盾構斜穿既有地鐵線路施工技術

鄧統輝

(深圳市地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518000)

盾構斜穿既有地鐵線路施工技術

鄧統輝

(深圳市地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518000)

在城市地鐵隧道施工過程中，越來越多的地鐵建設將面臨多次穿越既有地鐵線路的問題，這是新線建設中等級最高的風險之一。本文選取了深圳地鐵2號線斜穿地鐵1號線工程案例，研究了盾構下穿過程中采用的施工技術，分析了下穿過程中監控量測數據，總結出了盾構下穿過程的關鍵技術。可為以后的地鐵穿越提供借鑒。

盾構 下穿 斜穿 既有線

在城市地鐵隧道施工過程中，往往會遇到需要穿越既有隧道的工程難點。由于新線施工會不可避免地引起既有線的沉降，而地鐵運營又對既有線的軌道變形有非常嚴格的控制標準，因此這類下穿問題對既有線路的安全提出了嚴峻的考驗，成為地鐵建設中等級最高的風險工程。本文結合深圳地鐵2號線斜穿地鐵1號線工程案例，對下穿工程采取控制盾構掘進參數、二次注漿及信息化監測等手段，順利地實現了盾構的成功穿越。

1 工程概況

1)本工程盾構始發井—大劇院站區段將以20°～23°的平面夾角下穿運營中的地鐵1號線科學館—大劇院暗挖區間。兩線路重疊范圍為:左線70.485 m，右線73.844 m。

2)根據詳勘報告與補勘資料，盾構始發井—大劇院站區段下穿地鐵1號線范圍隧道拱頂埋深為20.2～23.6 m，上部覆土依次為〈1-1〉素填土、〈5-2-3〉中砂、〈5-2-2〉細砂、〈8-4〉礫質黏性土、〈9-1〉全風化花崗巖。下穿范圍隧道洞身處于〈9-1〉全風化花崗巖、〈9-2-1〉強風化花崗巖、〈9-3〉中風化花崗巖均有存在的復合地層中。

2 工程技術難點分析

1)下穿區段距離1號既有線較近，左線間距1.71 m，右線間距2.48 m，下穿開挖控制不好，可能引起塌方及下沉。

2)下穿區段位于曲線段，在外界條件復雜的情況下，盾構容易偏移，要注意糾偏措施。

3)根據地質補勘資料，上軟下硬花崗巖地層具備以下特征:上部強風化花崗巖風化程度十分強烈，裂隙發育，巖芯主要呈土狀，自穩能力很差;中風化花崗巖風化程度較弱，石英含量高，原巖結構完整，巖芯主要呈硬巖狀，抗壓強度較高(無側限抗壓強度為70～90 MPa)，完整性好(RQD值為60% ～80%);軟、硬巖之間為明顯的巖土分界線，且存在含水量豐富的破碎帶。以往施工經驗顯示，該地層掘進過程中土倉壓力起伏較大，停機時經常發生因切口上方土體坍塌或地下水大量涌入導致土倉壓力大幅上漲的情況。這些情況將導致地層持續失水、自穩性不斷降低的后果，可能直接導致上部軟巖的坍塌，對地鐵1號線造成嚴重影響。

4)隧道下穿方向，為斜交方向，開挖重疊面積較大，容易引起下沉。且下穿部位位于曲線段，糾偏可能對下穿的安全性造成影響。

3 施工技術

盾構推進根據試驗段的經驗設定掘進參數，下穿1號線推進過程中再根據地表監測結果以及1號線洞內自動化監測數據，對掘進參數隨時調整優化，嚴格控制土體沉降和位移，確保地鐵1號線的運營安全。

1)土倉壓力。理論土倉壓力值為160～220 kPa，推進過程中應控制土倉壓力在160～180 kPa，并根據出土情況與監測結果適當優化。推進過程中需保持土倉壓力長期處于平穩狀態，起伏不宜大于 ±20 kPa。

2)推進速度。掘進速度應根據地質情況、土倉壓力、刀盤扭矩合理設置，盡量保持平穩，減少對周邊土體的擾動影響。推進過程中嚴禁出現為提高推進速度而隨意降低土倉壓力的行為。

3)刀盤轉速。為避免轉速過低造成刀盤切削下部硬巖時貫入度過高，推進過程中應控制刀盤轉速在1.7～2.0 r/min。刀盤工作壓力上限設置為20 000 kPa，防止刀具產生過大的沖擊荷載。

4)出土量控制。每掘進1環進尺的理論出土量為46.4 m3，根據試驗段施工經驗和監測數據反饋顯示，取松散系數k=1.5是比較合理的，故每掘進1環進尺的出土量應控制在70 m3以下。在推進過程中現場土木技術人員應對可能出土超量的情況進行預判和分析，第一時間匯報現場領導小組。

5)同步注漿。下穿1號線過程中同步注漿量原則上控制在7～9 m3/環，注漿壓力應控制在250～300 kPa，控制注漿速度至千斤頂行程達到1 700 mm時注完，并保證4根注漿管同時工作。

