北橫通道工程超大直徑盾構穿越運行軌道交通重大風險分析及對策

仲建平

（1.上海市交通委員會，上海 200125；2.上海市北橫通道工程建設指揮部辦公室，上海 200063）

0 引言

在大規模城市建設及地下空間開發中，盾構法隧道以其機械化程度高、安全可靠、對周邊環境擾動小等優點而被廣泛采用，并朝著“大斷面、深覆土、長距離”方向發展。

隨著城市發展的需要，超大斷面盾構隧道建設也由跨江越海逐步移位至城市核心區。在軌道交通路網越織越密的情況下，超大斷面盾構穿越運行的軌道交通將不可避免，以后將成為常態。以正在實施的北橫通道工程為例，直徑 15.56 m 盾構將先后 6 次［自西向東依次為軌交 3（4）、11、7、4、10、18 號線］穿越運營的軌道交通。正在規劃的南北大通道以及機場連接線也將面臨超大斷面盾構多次穿越運營軌道交通的情況。

軌道交通人流密集，交通流量大，為了不影響人們的出行，盾構需在軌道交通運營狀態時進行穿越，帶來巨大的風險。地下工程施工存在諸多不可預見性，影響因素復雜多變，盾構在穿越工程必須嚴格控制施工變形，保障軌道交通可以順利運行。

盡管盾構法施工技術日趨成熟，但直徑 15 m 級超大斷面盾構穿越運營軌道交通還是新問題。穿越施工面臨控制標準嚴格、穿越施工控制難度高風險大、軌道交通系統安全保障復雜等諸多問題，由于北橫通道隧道主線盾構多次下穿運營的軌道交通，有必要進行專門研究，總結經驗和成果，為以后類似工程提供技術支撐。

1 工程整體概況

北橫通道新建工程（以下簡稱“北橫通道”）西起北虹路，東至內江路，貫穿上海中心城區北部區域，全線向西接北翟快速路，向東接周家嘴路越江隧道，全長 19.1 km，其總體平面布置如圖 1 所示。工程主體部分采用盾構法施工，盾構段長度占比 65 %，是目前上海市在建項目中規模最大、綜合性最強、技術難度最復雜、風險程度最高的特大型市政工程項目。

圖1 北橫通道總體平面布置圖

北橫通道西段從北虹路立交至篩網廠段長約 8 km，其中，主線盾構段長約 6 426 m，采用 1 臺直徑 15.56 m 的超大斷面泥水盾構掘進施工。

盾構段由 3 座工作井分為 2 段組成，中江路工作井至中山公園工作井盾構段為 2 761 m，中山公園工作井至篩網廠工作井盾構段為 3 665 m（見圖 2）。盾構覆土深度約 15.4～35.3 m。

圖2 北橫通道西段盾構平面布置圖

中江路始發井的尺寸為 25.4 m，寬度為 24.4 m，深度為 29.1 m。中山公園過站井長度 75 m，南北向寬度 25～37.5 m，開挖深度 31 m。篩網廠接收井長度為 25.4 m，寬度為 24.4 m，深度為 35 m。

中山公園工作井東南側接江蘇路匝道，總長 1 550 m，匝道普遍埋深為地面以下 15 m，地下兩層結構，上層車道為地面進入主線隧道匝道，下層車道為主線匝道由中山公園井分流至江蘇路匝道。

盾構段施工采用某公司生產的直徑 15 560 mm 的泥水平衡盾構機。

盾構隧道襯砌采用單層管片，為通用環楔形管片，外徑 15 m，內徑 13.7 m，環寬 2 m，管片厚度 0.65 m，混凝土標號為 C 60，抗滲等級為 P12。

在沿線區域周邊，按照盾構外邊線兩邊各 7.5 m（0.5D）范圍，共穿越建筑物 89 處，其中下穿建筑物 30 處，側穿建筑物 59 處［1］。

沿線穿越已建軌道交通 3 處［軌交3（4）號線，軌交 11 號線，軌交 7 號線］，在建軌道交通 2 處（軌交 15 號線，軌交 14 號線）。北橫通道穿越區域均為城市中心區，存在原有地下管線復雜，且年代久遠，管位較凌亂的狀況，穿越過程中碰到大量的電力管線、電信管線、排水管線、給水管線和煤氣管線，并先后 4 次穿越蘇州河防汛墻。

