盾構始發(fā)階段近距離下穿既有地鐵施工技術

田 強，郝本峰，王 強

（中建交通建設集團有限公司，北京 100142）

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盾構始發(fā)階段近距離下穿既有地鐵施工技術

田 強，郝本峰，王 強

（中建交通建設集團有限公司，北京 100142）

摘 要：結合深圳地鐵 9號線梅村站—上梅林站盾構區(qū)間始發(fā)階段近距離下穿既有地鐵4號線（龍華線）隧道的實際情況，系統介紹了地鐵盾構始發(fā)階段近距離下穿既有地鐵施工技術，與原設計方案“端頭加固+大管棚法”相比，取消了端頭加固、降水井和大管棚施工，縮短了工期、降低了造價，保證了施工安全和質量。

關鍵詞：盾構機；近距離下穿既有地鐵；施工技術中圖分類號：U455.43

1　工程概況

深圳地鐵 9號線梅村站—上梅林站區(qū)間隧道與深圳地鐵 4號線隧道基本正交。在 9號線左線交叉點處（北），4號線右線外緣距離 9號線上梅林站基坑為 16.6m；在 9號線右線交叉點處（南），4號線右線外緣距離 9號線上梅林站基坑為 19.1m，如圖 1 所示。既有地鐵 4號線位于上梅林站西側，中康路下方，為外徑 6m的盾構隧道，隧道拱頂覆土約 8.5m，軌面標高 9.048m，其隧道圍巖為 <6-1> 可塑狀砂礫質粘性土及 <6-2> 硬塑狀砂礫質粘性土。9號線右線隧道與 4號線隧道上下凈距僅為 2.497m（盾構刀盤距離 4號線隧道底部 2.397m）；9號線左線隧道與4號線隧道上下凈距為 3.108m（盾構刀盤距離4號線隧道底部 2.968m），夾層地質為 <6-2> 硬塑狀砂礫質粘性土層，9號線隧道圍巖主要為 <6-2> 硬塑狀砂礫質粘性土及 <11-1> 全風化混合巖。

圖1　4號線隧道與 9號線線路關系平面圖

2　下穿施工技術

2.1施工方案

9號線盾構下穿 4號線最初的設計為“端頭加固+降水井 + 大管棚法”，但是在上梅林車站基坑施工過程中，4號線監(jiān)測數據顯示部分點位沉降已達到警戒值，初步判斷為沉降是由于地下水位下降較大導致隧道變形。9號線盾構下穿 4號線如果按照原設計采用大管棚方式進行加固（大管棚直徑為 108mm，鉆孔直徑為 121mm，仰角為 1°），在大管棚鉆進過程中，容易造成地層大量失水，使 4號線沉降加劇，因此，建議取消大管棚，采用“自動化監(jiān)測 + 運營隧道內動態(tài)平衡注漿加固+鋼套筒始發(fā)+中盾殼體外注漿”方案作為下穿施工輔助方案。

2.2既有地鐵隧道洞內預加固

為了將盾構穿越 4號線過程中對運營線路的影響控制在合理范圍內，在盾構始發(fā)前在運營 4號線隧道內對影響區(qū)的管片周圍進行預加固。

（1）在穿越區(qū)影響范圍區(qū)段（施工隧道中心線外50m）從管片注漿孔注水泥-水玻璃雙液漿。在距離施工隧道中心線 10m 范圍，可每間隔 2 環(huán)對稱從管片腰部進行注漿；10～50m 范圍可每間隔 4 環(huán)管片從管片腰部注漿孔進行注漿；注漿以壓力控制為主，同時結合自動化監(jiān)測數據并觀測注漿管片有無異常，整個注漿以加固穩(wěn)定管片為主，當管片姿態(tài)小于 3mm 的變形量，管片及管片接縫無異常的情況下，壓力升至 0.25～0.3MPa 時停止注漿。

（2）在 1 個注漿斷面上，使用 2 套注漿設備同時對管片腰部 2 處注漿孔進行對稱注漿。對于滲透性較好地層，可直接打開注漿孔進行注漿；對于軟弱地層及滲透性不好的地層，采用鋼花管進行注漿，鋼花管的長度為 2m 左右，在重疊段鋼花管的長度依照打設完鋼花管后端部距離刀盤開挖斷面 500mm 進行控制，鋼管前部 60cm 范圍內鉆 3 組出漿孔，每組 3 個孔，孔組間距為 20cm，第 1 次注漿完成后，不拆除注漿管，可利用預留的注漿管進行反復注漿，作為盾構下穿運營 4號線過程中的一項應急措施。

