地鐵盾構穿越既有運行線路采用的施工技術

李 金 檣

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

成都軌道交通19號線二期工程土建7工區紅蓮站～天府商務區站盾構區間設計起點里程為Y(Z)DK102+086.403，設計終點里程為Y(Z)DK104+058.309，左線全長1 979.711 m，右線全長1 971.906 m，全段均為盾構隧道。

紅～天盾構區間隧道垂直穿越已建18號線海昌路站～福州路站區間地層的巖體主要為中等風化砂巖。18號線盾構隧道外徑為8.3 m，內徑為7.5 m，隧道在此段的坡度為17‰。18號線盾構隧道左線處的埋深為14.99 m，19號線右線處的埋深為15.45 m。左線頂部到18號線隧道的距離為8.133 m，右線頂部到隧道的距離為7.712 m。

紅～天盾構區間隧道左線下穿已運營的地鐵1號線天府公園站車站結構。該區域所處地層巖體主要由中等風化砂巖和強風化砂巖構成。左線頂部到車站結構底部的凈距離為14.47 m，右線頂部到車站主體結構底部的凈距離為15.736 m。隧道埋深為32.03 m。

鑒于紅～天盾構區間穿越既有運行線路上下凈距小，不同于天然地基的開挖，其掘進過程必然會對周圍土體造成擾動、變形，影響既有線路的運營，如隧道結構出現縱向/水平位移、橫斷面扭轉、傾斜等，極易進一步導致軌道整體沉降、差異沉降、配套設備損壞、滲漏水等，將直接威脅到出行人員的人身安全。因此，在該條線路的掘進過程中，一定要根據隧道的埋深、地質情況合理地設置土壓力以及掘進參數[1]。

2 盾構隧道穿越既有運營地鐵線路采用的施工技術

2.1 施工前的準備工作

在進行盾構隧道施工前，對既有運營地鐵線路隧道進行了現場踏勘，全面掌握了18號線海福區間、1號線天府公園站的運行情況，通過對其運營監測資料進行分析總結，了解了該隧道的結構變形情況。

在盾構掘進過程中，必須嚴格控制掘進參數并加強監測與觀測，及時進行二次注漿；盾構通過后對18號線海福區間、1號線天府公園站進行了跟蹤監測并及時進行反饋，視反饋情況及洞內超挖大小及時對地層進行補充注漿。對所布置的監測點進行全面檢查，收集原始記錄，確保原始數據準確無誤；加強施工監測，對監測方案進行細化，對掘進有異常情況的區段監測時間適當延長。

盾構下穿前，按照專項方案對盾構機進行停機檢查，包括推進系統、液壓系統、拼裝機、盾尾密封等主機設備的正常運行及維修管理；盾構通過前，對下穿建(構)筑物進行了詳細調查，通過試驗段確定了掘進參數：土壓傳感器的準確性、類似地層出土量與同步注漿量、注漿壓力與地層沉降情況的關聯性、渣土改良的添加劑種類與添加量、特殊管片的注漿孔位以及注漿壓力[2]。

2.2 盾構掘進參數的控制

盾構在下穿掘進過程主要遵循以下原則：加強對施工設備的管理，確保盾構連續穿越；嚴格控制掘進參數(土壓力、掘進速度、掘進姿態、出土量、同步注漿等)；加強地面監測分析；做好應急措施準備。

(1)控制掘進速度。掘進速度的快慢對周圍地層的穩定性至關重要。速度過快，同步漿液無法及時補充盾體之間的間隙，容易造成土體坍塌；速度過慢，延長了對周邊地層的擾動時間，土倉壓力容易失穩。因此，掘進速度應根據土倉壓力、出土情況、地質條件合理設置，盡量保持速度均勻以減小對周圍巖體的擾動。

(2)合理設置土壓力：在盾構推進過程中，刀盤切削土體，周圍地層的地下水、渣土進入土倉，通過螺機進行排土作業。因此，合理地設置土壓力有助于推進過程中保證土倉壓力與周圍地層的穩定性，防止盾體上部土體坍塌和地下水突涌。

根據隧道埋深、周圍地質情況及同類型區間隧道18號線、1號線的相關經驗，將盾構土壓力確定為1.0～2.4 bar，并在推進過程中根據監測數據、沉降值、周圍地質情況做出適當改變。