北橫通道盾構段穿越土層主要包括：褐色、灰黃黏土，黃灰色粉砂，灰色淤泥質黏土，灰色粉質黏土，灰色粉砂，暗綠色黃色粉質黏土，草黃灰色粉砂、粉細砂，灰色黏土以及灰色粉細砂等。根據隧道線性和地質報告分析，盾構將主要在⑥暗綠色黃色粉質黏土、⑦1草黃灰色粉砂、⑦2草黃灰色粉細砂、⑧1-1灰色黏土土層中穿越。盾構將長距離（超過 3.5 km）在不良地質 ⑦1、⑦2層斷面中掘進。

2 穿越運行軌道交通11號線

2.1 穿越概況

北橫通道在里程 K5+915～K5+943 間（11 號線投影面范圍對應東段 386～400 環），在長寧路與江蘇北路路口附近將下穿運行的軌道交通 11 號線隧道，兩隧道軸線夾角為 68°。地鐵 11 號線的覆土厚度為 20.8 m，北橫隧道的覆土厚度為 34.6 m，兩層隧道間的最小凈距為 7.06 m。兩隧道間的位置關系如圖 3 所示。在穿越節點處北橫隧道的線型：平面為 R=500 m 急曲線段，豎向為 1.45 % 的直線段。

圖3 穿越段平面圖

被穿越地鐵為 11 號線隆德路-江蘇路站區間，隧道外徑 6.2 m，管片厚 0.35 m，環寬 1.2 m。穿越節點中心距離江蘇路站約 500 m，距最近的聯絡通道約 180 m。

北橫盾構自西向東掘進，先穿越上行線再穿越下行線。其中，上行線穿越范圍為 595～607 環；下行線穿越范圍為 583～595 環。

11 號線地鐵隧道位于 ⑤1層中，北橫通道盾構切削斷面上部為 ⑦1層，中間夾層 ⑦2層，下部 ⑧1-1層，如圖 4 所示。北橫通道與 11 號線之間 7.06 m 范圍夾層中有厚度約為 4 m 的 ⑥ 層土。

圖4 穿越段區域剖面圖（單位：m）

2.2 風險分析

2.2.1 軌道交通設施保護要求高

軌道交通 11 號線是上海市主要軌交運行線路，具有線路長、運量大、密度高的特點，對設施保護要求高，在穿越過程中不能發生停運事件。本次穿越施工必須將風險降到最低，確保運行安全［2］。

2.2.2 超大直徑盾構首次穿越運行軌道交通

國內盾構穿越運行的軌道交通已經達數十次之多，選取與本工程工況最為接近的兩個典型案例——直徑 11 m 級盾構隧道穿越運行軌道交通進行參考。

上海市西藏南路隧道下穿 8 號線案例，西藏南路越江隧道工程分為東、西線盾構推進段，隧道管片外徑 Φ11.36 m，內徑 Φ10.36 m，壁厚 500 mm 襯砌，中心環寬 1.5 m，采用單面楔形鋼筋混凝土管片錯縫拼裝成環。盾構從浦東工作井出洞約 400 m 后，從 M 8 線西藏南路站區間隧道下方穿越。兩對隧道呈井字形交叉，西線隧道與 M8 線最小凈距 2.73 m，東線隧道與 M 8 線最小凈距 3.57 m。隧道采用外徑 Φ11.58 m 的泥水平衡盾構掘進施工。西線穿越后，上行線最大沉降為 16.84 mm，考慮到沉降較大，在東線穿越施工期間對列車進行停運，東線穿越后，下行隧道最大沉降為 29.6 mm。盾構穿越完成后通過在隧道內進行壁后二次注漿對地鐵隧道進行恢復。

杭州市文一路隧道下穿2 號線案例，隧道外徑 11.36 m，內徑 10.36 m，環寬 2 m，管片厚度 500 mm，線路最大縱坡 3 %，最小轉彎半徑 1 200 m，采用 1 臺直徑 11 660 mm 的大型泥水平衡式盾構掘進施工。文一路隧道分南線和北線，下穿杭州地鐵 2 號線。兩隧道間的凈距為 5.2～6.9 m。北線隧道先通過，穿越期間地鐵 2 號線未開通運營。在掘進過程中由于大隧道不穩定，出現上浮現象，帶動上方地鐵隧道上抬，最大上抬量 23.5 mm。南線穿越施工期間，地鐵已運營，針對北線穿越施工遇到的問題并考慮到列車運營等因素，綜合采取了針對性的措施。穿越期間地鐵 2 號線隧道略有上抬（最大 5.2 mm），但后期出現緩慢下沉，達到 -16 mm，通過在大隧道內部二次壁后注漿進行恢復。

