盾構隧道下穿地鐵運營線路施工控制及影響分析

王海峻

（無錫市建設工程質量監督站，江蘇 無錫 214000）

0 引 言

盾構穿越既有建（構）筑物是盾構施工的重大難題之一［1］。隨著地鐵建設的推進，越來越多城市的地鐵呈現網絡化，地鐵施工穿越運營地鐵線路的情況越來越多。下穿運營線路需要將對正在運營的線路影響降到最低，研究和分析這方面的影響具有實際意義。北京地鐵 14 號線下穿鐵路框架橋后左線累計沉降 1.8 mm，右線累計沉降 1.1 mm［2］。北京地鐵昌八聯絡線工程盾構穿越既有 8 號線出入段線［3］。深圳地鐵 11 號線上穿既有線路以及下穿深圳市政道路［4－5］。王志良等［6－9］對于盾構穿越的控制措施及部分技術進行了研究，目前針對盾構穿越的過程中控制監測研究較多，對沉降在可控范圍內的穿越段土倉壓力、注漿壓力值的取設研究較少。本文以無錫地鐵 1 號線南延線長廣溪站～雪浪坪站（以下簡稱“長～雪區間”）下穿 1 號線雪浪停車場出入場線為例，來分析盾構下穿地鐵運營線路的影響因素及控制措施，并通過對盾構掘進土倉壓力、注漿量等指標設定值與實際值進行了比較分析，該研究對類似工程有一定參考價值。

1 工程概況

1.1 運營線路的工程概況

運營線路為無錫地鐵 1 號線雪浪停車場出入場線，結構為明挖箱涵結構，混凝土結構為 C35P8，與南延線相交段圍護采用 SWM 工法樁，施工完成后型鋼全部拔出。

出入場線里程 SK29+793.681～SK29+866.750 為南延線下穿區域（下穿區域長度為 73.069 m），該處地面標高為 +4.5 m，涵頂標高為-2.030～-0.419 m，結構埋深 6.530～4.919 m，由北向南結構為 9 ‰ 的下坡，該處結構頂板厚 700 mm，結構凈高尺寸 5 m，底板厚 800 mm，下有 20 cm 墊層。

1.2 現有施工盾構區間情況

現有施工盾構區間為長廣溪站到雪浪坪站區間，為地下盾構施工，長廣溪站～雪浪坪站左線長1212.634 m，右線長 1228.955 m，長～雪區間呈南北走向，區間右線線路出長廣溪站后沿蠡湖大道東側前行，在華萊塢西側下穿無錫地鐵 1 號線雪浪停車場出入場線。考慮到長廣溪站已經運營，盾構掘進由雪浪坪站往長廣溪站掘進，如圖1所示。

2 盾構施工技術分析及措施

2.1 施工技術準備分析

盾構隧道穿越線路目前處于運營狀態，對盾構穿越施工過程中風險控制要求高，在正式施工前需提前做相應技術風險分析，主要存在三個方面的技術風險。

2.1.1 與運營隧道垂直距離小

擬建隧道在穿越段標高約 -18.7 m，即埋深 20 m 左右，出入段線結構底板與隧道結構最小垂直距離為 5.3 m。

圖1 長～雪區間下穿地鐵出入段線平面位置圖

2.1.2 沉降控制要求高

正在運營的隧道保護要求非常高，必須確保地鐵列車的運行安全。盾構穿越施工時的保護標準要求為：正在運營聯絡線保護等級為一級；風險等級為Ⅱ級；沉降監測控制要求如表1所示。

表1 穿越段監測控制值

2.1.3 斜向穿越且穿越距離較長

隧道與運營線路為斜向穿越，穿越疊交投影長度約 73 m，穿越的距離較長，在長距離穿越過程中必須采取有效措施降低風險，確保運營線路正常運營。

2.2 施工技術保障措施

雖然經過了上述技術準備分析，但為了更好地控制好上述風險，需要在實際施工過程中落實好下列保障措施。

2.2.1 成立穿越領導小組

成立穿越領導小組和工作小組，加強對穿越工作的領導；增加富有施工經驗的、責任心強的優秀施工人員。在穿越施工前對全體施工人員進行全面詳細的技術交底，切實落實各項技術措施。在穿越施工時，24 h 有人值班，隨時監測地鐵運營線路的沉降情況，并將情況及時向領導小組匯報。

