、纠偏、抬头或仰头推进过程中，实际开挖断面不是圆而是椭圆，因此引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线的偏角越大，则对土体扰动和超挖程度及其引起的地层损失也越大；④其他因素：如盾构处于停顿状态或管片拼装过程中由于液压阀止锁作用不好，导致盾构后退，以及盾尾密封装置不佳导致土体自盾尾流入隧道内，这些都会增大地层损失。盾构施工时，地表沉降量一般情况下应控制不超过30mm，地表隆起量不超过10mm。

4盾构隧道近距离上跨既有地铁盾构隧道变形控制措施

为有效地控制上跨段地铁隧道结构的变形，必须尽可能地减小施工中的各种因素对其影响。在此基础上，结合有关工程实践，除对土槽压力、注浆压力进行控制外，还可采用下列技术措施。为控制施工时地表变形量，可采取以下措施：①通过优化掘进参数以保持盾构开挖面的稳定。掘进参数主要有：刀盘和土舱压力、排土量和推进速度、螺旋机转速、千斤顶总推力、注浆压力与时间、注浆量、浆体性能、盾构坡度、盾构姿态和管片拼装偏差等。施工时应根据地面变形曲线进行实测反馈，以验证选择施工参数的合理性或再调整优化施工参数。②为了减小和防止地面沉降，在盾构掘进中，要尽快在脱出盾构后的衬砌背后环形建筑空隙中充填足量的浆液。根据地质条件，确定浆液配比，注浆压力、注浆量及注浆起止时间对同步注浆能否达到预期效果起关键作用。二次（或多次）注浆是弥补同步压浆的不足，减少地表沉降的有效辅助手段，可使盾构在穿越建筑物、铁路股道、地下管线时，大大降低地面沉降。③盾构在曲线上推进时，土体对盾构和隧道的约束力差，盾构轴线较难控制，因此推进速度要放缓、纠偏幅度不要太大、加大注浆量、加强纠偏测量工作等，以减小地层损失，降低地面沉降量。④对掘进路径及掘进过程中，应严格控制掘进角度及掘进角度，防止过大的位姿及频率调整；减小小的偏移，防止大的偏移以及围岩的超掘。⑤保证注浆的质量与数量同步进行。注浆是降低地层变形，提高结构抗渗能力，改善非均质地层结构的受力状态。在注浆施工中，要注意控制注浆的流量、注浆压力，保证管段与周围岩层间的空隙能得到及时的充填、压实。在保证地表及既有轨道结构安全的前提下，为避免出现较大的沉陷，需适当加大注浆用量。

5结论

本文分析了既有地铁盾构隧道的变形情况，并通过工程分析进一步分析了施工措施和施工要点。在上述研究的基础上，总结了既有隧道的变形控制机理，对暗挖减载施工和既有隧道保护措施进行了方案优化。本文的主要结论是：

在隧道掘进过程中，隧道掘进会引起地面沉降。因此，在B1线上部掘进已扰动土层盾构机参数和注浆是控制地面沉陷的关键。数值模拟结果表明，采用超前支护、预先注浆等方法，可以有效地减小上部隧道的地面沉陷。

结合现场智能监测系统实时反馈的施工参数与各项实测数据分析得出富水软土地层中盾构掘进施工对周围环境的影响效应，提出一套富水软土地层条件下盾构施工信息化反馈制度标准及风险控制方案。针对富水软土地层中盾尾同步注浆，开展室内试验针对该工程中的同步注浆进行室内配比优化试验，并配制出一种同步注浆外加剂，使得在改善浆液流动性的同时并不会对其稳定性以及强度产生不利影响，同时加快浆液的凝结速度，以提高盾构隧道抗渗性，避免在穿越湖泊时出现冒顶涌水现象。

参考文献：

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