雖然盾構穿越運行的軌道交通有較多案例，但是直徑 15 m 級超大泥水盾構穿越運行軌道交通尚無先例。軌道交通運行過程中列車振動荷載與盾構施工的地層損失率相互影響，地層損失率大時導致軌道交通的變形增大，由于 15 m 級盾構的開挖面控制難度大，變形量難以控制，將進一步增加軌道交通的保護難度。

2.2.3 與運行軌道交通 11 號線凈距小、截面比高

主線盾構與軌道交通最小凈距僅為 7.06 m，盾構外徑為 15.56 m，隧道外徑為 6.2 m，超大直徑盾構施工土體切削斷面達 190 m2，且盾構與地鐵隧道面積比達 6.29，變形量控制難度大，風險極高。

2.2.4 急曲線段穿越

急曲線是本工程顯著特點以及諸多難點之一，其中最小轉彎半徑僅 R=500 m（國家標準規定轉彎半徑＜40 D 定義為急曲線）。在穿越節點處北橫隧道的線型平面為 R=500 m 急曲線段，豎向為坡度 1.45 % 的直線段，穿越運行軌道交通與急曲線掘進風險在此區域疊加出現，風險進一步增大［3］。

2.2.5 土層分析

軌道交通 11 號線位于 ⑤1層土中，北橫通道盾構切削斷面上部為 ⑦1層，下部 ⑧1-1層，中間夾層 ⑦2層，11 號線與北橫隧道之間 7.0 6 m 范圍夾層有厚度約 4 m 的 ⑥ 層土。⑥ 層土屬于暗綠色黃色粉質黏土，比較硬，經過分析北橫盾構上覆的 ⑥ 層以及盾構下方下臥 ⑧1-1層對盾構穿越施工以及上部的軌道交通 11 號線保護是有利的。

2.2.6 周邊環境復雜

北橫通道穿越運行的軌道交通 11 號線隧道區域內，同時先后穿越辦公樓（日旭商務中心、上海君城、銀河證券）、住宅（長寧大廈），及周邊的市政管線（包括直徑 2 400 mm 雨水管等），風險產生疊加效應。

2.3 對策

2.3.1 建立健全管控體系

針對盾構穿越運行軌道交通涉及的部門及單位眾多的特點，建立科學合理的安全管控體系，明確體系中參與的部門和單位以及各自的職責分工。確保穿越施工的籌劃與實施過程中的指令暢通，體系運轉高效［4］。

1）建立聯合應急指揮機制（政府、企業）。①成立應急指揮體系，全面負責、監督、指揮、協調；②成立現場應急指揮辦公室，指導和協調；信息匯總和上報；接上級指令及下達指令；下設 3 個 工作小組。

a.工程實施工作小組，負責跟蹤工程推進；匯總和上報突發情況信息；指導和協調現場各項應急措施實施。b.地面應急保障工作小組，牽頭協調穿越期間地面突發情況應急保障工作。c.社會宣傳工作小組，負責社會宣傳及溝通工作，及時溝通相關單位。

2）建立聯合應急響應機制。負責信息匯總、數據分析，在突發情況下，全面協調、指揮，啟動應急預案，保證穿越過程的安全。

2.3.2 制定專項技術方案

1）穿越施工控制標準評估。通過對大量類似工程案例分析與總結，以及考慮運行列車產生振動，疊加效應下對隧道變形的綜合影響，參考前期穿越房屋施工的變形數據分析，結合穿越地質條件，經多次專題討論、專家評審，確定本次盾構下穿 11 號線節點，地鐵隧道變形量可控制在 +20～-20 mm。

2）穿越施工技術方案評估。通過對方案一“間斷推進”，即白天列車運營期間，盾構停止推進，晚上列車停運期間，盾構推進，和方案二“連續推進”，進行比選，專家評審，同意采取方案二，“列車限速運行，盾構快速通過”。

3）穿越施工總體籌劃。為將安全風險降到最低，既要保證列車正常運行，又要保證居民安全出行，綜合考慮，首次穿越利用雙休日客流量較小的條件，并避開列車運行高峰時間，晚 8 點開始盾構穿越。

4）運行列車控制措施。列車振動對于泥水盾構開挖面的穩定性及泥膜形成影響情況不明，穿越帶來的風險不能確定。經各方討論研究、專家評審，列車運行采取限速 15km/h 控制措施，以減少列車振動對盾構施工的影響，實時監測、監控地鐵隧道狀態。一旦發生險情，即刻中斷運營，啟動應急響應機制。