2.2.2 實地勘察并提前辦理相關手續

按照穿越時間分為兩個階段。第一階段：穿越施工前，到 1 號線運營公司辦理穿越手續，在獲得穿越的相關要求后，才能實施推進。第二階段：在到達穿越前 15 d 左右，通過實地踏勘盾構穿越段的地鐵結構內部，了解現場的實際工況條件，并取得該線路運營期間（近期）監測的資料數據，以進一步了解該結構的變形情況，用于指導現場掘進。

2.2.3 核實 SMW 工法樁拔除情況

下穿的 1 號線停車場出入場線為單層雙跨箱型結構，采用 SMW 工法樁圍護，雖然施工后已拔除型鋼，但施工前需要到現場仔細核實型鋼拔出情況，確保盾構掘進安全。

2.2.4 劃分穿越階段

根據盾構穿越地鐵線的工況特點，將盾構穿越地鐵分為 3 個階段，分別為穿越前試推進階段，盾構穿越階段和盾構穿越后控制階段。具體控制段如表2所示。

表2 盾構穿越段對應環號劃分標

盾構隧道與出入場線隧道結構距離 5.3～5.6 m，盾構施工時，應根據監測情況，及時通過管片預留注漿孔對隧道周邊地層進行洞內注漿加固。

下穿段右 SK29+760～890 采用自動化連續監測，通過監測掌握施工過程中來自地表、地層和隧道內的情況，及時反饋信息，調整施工參數和采取相應的施工措施，保證整個工程安全順利地進行。

3 施工測量和監測

根據 CJJ/T202－2013《城市軌道交通結構安全保護技術規程》表3.2.2 及上述關于接近程度和外部作業影響等級的劃分，判定外部作業影響等級：起始段和下穿段為特級，并行段為一級［10］。

3.1 監測范圍

區間盾構施工期間監測范圍為區間隧道正上方沿線路中心線左右各 1.5 倍盾構中心埋深范圍內的建（構）筑物、管線等［11］。

3.2 監測項目

穿越影響區域內地表垂直位移監測；穿越影響區域內建筑物垂直位移、裂縫監測；穿越影響區域內周邊管線垂直位移監測；擬建隧道結構沉降監測，收斂監測。監測對象、項目及頻率如表3所示。

4 推行控制數據設定及實際施工控制數據

4.1 穿越前試推進階段

1）土壓設定。根據之前實際推進土倉壓力，土壓力設定為 0.2～0.29 MPa。具體施工值根據盾構埋深、所在位置的土層狀況以及監測數據進行實時優化調整，每次調整的幅度為 0.005 MPa。

2）出土控制。結合之前掘進實際情況，渣土松散系數取 1.2，每環的出土量為 1.2×π×6.342/4=37.86 m3。根據盾構及管片之間的建筑間隙及各土層特性合理控制出土量，大約為開挖斷面的理論出土量的 98 %～100 %，并通過分析調整，尋找最合理的數值。

3）掘進速度。宜為 10 mm/min 左右。

4）注漿量。根據之前實際掘進的注漿情況，每環的注漿量控制在 2.6～2.9 m3。泵送出口處的壓力略大于隧道周邊水土壓力，根據經驗可取為 1.1～1.2 倍的靜止土壓力。

4.2 穿越階段

依據 CJJ/T 202－2013《城市軌道交通結構安全保護技術規范》，考慮無錫地鐵的特點，對盾構隧道穿越 1 號線雪浪停車場出入場線控制要求如表1所示。

表3 監測對象、項目及頻率表

1）土壓設定。0.22～0.39 MPa。

2）掘進速度。在穿越區施工過程中，盾構掘進速度控制在 0.5～1.0 cm/min，盡量保持推進速度穩定，確保盾構均衡、勻速地穿越地鐵線，以減少對周邊土體的擾動影響，以免對其結構產生不利影響。盾構推進速度將根據監測情況做必要的調整，如必要時開啟慢速泵，按照 0.2 cm/min慢速推進，或者推進半環（60 cm），然后暫停 10～20 min，根據地鐵隧道監測單位提供的監測數據調整推進速度后再推進半環（60 cm），依次組織施工以便更好地控制沉降。

3）注漿量控制。根據之前實際掘進的注漿情況，每環的注漿量控制在 2.6～3.6 m3。具體如表4所示。

4.3 穿越后并行控制階段

盾構順利穿越到了并行階段，穿越的風險基本上了得到了控制，但是為了減少對運營線路的影響，在與既有結構并行掘進過程更應該加強相應參數控制，相應的參數應該根據之前掘進的參數實際值以及土層情況確定，確保整個穿越過程順利完成，這一階段的參數控制如表4所示。

