探析盾構近距離下穿地鐵運營隧道施工技術

黃璐珈

（中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，湖南長沙 410014）

0 引言

近些年，我國地鐵建設進入到快速發展階段，許多新一線城市地鐵都逐步成網，而新建地鐵隧道如何有效下穿已建成隧道則變成了施工人員需要解決的一項難題。作為一項新興的隧道施工技術，盾構技術普遍運用于隧道施工中，其設備的功能也日益完善。從這個角度來看，應積極研究盾構近距離下穿地鐵運營隧道施工的技術。

1 當前地鐵施工的概況

現階段，在城市中修建地鐵線路首先要滿足申請條件，隨后對城市軌道交通線網進行規劃，根據線網的建設順序，編制項目建議書，交予國家發改委進行審批，審批通過后再進行項目可行性研究，同樣交予發改委審批，審批通過后即可開始準備施工（圖1）。地鐵施工通常可分成地鐵區間施工、地鐵車站施工兩種。其中，區間施工大部分為地鐵隧道施工，通過盾構機進行挖掘工作，先將隧道開挖工作完成，再對混凝土道床進行鋪設，安裝各個扣件并對鋼軌進行鋪設。而車站施工主要采用明挖法、暗挖法這兩種施工方法展開施工。

圖1 地鐵隧道建設

2 盾構近距離下穿地鐵運營隧道施工的主要技術

東湖站、濱江東路站區間，出東湖站后，向南敷設后穿越珠江，沿濱江東路站行進然后進入濱江東路站。東湖站、濱江東路站區間左線起止里程為：ZDK12+411.500—ZDK13+671.800，長1244.551m，區間右線起止 里 程 為：YDK12 +411.500—YDK13 +675.800，長1260.300m。平面曲線半徑為800m 和450m。區間為盾構法隧道，隧道外徑6400mm，盾構管片厚度為300mm。區間隧道穿越段主要為中、微風化粉砂質泥巖，局部為強風化巖。東濱區間隧道左線于隧道ZDK12+423—ZDK12+451.28（8—28 環）段下穿地鐵6 號線軌排井范圍，下穿長度28.23m，最小垂直距離0.5m；右線于隧道YDK12+420.75—YDK12+444.747（6—23 環）段下穿地鐵6 號線軌排井范圍，下穿長度為24m，最小垂直距離為2.38m。

2.1 施工準備

2.1.1 設計保護措施

（1）盾構機。

下穿6 號線軌排井時，要想避免設備故障、盾構機停機所導致的既有線出現較大沉降，可在停機過程中通過盾構機中盾上部（2 點、10 點）徑向注漿孔向盾體周圍注入預拌鈉基膨潤土漿液，形成泥膜護壁，可有效防止及控制隧頂、周邊土體塌陷造成的沉降，必要時可注入惰性漿液，穩定上方土體[1]。

（2）管片。

根據區間管片襯砌構造設計圖紙，在深厚軟土地層的線路范圍內及隧道周邊有建筑物的情況下，可使用通用Ⅲ型（加強型）管片，在鄰接塊和標準塊上增加2個預留注漿孔，便于及時填充管片壁后空隙[1]。

2.1.2 施工監測

盾構下穿既有線前，提前與產權單位溝通，在6 號線軌排井內布設監測點、安設自動化監測儀器設備，并采集初始值。對既有線沉降、水平位移、凈空收斂數據進行監測，并在地表條件允許位置加密監測點，實行信息化施工，保障信息及時反饋。按照地面監測數據、監測結果對掘進參數作出合理調整，若出現緊急施工狀況，可迅速實施應急預案中的處理措施。

2.2 進洞段施工

區間右線在6—23 環，左線在8—28 環范圍下穿6號線軌排井，埋深32.9m，洞身地層9-2 微風化粉砂質泥巖，從上到下地層依次為雜填土（2.45~4m）、淤泥質粉細砂（6.3m）、7-2 強風化粉砂質泥巖（2.45~5.5m）、8-2 中風化粉砂質泥巖（8.9~9.4m）、9-2 微風化粉砂質泥巖（7.3~12.4m）。6 號線軌排井兼盾構井基礎為地連墻、最小垂直距離0.5m。提前建壓，認真總結前幾環掘進參數，為左線及右線后續下穿6 號線軌排井提供參數依據。