5）盾構施工技術參數。為了解決 R500 急曲線，對隧道減少變形，在盾構穿越過程中，施工單位必須嚴格按照專家評審通過的施工安全及保護專項方案實施 施工［5］。

①推進速度控制在 20～30 mm/min，刀盤扭矩控制在 3～5.5 mn·m，氣泡倉壓力控制在 4.93～5.02 bar，總推力控制在 10 000～14 000 kN。

②嚴格控制同步注漿量和漿液質量，每環必須對同步漿液進行坍落度試驗（坍落度控制在 14±2 cm），上下分配約 7∶3。

③針對殼體穿越上行線和下行線期間，對殼體頂部壓注克泥效。克泥效（g）與水玻璃（ml）配合比為20∶1。

6）信息化管理。

①建立軌交運行權屬單位、隧道施工總包單位、監測單位等相關單位現場聯合辦公室（中控室），數據共享。

②軌交現場采取遠程視頻監控、人工監測、自動化監測相結合的方案。

遠程視頻監控：實時傳送到現場聯合辦公室（中控室），及時反饋，根據監控的信息評估影響范圍內運行軌交隧道狀態，為信息化施工及必要時的施工措施提供數據。

人工監測：軌交隧道內，通過現場踏勘，各方研究討論、專家評審同意，對隧道內垂直（水平）位移監測點布置，上、下行線以 5 m 間距（垂直、水平），外放區域 10 m 間距（垂直）布設監測點，上下行區域垂直各布置 46 個，水平各布置 11 個監測點。根據監測數據，為盾構參數的調整、后期注漿施工調整及運營地鐵線路的狀態評估和保護提供基礎數據。收斂監測：在上、下行隧道內以 5 環（6 m）間距各布置 35 組監測斷面（每組 2 個測點），共計 70 組（140 個測點）。隧道直徑收斂累計變化量數據為調整盾構推進姿態提供依據。

自動化監測：軌交隧道內，隧道縱剖面電水平尺垂直位移自動化監測，在上、下行線縱向 172.8 m 范圍內布置 144 把電水平尺；隧道直徑收斂激光自動化監測，在上、下行線 120 m 范圍內布置 42 只激光測距儀。為盾構參數的調整、后期注漿施工調整及運營地鐵線路的狀態評估和保護提供實時數據。

③隧道內利用盾構設備遠程控制系統與人工變形監測方法相結合。

遠程控制系統：利用盾構設備（海瑞克）配備的國際先進遠程控制系統，通過 PLC 數據采集，將數據實時傳送現場聯合辦公室（中控室），指導盾構推進技術參數優化。

變形監測：穿越階段加強對隧道豎向位移的監測。取隧道管片上固定點為隧道沉降觀測點，每 3 環設 1 個監測點。監測范圍為穿越段及其前后 15 環，監測頻率為每天 1 次，直至隧道穩定。

2.3.3 建立應急預案

1）軌交單位。

①設定報警指標。通過對沉降數據、沉降速率、軌交設施狀態三方面監測數據分析，分級報警。

三級報警：軌交結構變形在 10～20 mm，利用軌交夜間停運期間，進行微擾動注漿治理，北橫隧道內同步采用殼體注漿或二次注漿。

二級報警：軌交結構變形超過 15 mm，進一步預報警。

一級報警：軌交結構變形超過 20 mm，立即向應急指揮部報警。

②行車調整方案。出現一級報警時，根據結構變化情況，采取以下措施。

a.如結構發生劣化，明確第二日運營穿越段停運，立即啟動非停電搶修行車方案和公交短駁方案；

b.如結構發生突變，立即啟動停電搶修停運方案和公交短駁方案，采取搶救措施。

2）建設單位。建立現場應急管理機制，包括現場指揮小組、專家小組和監測數據分析小組。

現場指揮小組：負責協調解決重大問題，組織實施應急措施。

專家小組：對重大技術問題提出建議意見，提供技術支撐。

監測數據分析小組：對監測數據進行分析、研判與報警，及時向現場應急指揮辦公室匯報。

3）施工總包單位。

①建立現場應急管理機制，包括現場指揮小組、盾構推進處置小組、設備故障處置小組、注漿加固處置小組、后勤保障小組、信息匯總小組。

現場指揮小組：負責施工現場各類問題處置，實施應急措施。

盾構推進處置小組：根據現場指揮小組的指令，對盾構推進的各類參數做出快速響應；對盾尾滲漏、盾構姿態及軸線偏差超標進行應急處置；根據應急處置的需要進行二次壁后注漿、殼體注漿等；確保應急處置階段盾構的后勤補給，隧道內組織與協調。

