論盾構施工穿越既有地鐵運營線路的控制措施

雷 楊

（中鐵十八局第五工程有限公司 天津 300000）

1 前言

隨著城市地下軌道交通建設不斷發(fā)展和延伸，在城市中心及城區(qū)既有地鐵線路越來越密集，在地鐵施工中，不可避免的遇到盾構機穿越既有地鐵線路問題，盾構機掘進過程中，開挖區(qū)域及周邊土體發(fā)生變形，容易引起臨近建（構）筑物的變形和破壞。在上跨臨近的地鐵線路結構進行全過程監(jiān)測，保證既有線路的正常安全運營是目的之一。充分挖掘盾構機掘進技術控制，達到開挖面土體穩(wěn)定的前提下保證既有線路的安全穩(wěn)定是重中之重。因此研究特殊困難條件下的盾構穿越施工，對于目前城市軌道交通工程施工具有一定的指導意義。

2 工程概況

圖1 工程概況

中醫(yī)藥大學站～松花江街站區(qū)間西起中醫(yī)藥大學站，沿崇山東路向東，線路出中醫(yī)藥大學站后沿崇山東路東行，上跨2號線崇岐區(qū)間，側穿崇山路高架橋、東一環(huán)高架橋，下穿北塔橋橋樁后至松花江街站。設計右線全長1234.733；左線全長1235.045 m。區(qū)間隧道為標準單洞單線圓形斷面，盾構法施工，線間距12～15 m，覆土厚度9.8～17.8m。中醫(yī)藥大學站～松花江街站區(qū)間自中醫(yī)藥大學站始發(fā)，左線始發(fā)約23 m左右開始上跨2號線崇岐區(qū)間右線人防段隧道，最小間距176 mm。始發(fā)約38 m開始上跨2號線崇岐區(qū)間左線人防段隧道，最小間距580mm。

既有崇岐區(qū)間為標準單洞單線馬蹄形斷面，采用礦山法施工，復合式襯砌，10號線區(qū)間上跨既有2號線區(qū)間標準段及人防段；既有2號線區(qū)間標準段二襯厚度350mm，初支250mm，人防段二襯500 mm，初支300mm；既有區(qū)間人防段與標準段間設變形縫，變形縫距離區(qū)間左線水平凈距約0.33m。

3 盾構機選型及參數(shù)

圖2 盾構主機示意圖

區(qū)間盾構機選用日本JTSC（石川島）土壓平衡盾構機，盾構機盾體長度為9.98m（含刀盤長度）包括后配套總長65m，分為盾構機主機和后配套設備兩大部分，后配套設備分別安裝在6節(jié)后續(xù)臺車上；刀盤開口率65 %，盾尾間隙25mm，最大掘進速度為90mm/min，最大推力為40000 kN，額定扭矩為5236 kNm，脫困扭矩 6200 kNm。

4 盾構機穿越過程的渣土改良措施

穿越段范圍內主要地質為<3-3>中粗砂，<3-4>礫砂，為避免掘進時出現(xiàn)超挖、噴涌等不良工況，通過盾構機渣土改良系統(tǒng)在倉隔板和刀盤注入泡沫溶液，避免刀具出現(xiàn)非正常磨損。在泡沫發(fā)生器工作的過程中，可以設定泡沫劑與水混合的比例，在正常掘進狀態(tài)下，通常取值為3%。另外，當泡沫劑改良效果達不到理想狀態(tài)時，可以通過膨潤土注入系統(tǒng)往刀盤前注入膨潤土泥漿，通過注入膨潤土泥漿和泡沫的混合材料進行渣土改良，確保出土順暢，渣土和易性較好。

5 穿越期間的盾構機姿態(tài)控制

5.1 姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

盾構姿態(tài)監(jiān)控可通過自動導向系統(tǒng)和人工測量復核進行盾構姿態(tài)監(jiān)測。自動導向系統(tǒng)配置了導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等，能夠全天候在盾構機主控室動態(tài)顯示盾構機當前位置與隧道設計軸線的偏差以及趨勢。隨著盾構推進導向系統(tǒng)后視基準點需要前移，必須通過人工測量來進行精確定位。

5.2 調整與控制

表1 盾構機選型及參數(shù)