2.3盾構始發(fā)與下穿

2.3.1始發(fā)鋼套筒

如圖 2 所示，整個鋼套筒結構由過渡環(huán)、筒體、反力架等部分組成。筒體部分長 10900mm，直徑（內徑）6500mm，分 3 段，每段又分為上下兩半圓。筒體材料用 16mm 厚的 A3 鋼板。每段筒體的外周焊接縱、環(huán)向筋板以保證筒體剛度，筋板厚 20mm，高150mm，間隔約 550mm×600mm。每段筒體的端頭和上下兩半圓接合面均焊接圓法蘭，法蘭用 24mm 厚的 A3 板，上下兩半圓以及兩段筒體之間均采用 M30 高強螺栓連接，中間加 3mm 厚橡膠墊。在筒體底部制作托架，托架分 3 塊制作，之間用螺栓連接，每段又分為 3 件。托架承力板用 24mm A3 板，筋板用 20mm A3板，底板用 24mm A3 鋼板，底部用 200mm×200mm 工字鋼按“托架圖”相應的尺寸焊接成為整體。托架與下部筒體焊接連成一體，焊接時托架板先與筒體焊接，再焊接橫向筋板，焊接底板和工字鋼。托裝組裝完后，工字鋼底邊與車站底板預埋件焊接，托架須用型鋼與車站側墻頂緊。

圖2　始發(fā)鋼套筒圖

2.3.2盾構下穿

（1）盾構施工區(qū)段劃分。根據盾構穿越既有 4號線的工況特點，將盾構穿越前后 60m 距離劃分為 3 個施工控制階段，即控制段、穿越段和穿越后控制段。控制段從盾構始發(fā)到刀盤距離 4號線線邊 2 環(huán)時的區(qū)段，穿越段為刀盤距離 4號線 2 環(huán)至盾尾脫出 4號線后 2 環(huán)時的區(qū)段，穿越后控制段為盾尾脫出 4號線后 2 環(huán)至盾構施工對 4號線近乎沒有影響時的區(qū)段。

（2）盾構始發(fā)掘進。洞門連續(xù)墻為 800mm 厚的C30 玻璃纖維筋連續(xù)墻，盾構機在切削連續(xù)墻時，推進速度控制在 5～10mm/min，扭矩不大于 2000kN · m，千斤頂總推力不大于 1000t。通過洞門后，速度可逐步提升至 40mm / min 左右，千斤頂總推力逐步調整到1500～2000t。

2.3.3盾構下穿施工參數

（1）盾構推進速度與土壓力設置。采用土壓平衡掘進模式，勻速直線掘進。穿越前控制段推進速度 40mm/min 左右，土壓力取靜止水土壓力±0.02MPa；穿越控制段推進速度 60mm/min 左右，土壓力取靜止水土壓力 ±0.01MPa；穿越后控制段推進速度 50mm/min 左右，土壓力取靜止水土壓力 ±0.02MPa；實際土壓力設定值根據監(jiān)測數據值進行微調。

（2）中盾同步注漿。①在盾構掘進的同時，使用2 臺可調節(jié)流量的泵通過盾構中盾的超前注漿孔或盾殼上的徑向注漿孔，向盾構外殼注低強度的凝結時間可調的漿液，達到填充與止水的目的，該注漿根據自動化監(jiān)測情況主要在穿越段使用；②漿液由 2 部分組成，分別是特殊膨潤土漿液（A 液，膨潤土溶液加定量的外加劑），水 : 膨潤土配比為1 : 2，水 : 水玻璃（B 液）配比為 1:1。該漿液的彈性模量稍大于上覆土體的彈性模量，泊松比≥0.3，注漿壓力為 1.1～1.2 倍的靜止土壓力；③在注入過程中，通過Y型注漿頭混入A、B 2 種漿液，B 液的注入率約為 5%～6%。漿液混合后在 40s 內達到初凝，形成粘性較高且難以稀釋的膏狀物。

（3）出土量。出土量控制在理論值的 95% 左右，保證盾構切口上方土體能微量隆起，以減少土體的后期沉降量。

（4）盾構姿態(tài)控制。在確保盾構正面沉降控制良好的情況下，盡可能使盾構勻速、直線通過，減少盾構糾偏量和糾偏次數。推進時不急糾、不猛糾，多注意觀察管片與盾殼的間隙，相對區(qū)域油壓的變化量隨出土箱數和千斤頂行程逐漸變化，以減少盾構施工對既有4號線和地面的影響。

（5）管片拼裝。在盾構進行拼裝的狀態(tài)下，由于千斤頂的收縮，必然會引起盾構機的后退，因此在盾構推進結束之后，不要立即拼裝，等待 2～3min 之后，到周圍土體與盾構機固結在一起后再進行千斤頂的回縮，回縮的千斤頂應盡可能少，以滿足管片拼裝即可。拼裝過程中，盾構操作手應注意土壓力的變化，必要時通過反轉螺旋機維持盾構前方土體平衡。

（6）同步注漿。①注漿量，為確保充分填充空隙，注漿量為空隙體積的 150%～170%；②注漿壓力，為保證漿體較好的滲入周圍土體中，注漿壓力須大于隧道底部的土壓力值。而且必須控制在較好的范圍之內，保證只是填充而不是劈裂。根據經驗可取為 1.1～1.2 倍的靜止土壓力，且注漿壓力在穿越段適當增大；③漿液配比，同步注漿采用惰性漿液，并適當提高漿液的稠度，每 m3漿液材料用量見表 1。實際掘進時在盾構機送漿泵正常運作情況下，盡可能提高含沙量，減小后期沉降。