設備故障處置小組：根據現場指揮小組的指令，對設備的故障及時處置。

注漿加固處置小組：根據現場指揮小組的指令，進行地面補償（或上抬）注漿；地層擾動引發結構滲漏進行堵漏；對管線受損情況進行配合搶險。

后勤保障小組：應急搶險所需的材料、物資、設備協調保障。

信息匯總小組：對監測信息進行匯總、分析和研判，及時上報。

②應急響應。

三級響應：地鐵隧道累計變形超過 15 mm，根據需要對掘進參數以及注漿等進行優化調整。

二級響應：地鐵隧道累計變形超過 18 mm、地鐵隧道局部破碎滲漏、盾構機盾尾出現滲漏等險情，根據需要對掘進參數進行優化調整，并適時進行壁后二次注漿；立即上報應急指揮部，同時對地鐵隧道進行微擾動注漿。

一級響應：地鐵隧道累計變形超過 20 mm、地鐵隧道管片嚴重碎裂滲漏險情、盾構隧道內出現重大險情，立即上報應急指揮部，啟動一級響應。

③應急處置。

a.成型隧道管片上浮。加強對隧道上浮情況監測，根據監測數據適當減緩掘進速度，保證后方漿液及隧道穩定后再推進；通過壓鐵等措施對盾構機機頭及首節車架進行壓重，增強抗浮能力；打設環箍，對脫出盾尾的管片壓注雙液漿，穩固后方隧道，提高隧道整體穩定性；對于管片錯臺較大處，采取種筋焊接筋板，增強隧道整體穩定性。

b.盾尾滲漏。采用特種海綿填充管片與盾尾間的間隙，封堵滲漏通道；采取壓注聚氨酯的措施，形成止水保護圈，封堵滲漏。

c.地鐵隧道沉降。根據監測數據，針對不同位置沉降，可采取以下注漿措施。

盾構機殼體注漿：盾構機設計預留3道殼體注漿孔，每道 14 個注漿孔，第一道位于前盾，第二、三道位于中盾位置。沉降點位于盾構機殼體上方，沉降量超過 10 mm，啟動注漿。

二次注漿：管片脫出盾尾后，軌交沉降量超預警值，可采取二次注漿的方式對主線隧道進行加固。在管片內弧面增設的注漿孔壓注適量水泥漿，及時對隧道上方 150°范圍土體進行注漿，控制軌交隧道沉降。

微擾動注漿：穿越前，在軌交隧道內預先打設沉降微擾動注漿孔（上下行線均為 40 環，每環開孔 2 孔，共計 160 孔）。當軌交隧道沉降超預警值時，在軌交停運期間，可采用微擾動注漿工法，控制軌交隧道 沉降［6］。

d.上抬超標應急處置。做好軌交隧道上抬趨勢分析，軌交隧道上抬超過 10 mm 時，根據實時監測數據，及時調整推進速度和正面泥水壓力；同時優化調整同步注漿參數，如注漿量、注漿壓力、注漿點位分配等。

2.4 實施效果

1）穿越施工情況。本次盾構穿越地鐵 11 號線的過程劃分為 3 個階段：第 1 階段：盾構切口到達 11 號線投影范圍前 20 m；第 2 階段：盾體穿越 11 號線投影范圍，從切口進入到盾尾離開（44 m）；第 3 階段：盾尾離開 11 號線投影范圍到影響完全消失（30 m）。

盾構于 2018 年 11 月 16 日（星期五）正式開始穿越，至 2018 年 11 月 19 日（星期一）成功穿越地鐵 11 號線保護區。

本次穿越過程中，刀盤進入 11 號線投影范圍前采用 2.5～4 環/天速度推進，盾構機穿越 11 號線投影范圍內采用5～7.5 環/天速度推進，盾尾離開 11 號線投影范圍后采用 3～6 環/天速度推進。

