關于盾構斜穿既有地鐵線路施工技術的研究

龍廣山

（中國鐵建十一局集團城市軌道工程有限公司 武漢 430000）

1 引言

隨著城市地鐵系統的建設，常有新建地鐵隧道斜穿既有隧道的狀況，新建隧道的盾構施工必將對既有隧道產生不理影響。若不能考慮并避免新建工程盾構施工對既有隧道的影響，可能致使既有地鐵線路產生不均勻沉降，甚至有導致既有隧道塌方，使兩條隧道都產生安全事故。

2 盾構機的概述

2.1 盾構機的工作原理

盾構機的外觀是一個由各種構件組成的鋼柱體，沿著事先確定的軸線推進挖掘并加固，一條隧道就這樣形成。這個鋼柱體的外殼在發掘過程中對洞壁發揮著支撐保護作用，承擔著周圍土壓力，地下水壓等，挖圖、運土、砌襯都在外殼保護下進行。

2.2 基本構造

盾構機的基本構造是由護盾外殼、掘土構件、推進構件、排土構件、砌襯構件和輔助構件自稱。護盾是由切口環、支撐環、盾尾部件組裝；挖掘構件是由刀頭（刀盤）以及支撐構件組裝；推進部分是由液壓推進設備（油泵、馬達、油壓千斤頂）組裝；排土部分是由泥漿泵和管道組裝；砌襯部分是管片自動組裝機械手；輔助部分是由壁后灌漿設施、導向測量及控制設施等組成。

2.3 盾構機的國內外現狀

盾構機從無到有至現在的發展壯大歷經180多年。尤其在近30年來，由于技術的進步，使盾構機有了更好的發展。例如由于密封技術的進步，能確保開挖部分的穩定性同時加強隧道洞壁的強度并將地表的塌陷控制在一定程度內；刀盤使用壽命延長并且更換更簡單方便；在施工條件惡劣位置的施工技術及機械能力的強化使這些位置的施工不再是難題。盾構機作為一門施工前沿技術，早在20世紀50年代中期我國就開始研制盾構機。但是在國內盾構機市場上，依舊是國外企業的天下，在2002年我國第一個盾構“863”計劃起航，歷經艱難險阻，克服重重難關。終于在2008年，中鐵隧道局生產出了我國手臺復合式盾構機。而經過近幾年的飛速發展，已經有中國鐵建重工集團有限公司、中鐵工程裝備集團有限公司、中交天和機械設備制造有限公司、遼寧三三工業有限公司等公司能自主生產盾構機，產品出口至馬來西亞、新加坡、印度、中東等國家及地區，并成功進入歐洲。我國盾構機企業經歷了從學徒到教練的轉變。去年，中鐵裝備盾構機訂單量位居國內第一，世界第二，海外訂單超過20%。國產盾構機，已成為繼中國高鐵之后另一張中國建設行業的名片，圖1為現代盾構機構造示意圖。

3 地鐵盾構機施工技術

3.1 曲線施工

隨著城市交通軌道網的不斷擴大和地鐵系統的建設，地鐵隧道必將出現曲線部分或交叉穿越部分。另外，當地鐵的設計付諸實施時，不免出現躲避原有建筑的情況，因此會出現改變地鐵原有設計的情形甚至出現曲線地鐵的情況。這就使盾構施工面對更多的難題。所以，盾構機應有滿足曲線施工的功能。在實際施工中，為了縮小曲線施工對土體的影響，一般會在曲線施工段采用楔形管片施工。

圖1 現代盾構機構造示意圖

3.2 加泥及加泡沫系統

在施工時，盾構機挖掘的土體中含有的黏土、沙土會在土倉中拌和，可能附著在刀盤上，出現粘刀的狀況。所以，應在盾構施工時附加加泥以及泡沫系統。面對不同地質時還要改用塑流化的改性材料，以達到加強挖掘的土體在土倉內的塑流性的目的。應用這種結構可以更好的調整開挖面水土壓力，促使盾構機的排土功能的順利運行，加強了盾構機在面對不同地質狀況時的適應性能。