推進過程中現場土木技術員負責根據每一掘進循環的進尺情況及監測數據對注漿參數及時調整，確保同步注漿的質量。若盾尾漏漿嚴重，需在對應管片脫出盾尾后及時進行二次注漿。

6)二次注漿。為控制土體后續沉降，推進過程中應根據監測數據對脫出盾尾的管片進行二次補強注漿，使隧道周圍土體徹底固結，確保地鐵1號線運營安全。①二次注漿施工工藝。下穿1號線區段采用特殊管片，除封頂塊以外每塊管片均增設2個注漿孔。所有增設注漿孔在管片進場前均已破掉背后的混凝土，并在注漿孔內安設了單向逆止閥。需要二次注漿時無需開孔，選擇好合適的注漿孔位(應優先選擇1點、11點的點位)后直接連接注漿接頭、三通混合器、水泥漿管和水玻璃管即可。注雙液漿時，先注純水泥漿液1 min后，打開水玻璃閥進行混合注入，終孔時應加大水玻璃的濃度。在一個孔注漿完結后應等5～10 min，將該注漿頭打開查看注入效果。如果滲漏嚴重應再次補注至滲水基本消失方可終孔。拆除注漿頭并用雙快水泥砂漿對注漿孔進行封堵，帶上塑料螺栓并進行下一個孔位注漿。②設置止水環。為提高同步注漿質量，避免已成環管片背后的地下水大量涌入土倉，應每隔8～10環對管片背后進行整環二次注漿，形成一個由凝固雙液漿形成的止水環，截斷管片背后來水。

7)管片拼裝。為防止土倉壓力平衡被破壞，在盾構停機進行管片拼裝時一次收回的千斤頂應盡可能少，滿足管片拼裝即可。管片拼裝過程中，操作手需加強對土倉壓力的監控，出現土倉壓力持續降低時應向土倉內補注泥漿直至達到設定壓力。

8)姿態控制。盾構行進姿態修正的過程中會對地層造成超挖和額外擾動，可能引起土體失穩和出土超量。在穿越段的掘進過程中，必須嚴格控制盾構機單位進尺的糾偏量至每環10 mm以內，推進時不急糾、不猛糾。當地質條件很差時，只要水平、垂直姿態偏差不超過±50 mm，推進時可不考慮設計軸線，保持當前姿態徑直前行，盡量減少對地層的擾動，待地質條件好轉后再進行緩慢糾偏。

9)掘進參數設定。綜上所述，下穿地鐵1號線掘進參數設定如表1所示。

表1 下穿1號線推進參數

10)上軟下硬地層的處理。降低推力，調整掘進參數，以求得在現有刀具條件下的最佳掘進效果。應適當降低刀盤轉速，掘進時應保持較高的土倉壓力與掌子面的壓力平衡。必須加強渣土改良，采取向土倉內加入泥漿(或膨潤土)的方式，對砂層或其它軟弱地層起泥模作用，使土倉內高壓空氣不易逸出，可有效防止軟弱地層坍塌。

4 監測項目

1)監測內容。為了及時收集、反饋和分析周圍環境及盾構在施工中的變形與隧道內力信息，本項目采取自動化監測方式監測下穿過程中的既有隧道沉降，監測控制指標見表2。

表2 結構變形監測控制指標一覽 mm

2)監測數據分析。隧道的沉降初期有上拱現象，而后下沉急劇增大，盾尾過后趨于穩定。最大下沉值9.6 mm，隧道最大沉降出現在道床上。最大下沉點小于預警值10 mm，說明施工是安全的。

隧道結構的裂縫與受損情況監測結果正常。

5 結語

通過深圳地鐵2號線下穿1號線區間隧道的施工實踐證明:

1)采用同步注漿及二次注漿加固的方法，可以達到減少下穿隧道沉降變形及地表沉降的效果。注漿作為盾構施工的一個關鍵工序，必須嚴格按“確保注漿壓力，兼顧注漿量”的雙重保障原則，緊密結合施工監控量測的反饋信息，不斷優化注漿壓力。注漿量一定要保證超過理論計算值，在實際平均注漿量的合理范圍內波動。

2)盾構下穿時優化施工參數，嚴格控制掘進參數，對保證下穿隧道的安全起關鍵作用。保持推進速度及土倉壓力平穩，控制刀盤轉速在1.7～2.0 r/min，防止過大沖擊荷載。控制出土量，每掘進1環進尺的出土量應控制在70 m3以下。曲線段“勤糾偏，小糾偏”。這些措施可以有效控制地層的彈塑性變形，保證下穿的順利進行。

3)在施工過程中，合理安排施工步序、強化現場監測和信息反饋是工程安全的保證。

［1］韓煊，劉赪煒，JAMIE R S．隧道下穿既有線的案例分析與沉降分析方法［J］土木工程學報，2012，1(1):134-141．

［2］趙克生．淺埋暗挖法地鐵隧道超近距離下穿既有線技術［J］．市政技術，2007，9(5):358-362．

［3］張宇．軟土地區近距離下穿隧道盾構施工對地表沉降及既有隧道變形影響分析［D］．天津:天津城市建設學院，2010．

［4］陳德智．盾構隧道近距離下穿既有運營隧道的施工技術［J］．鐵道建筑，2011(2):67-69．

［5］王國民．盾構隧道下穿既有鐵路防護的設計與施工［J］．上海鐵道科技，2006(6):24-25．

U455．43

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．17

1003-1995(2013)09-0054-03

2012-12-06;

2013-05-15

鄧統輝(1983— )，男，湖南瀏陽人，工程師，碩士。

(責任審編 趙其文)