2）地鐵隧道結構隆沉情況。自盾構進入 11 號線影響范圍內開始，距離穿越區域較近的上行線表現為下沉趨勢，最大下沉量 -0.38 mm，隨著盾構繼續推進，盾構推進至隧道正下方時，11 號線隧道開始抬升，隨著盾構的一直推進，11 號線上行線最大上抬 9.6 mm，隨著推進距離上行線越來越遠，上行線也隨后開始下沉，下沉量達到 3.02 mm。下行線趨勢與上行線趨勢基本一致，下行線在推進過程中最大上抬量達到 12.58 mm，隨著盾構機的遠離，隧道結構逐漸開始下沉，最大下沉量 2.2 mm。

3）地鐵隧道結構收斂變形情況。在盾構推進過程中收斂變化表現為先增大后減小，穿越過程中上行線收斂值最大變化量為 +4.8 mm，穿越后收斂值又減小為 +0.7 mm。下行線穿越過程中收斂最大變化量為 +6.4 mm，穿越后收斂值又減小為 +1.1 mm。在穿越過程中收斂數據變化比較明顯。

3 穿越軌道交通7號線

3.1 穿越概況

北橫通道在常德路和新會路交叉口處將下穿運行的軌道交通 7 號線隧道（昌平路～長壽路站），兩隧道軸線夾角 89°。地鐵 7 號線隧道底標高為 -19.8 m，北橫隧道頂標高為 -26.96 m，兩層隧道的最小凈距為 7.16 m。7 號線上、下行線隧道軸線相距 15.21 m，兩隧道外邊線相距 21.7 m（見圖 5）。北橫盾構主線自西向東掘進，先下穿上行線，再下穿下行線。

圖5 北橫通道與 7 號線相對位置圖

被穿越地鐵為 7 號線昌平路～長壽路站區間，隧道外徑 6.2 m，管片厚 0.35 m，環寬 1.2 m。穿越節點中心距離長壽路車站端頭井 17.5 m。

軌道交通 7 號線投影面積的范圍對應北橫隧道 1 407～1 418 環。考慮到盾體的長度約為 14 m，盾構在掘進拼裝第 1 402 環時，刀盤已經進入到投影面正下方，掘進至 1 420 環時盾尾才完全離開投影范圍，所以本次穿越范圍為 1 402～1 420 環，共 19 環 38 m。

該節點處地鐵 7 號線的覆土厚度為 16.3 m，北橫隧道的覆土厚度為 29 m。北橫隧道斷面（盾構刀盤切割的范圍）土層為 ⑦1、⑦2、⑧1-1土，北橫隧道頂部為 ⑤1、⑥ 土；7 號線地鐵隧道位于 ⑤1層中，7 號線隧道上方依次為 ①1、②1、③、④ 土層。

北橫通道隧道與軌交 7 號線于新會路與常德路交叉處相交，穿越區域主要建筑物為：下穿亞新生活廣場（混 4，底樓為商鋪、樓上為辦公）、側穿常德名園 1 號樓（混 27，底樓為商鋪、樓上居民樓，水平凈距 11.6 m）、側穿寶華大廈（混 24，商務樓，水平凈距 13.6 m）和側穿同德公寓 1 號樓（混 24，底樓為商鋪、樓上居民樓，水平凈距 8.7 m）。具體位置示意如圖 6 所示。

圖6 北橫通道與軌道交通 7 號線平面圖

3.2 軌道交通11號線與7號線穿越對比

1）兩次穿越運行中的軌道交通，周邊環境和盾構機的掘進土層和市政管線情況基本相同。

2）穿越軌道交通 11 號線兩軸線夾角為 68°，本次穿越軌道交通 7 號線兩軸線夾角為 89°，并沿新會路正下方直線穿越。本次穿越較 11 號線穿越線型較好。

3）穿越 11 號線時，盾構機運行狀態相關較好，本次穿越盾構機由于長時間的施工，設備故障率有所提高，存在盾尾漏漿現象，現在已采用海綿條堵漏有效技術措施，確保穿越過程中不漏漿。

3.3 風險分析

1）軌道交通設施保護標準要求高。軌道交通 7 號線是上海市南北方向主要軌交運行線路和換乘線路，具有線路長、運量大、密度高的特點，對設施保護要求高，在穿越過程中不能發生停運事件。本次穿越施工必須將風險降到最低，確保運行安全。

2）超大直徑盾構穿越運行軌道交通需進一步研究和分析。超大直徑盾構已經穿越了軌道交通 11 號線，積累了一定的經驗，將對本次穿越施工具有較強的借鑒與指導意義。

本次穿越軌道交通 7 號線工況條件與穿越地鐵 11 號線十分相似，但直徑 15 m 級泥水盾構下穿運行地鐵的經驗還是相對缺乏，需要進一步研究和探索的內容還很多，在穿越軌道交通 7 號線時仍需要引起重視和采取相應的措施，保證軌道交通的安全和順利運行。