(3)推力、扭矩的控制。雙線隧道推進過程中，盾構的頂推力和刀盤扭矩的大小是直接影響掘進過程的重要參數，其直接關系到單環出土量與地表隆沉。項目部結合已有的線路施工經驗以及對推進過程中的具體數據分析，合理地選擇了刀盤的頂推力與扭矩。

當盾構機穿越時，控制推進油缸總推力為

1 000～1 900 t，刀盤轉速控制在1.5～2.0 r/min，通過適當減小推力和刀盤轉速，達到減小對地層擾動的目的。

適當調整所加入的泡沫劑參數，改良渣土特性以保持渣土的良好流動性和一定的內聚力。結合施工經驗，一般在下穿期間將泡沫的濃度設置為1%～3%，發泡率設置為8%～12%，空氣注入率控制在300 L/min左右。掘進時將刀盤扭矩控制在3 000～5 000 kN·m。

(4)出土量的控制。盾構在下穿期間，單環出土量影響著周圍地層的穩定性。根據19號線紅天區間前期出土量與地表沉降之間的比值，將出土量嚴格控制在175 m3以內。

(5)盾構姿態控制。盾構機根據激光自動導向系統開挖土體，包括掘進方向和掘進角度。在盾構隧道施工中,盾構機的姿態控制至關重要,其直接關系到隧道的成型質量。盾構姿態保持的好,不僅有利于保護盾構機,也是確保隧道施工質量的關鍵因素之一。

盾構下穿期間，根據盾構機姿態、盾尾間隙、油缸行程等做好管片的選型工作(盾尾間隙小于50 mm、油缸行程差大于50 mm時必須進行調整)，掘進時控制好盾構姿態，保證盾構平穩推進，穿越期間不斷測量盾構姿態，結合監測數據及時調整掘進參數，每10環測量一次管片姿態，如果存在姿態糾偏的情況，每環的姿態糾偏量不能超過5 mm。必須杜絕大幅度糾偏，以減少地層損失和對周圍地層的擾動情況，降低對線路的影響[3]。

(6)同步注漿控制。盾構機脫出盾尾后，已經成型的管片與周圍地層之間會出現空隙，如果無法及時填充，將會加劇管片外側與洞壁之間的沉降、地下水涌入造成管片上浮、錯臺等隱患，因此，及時的同步注漿可以確保管片的穩定性和密閉性。

同步注漿漿液應具備充填性好、流動性好、離析少、早期強度均勻、注入時具備不受地下水稀釋的特性，硬化后的體積收縮和滲透系數要小。在掘進過程中，可以加入增稠劑以保證漿液的黏稠度，使其更好地填充空隙。盾構下穿時，將每環的同步注漿控制為150%，即12.21 m3。

同步注漿時，要求壓入口的壓力大于該點的靜止水壓力及土壓力之和，做到盡量填補而不劈裂。注漿壓力過大，管片外的土層將會被漿液擾動而造成地面隆起，并易造成從盾尾處漏漿；注漿壓力過小，漿液填充速度過慢、填充不充足，也會使地表沉降，同時造成管片位移[4]。

為避免出現由同步注漿引起的劈裂現象，注漿作業時，宜將壓力控制在2.0～3.5 bar；在同步注漿時，同步注漿的速度應與推進速度保持同步，即在盾構機推進的同時進行足量注漿，同步注漿采用注漿壓力和注漿量雙控以確保管片背后填充密實。

同步注漿時，必須保證六根注漿管同時注漿，注漿速度保持與掘進速度基本一致，盾構操作手每向前掘進100 mm后需關注同步注漿量，及時提醒注漿操作手控制注漿速度。防止注漿過快、過慢造成管片背后形成空隙引起的地層沉降。

(7)二次注漿(多次補漿)。在實際施工過程中，由于地層滲透系數太大、地下水豐富，導致漿液流失到周圍地層中，所注入的同步漿液在凝固時會產生收縮而造成管片與土體的空隙無法填充飽滿，當管片出現破損、接縫滲漏水時，地面沉降加大，對盾構機上方已運行的線路、車站結構造成安全隱患。

為控制后續土體繼續沉降，應根據監測數據對脫出盾尾的管片進行二次注漿，注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿量為同步注漿量的10%～15%，注漿應采用低壓、少量、多次的方式及時補充因原有漿液固結收縮產生的空隙，防止地表沉降。