3.3 減少盾構機推進阻力

應根據不同地質狀況調整錘擊數值的高低，刀盤外徑的大小、切削刀的最大切削軌跡外徑和盾構機外徑，這三個外徑尺寸有著些許差別。如果調整不標準，將會增大推進阻力，降低盾構機推進速度，致使工程進度減緩。所以，在計算主切削刀最大軌跡外徑時，應使其比盾構機外徑略大；應計算適當的刀具切削深度，正確布置刀盤刀圈刀具。這樣能減小盾構機部件間摩擦阻力，縮小推進阻力、切削震動，也不會對盾構機的挖掘能力產生影響。

3.4 盾構機機體接收

實際施工時，為了減少地下水滲漏情況的發生。在塌方土層清除以后，盾構機應及時推進；當刀盤通過防水幕簾后，立刻收縮防水幕簾壓板上的鋼絲繩，使防水幕簾壓緊盾構機前盾的盾體；然后，讓盾構機勻速前進，在注漿結束，注漿液凝固，風水管片安裝完成后，盾構機按正常速度前進。盾構機拆分出洞，盾構機接收完成。

4 交叉隧道問題

根據國內研究表明，對于斜插交叉隧道，新建隧道對既有隧道的產生影響大多是進入進入既有隧道8m范圍之內時發生。在新建隧道的盾構推進時，既有隧道的砌襯產生了起鼓現象，這是盾構機的推進力致使土體壓縮產生的，所以施工時要精密計算盾構機的工作參數。隨著新建隧道盾構機向既有隧道靠近，既有隧道砌襯的形變與盾構機前進方向相同。從豎向位移和水平位移可得到，既有隧道受新建隧道施工影響段落會在新建隧道兩側幾十米的范圍內，即處于這個范圍之內的既有隧道砌襯都會產生水平位移以及豎向位移。斜插隧道對既有隧道的影響，推進力對既有隧道的最大主拉應力影響最大。因為一般地鐵隧道用素混凝土砌襯，所以既有隧道的砌襯在新建隧道盾構施工的影響下將會產生裂隙，應該對既有隧道的砌襯進行增強施工。

當盾構機繼續前進，通過既有隧道時，既有隧道的砌襯豎向位移達到最大，處于新建隧道的的正上方。而既有隧道砌襯的水平位移則沿著新建隧道盾構施工方向。最大主拉應力以及最大主壓應力在盾構機推進到既有隧道正下方時產生。所以在盾構機前進的同時應加強現場檢測，防止出現塌方導致對既有隧道產生破壞性損失。

盾構機推進力時導致既有隧道砌襯開裂變形的最主要原因，所以在盾構施工時應嚴格把控盾構機推進力數值，避免出現既有隧道砌襯開裂現象的產生。經已有施工實例可看出，新建隧道盾構機穿越既有隧道時，對既有隧道的軌底傾斜影響不多。但一定要注意的時，在盾構施工穿過既有隧道時，應持續并且緩慢的進行。通過對既有的施工實例分析可看出，砌襯經過增強的既有隧道對新建隧道盾構施工有著很大的抵抗形變的能力，并且砌襯最大主拉應力也比增強前小，而整個隧道收盾構施工影響的主拉應力范圍也縮小了，這種現象有利于控制既有隧道的形變。

在新建隧道向既有隧道前進時，推進力及穩定比的掌控將影響著既有隧道的形變。在這個過程中，需要慢慢縮小推進力，調整穩定比，加強對既有隧道的監控，嚴格把控盾構施工的參數數值，從而降低既有隧道產生形變的可能。新建隧道的盾構機通過既有隧道以后，注漿壓力就成為減小既有隧道的形變的主要措施。這時，控制注漿壓力成為確保工程質量的主要措施。

5 結束語

隨著地鐵系統的完善，在既有隧道下方建設新增地鐵線路的情況時有發生。而保證新建隧道施工的安全、確保既有隧道的運營安全則時需要面對的最大難題。這不僅考驗著建設工程的質量，更將影響到人民群眾的生命財產安全。所以在施工過程中，不僅要降低兩條隧道交接時盾構施工的速率，也要加強對既有隧道的監控，才能出色完成整個工程。

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