3）周邊環境復雜。北橫通道穿越運行的軌道交通 7 號線隧道區域內，同時先后下穿亞新生活廣場、側穿寶華大廈及商住兩用建筑（常德名園 1 號樓、同德公寓 1 號樓），及周邊的市政管線（包括直徑 2 000 mm 污水管等），風險產生疊加效應。此外，穿越區域范圍內還有一處在建工地（金地基坑），需要考慮基坑開挖對盾構施工的影響。

3.4 對策

由于穿越 7 號線與穿越 11 號線周邊環境和盾構機的掘進土層和市政管線情況基本相同，本次穿越采取的對策比較相似，以下針對不同點進行敘述。

1）總體籌劃。通過對穿越 11 號線的研究和分析，考慮穿越過程中及穿越后地鐵隧道結構的沉降情況，本次穿越將按照盾構連續穿越的總體原則進行施工，為減少對 7 號線客流的影響，充分利用雙休日穿越運行軌道交通 7 號線，在穿越期間由穿越 11 號線的經驗調整為 5～6 環/天的進度均衡勻速通過。

2）建立施工控制標準。為保證穿越施工的可行性與可靠性，穿越前各參建單位對以往盾構穿越運行地鐵線的工程案例，結合北橫通道穿越軌道交通 11 號線和穿越房屋建筑的經驗進行了研究，并通過典型案例分析、施工參數對比、數值模擬計算結合施工經驗，最終提出盾構下穿軌道交通 7 號線，地鐵隧道變形仍舊采用穿越 11 號線時 -20～+20 mm 的控制標準。

3）盾構施工技術參數。本次穿越軌道交通 7 號線，在穿越 11 號線的盾構設定參數的基礎上，結合穿越過程中的變形監測數據優化盾構施工技術參數，調整推進速度，適當降低每日推進的環數，減少軌道交通 7 號線的變形。

4）運行列車控制措施。根據穿越 11 號線的經驗調整了 7 號線列車的運行速度。在盾構穿越 7 號線的正常工況下，7 號線列車以 25 km/h 限速通過長壽路站－昌平路站穿越區段。搶險工況下，將啟動調整列車運行應急預案。

5）盾尾漏漿處理。盾構機經過長距離推進，設備故障率有所提高，盾尾已經出現滲漏跡象，通過對盾尾密封的改造和密封處理，盾尾無滲漏。

盾尾油脂壓注采取壓注壓力和壓注量雙控，每環的壓注量 180 kg。當發現盾尾有少量漏漿時，應對漏漿部位及時進行補壓盾尾油脂。

6）微擾動注漿。根據之前的穿越經驗，本次穿越前，在軌交隧道內預先打設沉降微擾動注漿孔（上下行線均為 7 環，每環開孔 2 孔，共計 28 孔）。當軌交隧道沉降超預警值時，在軌交停運期間，可采用微擾動注漿工法，控制軌交隧道沉降。

3.5 實施效果

1）穿越施工情況。本次盾構穿越地鐵 7 號線的過程劃分為 3 個階段。第 1 階段：盾構刀盤切口到達前 15 環（30 m）；第 2 階段：盾構穿越投影范圍，從刀盤進入到盾尾離開，共 19 環 38 m；第 3 階段：盾尾離開 7 號線投影范圍到影響完全消失（30 m）。

盾構于 2019 年 6 月 21 日正式開始穿越，至2019 年 6 月 24 日成功穿越地鐵 7 號線保護區。

2）地鐵隧道結構隆沉情況。自盾構刀盤進入 7 號線影響范圍，距離穿越區域較近的上行線表現為上抬趨勢，最大上抬量 +1.18 mm；自盾構刀盤進入 7 號線正下方，7 號線隧道開始下沉，最大下沉量 -2.08 mm；根據監測數據，通過進一步優化注漿技術參數，7 號線上行線開始上抬，最大上抬 +6.8 mm。隨著盾構推進，盾尾脫出 7 號線正投影段，上行線開始下沉，并逐步趨于穩定，3 個月后累計沉降量為 +0.8 mm。

下行線趨勢與上行線趨勢基本一致，下行線在推進過程中最大上抬量達到 +6.52 mm，隨著盾構推進，盾尾脫出 7 號線正投影段，下行線開始下沉，并逐步趨于穩定，最大下沉量 -1.55 mm。穿越完成 3 個月后，上行線下沉最大值 -0.2 mm，下行線下沉最大值 -2.1 mm。