4.4 實際施工控制數據

長～雪區間穿越段施工時間為2017年4月25日～ 5月13日，通過監測數據分析，監測項目數據變化量累計最大值的這些點范圍在盾構穿越段前后 20 m 范圍內，全部在累計控制值控制范圍內，總體控制良好。主要監測數據如表5、表6所示。

通過調取盾構機內掘進數據，發現盾構掘進實際控制數據與掘進過程中數據基本上相一致，說明在土倉壓力、注漿量設定時采取已經掘進完成的數據作為參考值具有一定的可操作性，具體如表4所示。

通過調取盾構機穿越整個過程的每環土壓力、注漿量實際值以及每環指令單上的設定值畫出對比曲線圖，如圖2、3所示。

圖2 穿越段土壓設定的對比曲線

圖3 穿越段注漿量設定的對比曲線

表4 穿越運營線路主要參數設定值及實際掘進值

表5 運營線路的監測點沉降累計變量統計表

表6 掘進線路監測點累計變量統計表

從圖2、圖3 的穿越段的圖中可以看出，在盾構機穿越前試推段土倉壓力與注漿量變化較小。在盾構機逐步切割之前圍護的 SMW 工法樁拔除后留下來的水泥土時土倉壓力突然增大，后逐步下降到穿越前試推段土倉壓力，到 682 環時由于地質條件原因土倉壓力增大，后又開始下降，穿越后并行控制階段土倉壓力趨于穩定。注漿壓力的變化趨勢跟土倉壓力變化趨勢基本一致，土倉壓力大注漿壓力大，土倉壓力小注漿量小。

4.5 盾構掘進過程中發生的問題處理

雖然盾構的區間已經進行了工程勘察，又在盾構正式掘進前對周邊環境進行了細致調查，但是地下工程掘進面對的是看不見摸不著的地下工程，往往在實際掘進過程中容易發生意想不到的情況。盾構機在5月1日凌晨3點44分剛剛切削土體進入穿越控制段時，有部分水流入盾構機內。發現流水現象后，立即啟動應急響應程序：一是要求應急人員立即到位，相應的應急物資準備就緒；二是要求立即停止繼續掘進，保持土倉壓力；三是立即將監測頻率調整為1 次/h；四是對流水情況進行觀察和分析。

經過觀察發現留出來的水是清水，并無砂土，且經過 10 h 的連續監測并未發現監測點有明顯的沉降變化，監測點基本保持不變。經過研究分析認為應該是 SWM 鋼板樁在型鋼拔除后，型鋼與圍護結構之前的空隙未填滿，地表水經過地表流入鋼板與水泥土之間的縫隙當中，切割 SWM 土體過程中間隙中的水流入盾構機內，對盾構掘進并無大的影響。根據上述情況分析后，決定繼續盾構機的掘進，在推出斜交段完全進入出入段線下部時盾構未發生任何流水現象。盾構順利完成地鐵運營線路的穿越。

5 結 論

綜上所述，盾構隧道穿越地鐵運營線路的施工應該加強掘進過程中的控制，根據實際情況制定詳細的專項施工方案，并采取有效控制措施是能夠順利完成穿越的，對于類似工程的建議如下。

1）制定切實可行的專項施工方案，施工方案內的參數在穿越前應根據隧道之前掘進參數進行調整和優化，優先采用之前實際的掘進數據。

2）要進一步加強對周邊環境的調查，對可能發生的問題進行假設和設定，本次穿越過程中忽視了穿越過程中 SWM 拔出后間隙中存水的情況，導致流水流入盾構機的發生。剛開始穿越時間方面最好選取地鐵不在運營時間段，發生情況能及時處理，將風險降到最低。

3）做好應急預案，在穿越過程中應急人員必須在崗待命，發生險情后立即啟動應急響應，按照既定的預案組織處理，做到有條不紊。

4）加強監測，穿越過程中要增加監測頻率。發生險情時要立即增加監測頻率，監測數據每個小時要上報 1 次，用于指導施工。

5）根據現場情況分析發生問題的原因，制訂后續掘進的方案，按照方案及時繼續掘進。

6）穿越段土倉壓力和盾尾注漿量變化趨勢具有一定的一致性，在下發指令單時要兼顧考慮。