表1　同步注漿漿液配比表 kg/m3

2.4盾構二次補漿

（1）在穿越過程中，當 0 環(huán)為脫出盾尾第 3 環(huán)時，即可開始進行雙液漿的二次補漿，注漿可從管片 2 個腰上部注漿孔進行，需“邊掘進，邊注漿”，務必做到掘進、注漿同步進行，以防漿液抱死盾尾。管片脫出盾尾后，隨著盾構掘進的同時，雙液漿注漿沿隧道方向隔環(huán)（即先后在 +1 環(huán)、+3 環(huán)、+5 環(huán)、……）同步向前施工，注漿壓力監(jiān)測值不能超過 0.3MPa。

（2）當盾尾脫出 4號線后，可在 4號線線下方的管片注漿孔反復進行雙液漿注漿，直到 4號線隧道穩(wěn)定。

（3）在整個穿越過程中，根據 4號線隧道變形情況，可利用晚間運營間歇時間，采取洞內注漿施工對 4號線隧道進行加固抬升及糾偏。

3　既有地鐵隧道監(jiān)測

3.1 4號線測點布設

（1）對新建隧道影響范圍內的既有 4號線地鐵隧道變形采用自動化監(jiān)測技術，監(jiān)測隧道變形和管片接縫張開量等，測點斷面布置示意圖見圖 3。

圖3　4號線隧道自動化監(jiān)測點斷面布置示意圖

（2）在監(jiān)測斷面處還需對相應的線路軌道靜態(tài)尺寸進行監(jiān)測，分別監(jiān)測軌距變化和兩軌橫向高差變化，測點斷面布置示意圖見圖 4。

（3）監(jiān)測斷面間距。通常為在施工隧道兩側 50m范圍的既有線隧道中選擇若干監(jiān)測斷面，在距離施工隧道中心 30m 范圍，間隔 12m 左右設 1 個主測斷面，主測斷面之間每間隔 4m 左右局部布點加密；在 30～50m 范圍，主測斷面的間距可適當加大，在每個監(jiān)測斷面圓周上設置若干觀測棱鏡（每個主測斷面 5 個觀測楞鏡，道床 2 個，拱腰 2 個，拱頂 1 個）作為監(jiān)測點，每個監(jiān)測區(qū)域設置 3 個以上基準點，通過對設置在既有線隧道中軌道道床上的全站儀觀測監(jiān)測點來實時監(jiān)測既有線隧道及其中的軌道變形引起的橫向和縱向位移變化量，并通過全站儀數據輸出端連接的數據采集設備和數傳電臺將監(jiān)測到的位移變化量數據傳送到監(jiān)控中心。

圖4　4號線自動化監(jiān)測斷面平面布置圖

3.2監(jiān)測控制標準

（1）變形控制標準根據當地地下軌道運營安全的要求確定，隧道絕對沉降量和水平位移量限值為 ±10mm。

（2）運營線路軌道靜態(tài)尺寸容許偏差控制值為，左右鋼軌差異沉降（水平）＜4mm，三角坑＜4mm/18m。

（3）預警值取控制值的 60%，警戒值取控制值的 80%。

4　結束語

在深圳地鐵 9號線梅村站—上梅林站盾構區(qū)間施工過程中，中建交通建設集團有限公司成功應用地鐵盾構始發(fā)階段近距離下穿地鐵運營線路施工技術，保證了盾構始發(fā)階段安全順利近距離下穿深圳地鐵 4號線。其中，區(qū)間右線施工利用維爾特盾構機，于 2014 年11月14日—11月17日完成下穿，過程中最大沉降 7mm，最終沉降 3.7mm；區(qū)間左線利用海瑞克盾構機，于2014 年12月12日—2014 年12月15日完成下穿，過程中最大沉降 6.28mm，最終沉降3mm。監(jiān)測數據表明，該技術措施降低了施工成本，縮短了施工工期，可有效控制既有隧道結構變形，使盾構隧道安全通過，經濟效益、社會效益和環(huán)境效益顯著。

參考文獻

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責任編輯 朱開明

Construction Technology of Metro at Launching Stage of Shielding Under-Passing Existing Metro Line

Tian Qiang, Hao Benfeng, Wang Qiang

Abstract:Taking into consideration of the actual situation of the section between Meicun station — Shangmeilin station on Shenzhen metro line 9 by shielding at the launching stage and under-passing the existing metro line 4 (Longhua line) tunnel, the paper makes systematic introduction of the construction technology for metro shield launching stage and under passing closely the existing metro. Comparing with the original design scheme "end reinforcement + large pipejacking"method, canceling the end reinforcement, dewatering well, and jacking the construction of the pipe, shortening the construction period, and reducing the cost, it ensures the guarantee of the safety and quality of construction.

Keywords:shielding machine, under-passing the existing metro, construction technology

作者簡介：田強（1968—），男，高級工程師

收稿日期2016-01-28