3）地鐵隧道結構收斂變形情況。在盾構推進過程中收斂變化表現為先增大后減小，穿越過程中上行線收斂值最大變化量為 +4.1 mm，穿越后收斂值又減小為 +2.7 mm；下行線穿越過程中收斂最大變化量為 +5.0 mm，穿越后收斂值變化較小為 +5.1 mm。次變化量均 ＜1 mm，下行線累計變量＞5 mm。

4 兩次穿越總結分析

鑒于直徑 15 m 級泥水平衡盾構下穿運行地鐵線尚無先例，工程難度大、風險高，在北橫通道先后兩次成功穿越運行軌道交通 11 號線、7 號線的過程中，工程建設各方就被穿越地鐵區間的現狀、列車振動對盾構掘進施工的影響、地鐵的保護標準、應急預案等問題開展了多輪的專題研究，在確保安全的情況下順利完成了穿越施工。現在對兩次穿越過程中的一系列措施和對策進行總結，主要內容如下。

1）需建立市級及具體實施單位構成的領導小組和工作小組，建立不同層級的應急管理體系及各級應急預案。建立的聯合應急保障工作機制、應急管理體系和專家團隊，在穿越全過程中提供了有效的保障和技術支撐，出現異常情況時可及時做出響應。在領導小組的牽頭下，各相關單位相應建立應急預案、信息上報制度、值班制度等。

2）發揮各相關單位的主體責任，落實相關的工作和注意事項，做好全過程穿越各類信息上報工作和穿越后的工作總結與分析。

3）建立的全過程貫徹信息共享機制，有效保障了穿越期間各方的工作開展。現場實行合署辦公制度，縮短了溝通路徑，極大程度地提升了管理效率，出現問題時第一時間得到了解決。

4）穿越前確定的 -20～+20 mm 的控制標準是合理的，既符合當前超大盾構施工控制的實際水平，也滿足運行地鐵隧道安全保障的要求。

5）采取的“連續均衡穿越”的策略起到了預期的效果。充分利用周五軌交客運高峰過后和 2 d 雙休日時段進行穿越掘進，最大限度地降低了列車限速對工作日客運高峰時段旅客疏散的壓力。

6）通過不斷優化穿越過程中盾構掘進參數，減小盾構施工產生的影響，包括控制切口壓力和掘進速度，及時適量進行同步注漿，穩定推力，保證盾構姿態正確等。

5 結論與建議

北橫通道工程建設規模大、施工周期長、技術難度和風險高，其中盾構隧道又是整個北橫通道的重中之重。涉及超大斷面盾構的急曲線轉彎，近百次緊鄰穿越敏感建（構）筑物，工程風險世界罕有。通過分析和總結，形成主要結論如下。

1）健全穿越施工安全管控體系。針對盾構穿越軌道交通涉及的部門及單位眾多的特點，建立科學合理的安全管控體系，明確體系中參與的部門和單位以及各自的職責分工。確保穿越施工的籌劃與實施過程中指令暢通，體系運轉高效。

2）建立軌道交通變形控制標準。通過對現有大量運行地鐵隧道結構現狀調研的基礎上，建立既能保證地鐵隧道結構安全，又符合當前超大斷面盾構施工水平控制標準，作為今后穿越施工的控制參考指標。

3）完善盾構穿越施工關鍵技術。盾構穿越施工是安全管控的重中之重，應重點研究盾構機的針對性選型、襯砌管片的針對性設計、盾構掘進施工參數的優化與匹配以及穿越過程中的信息化施工與管控等技術。

4）深化穿越安全應急保障體系。針對穿越施工風險高的特點，由行業主管部門牽頭制定完善的具有可操作性的軌道交通應急保障體系，包括各種異常情況下的預警、報警機制，列車限速、列車停運以及隧道結構搶修等應急方案。

5）北橫通道主線東段還涉及穿越多條運行的軌道交通，今后將進一步跟蹤東段主線盾構施工，繼續深化研究超大直徑盾構穿越運行中的軌道交通，為以后制定標準規范積累經驗。

6 結語

本文通過對上海市北橫通道工程兩次穿越運行中的軌道交通為研究對象，針對穿越運行中的軌道交通的對策和方法等進行研究、分析、評估，積累了寶貴的經驗，為今后超大直徑盾構穿越運行中的軌道交通提供了有價值的參考。