對下穿18號線區間隧道和1號線車站結構選用增設注漿孔的特殊管片，每塊管片均增設2個注漿孔，二次注漿時優先選擇1點位和11點位，注入雙液漿時必須保證注漿管路通暢、注漿機正常運行，當注漿機壓力超過0.4 MPa時停止注漿，避免管片破裂。

為進一步提高施工質量，防止管片后方地下水突涌進入土倉，每隔10環進行封水環注漿并需保證每個封水環至少注入6個點位。

同時，由于下穿18號線時隧道為下坡，因此，通過環箍注漿能有效封堵從管片背后流向刀盤的水，保證開挖掌子面穩定。

2.3 盾構穿越后采用的注漿措施

盾構機下穿后，由于其對地層的擾動及少量超挖，當地層發生沉降變形時，隨著土體松動范圍的擴大將引起地面沉降。對已成型管片開孔進行效果檢查發現仍有地下水從孔內涌出，在采取以上各項措施的同時，為盡量降低施工風險，項目部將洞內的補充注漿作為盾構下穿施工的必要補充措施。

洞內補充注漿的作用是及時填充和固結空隙，有效地控制18號線區間、1號線車站結構的下沉趨勢。選擇地層松散的地帶進行后期注漿補強，根據掘進施工記錄、地面監測記錄、建筑物監測記錄和注漿記錄，發現補充注漿選用雙液漿比單液漿可以更快地凝固土體，達到快速加固的效果，對可能發生沉降的地方進行加固。

補充注漿系利用在區間隧道中管片上增設的注漿孔、通過注漿管對掘進影響范圍內的巖體進行洞內跟蹤注漿加固。采用二次注漿機對管片四周進行注漿加固，洞軸線以上180°范圍內加固1.5 m，洞軸線以下180°范圍內加固0.5 m。由于鋼花管在土中要承受抗剪作用，為了減少注漿眼對鋼花管的損害，注漿眼呈螺旋式布置，同一截面只布置一個眼。鑒于管片已經進行同步注漿與二次注漿，對于所增設的注漿孔在注漿過程中應注意控制注漿壓力，以防壓力過大破壞各建(構)筑物而失去加固的意義。

3 監控測量措施

成都軌道交通19號線二期通過地區地質條件及環境十分復雜，施工難度大。施工期間，對沿線周圍重要的地下、地面建(構)筑物、地面道路等實施變形等方面的監測，及時提供準確可靠的監測數據，用以評定該工程在施工期間的安全性及施工對周邊環境的影響，并對可能發生的危及施工、周邊環境安全的隱患或事故及時、準確地預報，以便及時采取有效措施消除隱患，避免事故的發生[5]。

結合該工程項目的實際情況，最終確定了該項目的監測方案：18號線海福區間、1號線天府公園站車站結構下穿段采用自動化監測及人工復核監測組合實施。在穿越建(構)筑物前后約15 m，每5 m布設一個，共布設3個監測點(根據現場情況可適當調整)。主要安全控制指標包括：位移、變形、結構裂縫、相對收斂、管片接縫張開量、滲漏、軌道橫向高差、軌向高差等。

當外部作業影響等級為特級、一級時，應對城市軌道交通結構進行安全評估。安全評估包括城市軌道交通結構的現狀評估和外部作業影響預評估、外部作業施工過程評估和外部作業影響后評估。通過現狀調查、檢測、測量和計算分析等手段，評估當前城市軌道交通結構的安全狀態及持續抗變形能力和承載能力，并應確定相應的結構安全控制指標值。

4 結 語

通過分析紅天盾構區間穿越18號線海昌路站～福州路站區間、1號線天府商務區站采用的施工技術和監測結果發現：既有線隧道結構監測單日變形量和累計變形量均在預警值及控制值的允許值范圍內,監測數據正常,無突變。

盾構穿過后既有線洞內裂紋無增加，結構無掉角，軌道扣件、接觸網支架等無松動現象出現；地表變形在可控范圍內；盾構隧道管片無漏水、無破損，達到了安全穩步掘進、不影響既有線運營的施工目的，對類似盾構下穿既有地鐵線施工具有一定的參考價值。

綜上所述，在地鐵穿越工程實施過程中，應做好前期的地質勘察工作，在明確工程地質條件、水文情況與施工條件的基礎上，合理制定施工方案、明確既有運營地鐵線的防護范圍；施工中嚴格控制施工參數，全面落實施工監測，用監測結果指導施工，切實保證盾構作業的順利實施；積累施工經驗，為各類重難點工程做好基礎工作。