開展洞口密封工作，能夠避免始發過程中背后注漿出現外泄漿液的情況。按步驟來看，洞口密封主要有以下施工步驟：①盾構井結構施工作業時，應埋設始發預埋件，尤其要重視預埋件在埋設時應連接結構鋼筋。②始發前應將洞口存在的大量渣土有效清除，安裝80cm 長接長套筒，焊接鋼束，把橡膠板、折葉壓板、密封板安裝到接長套筒，并且盾構機下井調試后應立即安裝密封環、洞門加固端鋼筋割除之前進行。在安裝洞門密封裝置的過程中，施工人員應加強對扇形壓板、橡膠簾布方向的重視，避免安裝方向有無。除此之外，橡膠簾布凸起方向、掘進方向應保持一致。折疊壓板如圖2所示。

圖2 折疊壓板

盾構機刀盤在進入延長鋼環鋼絲刷后，通過鋼環上預留徑向注漿孔進行填倉提前建立土倉壓力，確保盾構機在尚未完全進洞前即可建立土倉壓力。

2.3 注漿

同步注漿材料由總包集中配送，材料進場后見證取樣送檢，合格后方才使用。每環理論注漿量為4.31m3，實際同步注漿量控制在理論值的120%~150%，5.2~6.5m3/環內。根據現有干拌砂漿使用情況，漿液初凝時間能控制在6h 以內。膠凝的時間通常在3~10h，按照掘進速度、地層狀況，借助現場試驗來適當添加一定的促凝劑，將配比優化，從而實現膠凝時間的調整。針對強透水地層、高強度注漿地段，應借助現場試驗對配比加以調整，添加適量的早強劑，讓膠凝時間得以縮短。與此同時，固結體的強度每日應超過0.2MPa，28 日應大于2.5MPa。漿液的結石率需要大于95%，固結的收縮率相應的小于5%，穩定性的傾析率不可超過5%。在漿液站，操作人員應按照控制室顯示屏呈現的消耗集料量來嚴格控制漿液生產量，操作人員每日應提醒工程師罐中消耗的材料數量。進行施工的過程中，應按照地層狀況、地下水條件、附近環境等，借助現場試驗加以確定并優化。

在盾體1 和11 點位徑向孔勻速注入惰性漿液以盾體不受包裹為前提，將開挖面、盾體間隙及時填充[2]。在一般工況下，同步砂漿是固結率需要維持在95%左右，若管片壁后的同步砂漿發生固結反應后，管片、土體二者間有建筑間隙存在，將會導致地面在后期發生變形和沉降等一系列的施工問題。洞內跟進二次注漿主要分為兩個階段：第一階段，管片脫出盾尾3~5 環的位置，上部點位、管片兩側的部位應對水玻璃漿液精準注入，作用為及時填充同步注漿固結后空隙，加強注漿漿液的同步性，使其快速凝固，讓管片盡早趨于穩定，減少管片脫出盾尾階段地面沉降。第二階段，在管片脫出盾尾10 環位置，注漿形成止水環，封堵盾尾后方來水，防止管片上浮等。在區間盾構下穿6 號線軌排井期間，均按此要求及時跟進二次注漿，具體位置可根據實際情況進行動態調整（圖3）。

圖3 注漿

2.4 盾尾漏漿控制

①保證盾尾油脂注入量和壓力：在掘進過程中，根據實際施工情況確定盾尾油脂注入量及壓力。②盾尾油脂質量：選用合適的盾尾油稠度，避免盾尾刷出現空腔。③控制注漿壓力：嚴格控制同步注漿及二次注漿壓力，避免因注漿壓力過高擊穿盾尾刷造成漏漿。④保證管片質量：加強對成型管片得的質量控制，避免出現管片變形、錯臺造成盾尾密封無法緊密包裹管片而造成漏漿。⑤嚴格控制糾偏量，盡量使管片四周的盾尾間隙均勻一致，已減輕管片對盾尾刷的擠壓。⑥必要時采用密封海綿條對盾尾進行封堵。