表2 實際穿越期間掘進技術參數(shù)匯總

盾構姿態(tài)調整與控制便可通過分區(qū)調整推進油缸壓力實現(xiàn)盾構掘進方向調整與控制。

5.3 糾偏措施

（1）滾動糾偏

刀盤切削土體的扭矩主要是由盾構殼體與洞壁之間形成的摩擦力矩來平衡，當摩擦力矩無法平衡刀盤切削土體產生的扭矩時將引起盾構本體的滾動。盾構滾動偏差可通過轉換刀盤旋轉方向來實現(xiàn)。

（2）豎直方向糾偏

控制盾構機方向的主要因素是千斤頂?shù)膯蝹韧屏Γc盾構機姿態(tài)變化量間的關系非常離散，需要靠人的經驗來掌握。當盾構機出現(xiàn)下俯時，可加大下側千斤頂?shù)耐屏Γ敹軜嫏C出現(xiàn)上仰時，可加大上側千斤頂?shù)耐屏磉M行糾偏。同時還必須考慮到刀盤前面地質因素的影響綜合來調節(jié)，從而到達一個比較理想的控制效果。在穿越期間，豎直控制在+10～+20mm之間。

（3）水平方向糾偏

與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時應加大左側千斤頂?shù)耐七M壓力，右偏時則應加大右側千斤頂?shù)耐七M壓力，并兼顧地質因素。在穿越期間，水平控制在±0mm左右。

6 盾構機掘進參數(shù)控制措施

①停機檢查、合理設置土壓力值，防止超挖和欠挖

為確保上跨既有區(qū)間的穩(wěn)定，在盾構機進入結構范圍前10m，進行停機檢查，確保盾構機各部件能夠順利運行并快速通過既有區(qū)間范圍，找出上述參數(shù)之間的關聯(lián)，科學合理地設置土壓力值及相宜的推進速度等參數(shù)，防止超挖和欠挖。

②少糾偏，特別是大量值的糾偏

在盾構機穿越前，對控制網(wǎng)及井下、隧道內的測量控制點進行復測。在確認無誤的情況下，盾構機根據(jù)測得的姿態(tài)，將軸線誤差調整到小于10mm，以準確的姿態(tài)進入穿越基礎的推進。推進過程中，每50cm測量一次盾構機的姿態(tài)偏差，操作人員根據(jù)偏差及時調整盾構機的推進方向，盡可能減少糾偏，特別是要杜絕大量值糾偏，從而保證盾構機平穩(wěn)地穿越。

③同步注漿采用可硬性漿液

采用可硬性漿液進行同步注漿，漿液24小時強度達0.1MPa。通過同步注漿控制地層變形，及時穩(wěn)定管片，改善管片受力條件，有利于推進方向的控制，確保結構在列車震動和7°地震下不液化。

④盾構穿越后的補壓漿及必要的跟蹤注漿

在盾構穿越后，對沉降點進行持續(xù)地觀察，尤其是穿越后的一個月內。將根據(jù)土體重新固結引起的沉降量，在隧道內進行后期補壓漿，必要時從地面鉆孔進行跟蹤注漿，以確保結構的安全穩(wěn)固。

7 監(jiān)控量測措施

表3 人工監(jiān)測儀器、精度及頻率

7.1 盾構施工過程監(jiān)測措施

（1）在施工過程中，采用測量機器人對工程施工影響范圍內既有地鐵車站結構、道床進行全自動化監(jiān)測，同時采用人工監(jiān)測進行檢核，監(jiān)測儀器、精度及頻率見下表：

（2）施工時進行實時監(jiān)控，根據(jù)現(xiàn)場實際情況加強監(jiān)控量測，提高監(jiān)測的數(shù)量及頻率，根據(jù)監(jiān)測反饋信息，及時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)并分析監(jiān)測結果，根據(jù)監(jiān)測結果指導并調整施工參數(shù)。

7.2 加強對既有線軌道及結構的保護

（1）施工前應對軌道幾何尺寸、道床裂縫、鋼軌及線路狀態(tài)進行全面檢查，對不符合要求地段進行整修；

（2）對受上跨影響地段的軌道采取防脫軌護軌、軌距拉桿等軌道加強措施；

（3）加強對穿越段2號線區(qū)間既有結構現(xiàn)狀的調查，對既有結構的裂縫應進行處理，危險地段應對結構進行加固；

8 結語

盾構機上跨既有地鐵線路施工前期準備（尤其是既有地鐵線路情況摸排的越細越好）非常重要，合理的掘進施工參數(shù)是基前提條件，施工監(jiān)測和施工掘進配合是關鍵，應急預案是穿越風險控制的根本保障。