2.5 盾構下穿后控制

按照監測結果，當盾尾有3~5 環的管片脫出后，施工人員應在管片空隙部位進行二次注漿，填充管片附近的空隙。應選取水泥和水玻璃漿當作漿體，在0.3MPa~0.5MPa 的注漿壓力條件下注漿。與此同時，二次注漿應按照地面監測實際狀況加以調整，提高調整的動態性，讓地層的變形量實現最小化。二次注漿采取少量多次原則，即可減小對土體擾動，又能減少地表沉降。

3 下穿工程施工的優化路徑

按照以往工程經驗，下穿工程施工經常出現盾尾滲漏問題。預防盾尾漏水解決問題的辦法按重要性排序有以下4 點，按重要性排序分別如下。

（1）盾構機姿態。

姿態會對管片、盾構機二者間隙產生較大影響，若盾構機的處于非正常姿態時，間隙將會在盾尾一側小、一側大。間隙大時，尾刷不能密切貼合管片，間隙小時，尾刷的磨損程度會大大增加，留下極大的滲漏水隱患。由此不難看出，施工人員需要對各環間隙進行測量，按照測量結果加以調整，使盾構機時刻保持正常的姿態，以姿態±30mm、盾尾間隙超過30mm 的標準控制盾構機。除此之外，施工人員應定期檢查豎曲線、平面曲線，使轉向度分配的更加均勻，防止因急轉導致的姿態突變情況出現[3]。

（2）管片拼裝。

對于盾構法來講，管片拼裝是重要的一道工序，與隧道成型密切相關，同時會對隧道防水效果、綜合質量產生較大影響。拼裝管片的過程中，若清潔盾尾的工作不充分，將會讓異物進入到盾尾中。由此能夠得出，拼裝管片的過程中應加以重視。①拼裝人員應對管片類型、位置、配筋等各項要求加以了解。②拼裝前后都必須測量盾構姿態、盾尾間隙，按照實際需求來調整管片種類、封頂塊所處位置等。③拼裝過程中應及時清理墊片、抹布、盾尾砂漿等。④機長應旁站監督拼裝過程，讓管片得到全過程監督管理。此外，將千斤頂油缸放下時，應根據施工需求依次送放，嚴禁將千斤頂同時送放，避免盾構機出現后移情況。

（3）油脂注入。

盾尾的油脂可以使油脂倉自身壓力得到保證，不會受到外部水土壓力被擊穿的。將適當油脂合理、科學地注入，既能夠避免尾刷磨損與砂漿進入，又能夠置換原倉體內部存在的油脂，避免倉體內部出現油脂結塊、變質等問題。由此能夠得出，油脂注入應嚴格控制，不必要的節約與不重視容易增加施工風險[4]。

（4）壁后注漿。

在管片壁后開展同步注漿工作有利于使管片的穩定性得到保證，讓進水通道得到充分密封。從這個角度來看，需控制好注漿漿液的質量，嚴禁質量不滿足施工要求的漿液。在實際施工中，施工人員需在每一環進行5m3注漿，不能因趕工期、節約成本而少注漿或是不注漿，避免在壁厚注漿環節出現問題而導致相應的滲漏問題發生。

4 結語

總而言之，研究盾構近距離下穿地鐵運營隧道施工的主要技術具有重要的意義。相關人員應對當前地鐵施工的概況有一個全面了解，充分把握盾構近距離下穿地鐵運營隧道施工的主要技術，能夠通過多種方式優化下穿工程施工，從而提高盾構近距離下穿地鐵運營隧道施工的安全性，順利完成地鐵隧道施工，獲得更高的經濟效益和社會效益。