浅议地铁近距离上部穿越运营隧道施工技术

徐 钧

（上海电力通信有限公司，上海 200336）

浅议地铁近距离上部穿越运营隧道施工技术

徐 钧

（上海电力通信有限公司，上海 200336）

以上海市轨道交通10号线隧道上部穿越运营隧道1号线工程为研究对象，对该穿越段的工作难点、施工措施、实际施工情况等，进行了说明及讨论.主要通过穿越前、穿越中、穿越后3阶段控制隧道穿越工作的实施，保证了被穿越隧道及上部建筑物的沉降变形在安全可控的范围内.通过探讨本穿越段的施工，对以后不断出现的轨道交通上部穿越施工项目提供了一定的参考.

上部穿越运营隧道；浅覆土埋深施工；隧道沉降控制

0 引 言

随着我国国民经济的快速发展，城市化进程不断加快.城市基础设施特别是城市交通设施与城市化发展的矛盾逐渐凸现，交通越来越成为制约城市发展的瓶颈，城市交通日益拥挤，地下空间的利用效率加速提高，地下轨道交通规模不断扩大.盾构施工技术是轨道交通建设的主要施工方法，新建盾构区间隧道上穿已建和在建地铁线路的现象将越来越频繁.区间隧道盾构推进穿越其他地铁线路，存在着巨大风险和困难.同时被穿越地铁线路，大多为运营线路，一旦发生问题造成的影响将是巨大的.为此必须控制从穿越工作的前、中、后3个阶段进行施工管理控制，将影响控制在最小范围内.

图1 10号线穿越1号线平面图

本研究针对盾构上穿过程中出现的几种典型问题所采用的施工技术，对今后盾构穿越施工提供有价值的参考资料，并对以后类似施工工程起到风险控制和指导作用.

1 工程概况

本工程隧道采用装配式钢筋混凝土管片通缝拼装，内、外直径分别为5.5 m和6.2 m.采用的盾构机为直径6.34 m的两台土压平衡式小松盾构，盾构长8.6 m.盾构从陕西南路(南昌路）出发，往高安路方向约441 m后，以半径为346 m的弧段转入复兴中路下方，并在复兴中路(淮海中路）附近与运营中的地铁1号线呈69°在其上方穿越，穿越位置如图1所示，穿越段的地面覆土厚度最浅处为5.96 m.

2 周边环境及工程地质概况

2.1 周边环境

上穿地区均位于闹市区.车流量大，地下管线繁杂，且位于徐汇区历史风貌保护区，与1号线相交处东侧有市级保护建筑——徐汇艺术馆，上方有3层的老洋房，西侧有2层的居民楼和法国领事馆.均需要重点保护.

2.2 工程地质概况

从表1以及地质报告来看，10号线程隧道处于第④层淤泥质土中，被穿越1号线隧道处于第⑤1层灰色粘土层中.

表1 土层物理性质力学指标表

3 施工工艺

3.1 施工难点

3.1.1 穿越段地质状况

穿越时本工程隧道处于第④层淤泥质土中，被穿越1号线隧道处于第⑤1层灰色粘土层中，该两层土属高压缩性土，土质软，地基承载力差，受扰动后沉降大、稳定时间长，后期沉降较大.且本工程隧道与被穿越的1号线隧道距离小，两者之间最小净距为2.111 m.两条隧道之间的剖面位置如图2所示.如何确保隧道之间的土体加固质量、合理控制盾构推进施工技术参数以及隧道的后期沉降变化是主要的攻克难题.

图2 10号线穿越1号线剖面图

3.1.2 穿越段地面覆土厚度浅

穿越段的地面覆土厚度最浅处为5.96 m.穿越过程中及穿越后的施工技术应用不当，容易造成在建隧道、被穿越的1号线隧道以及上部建筑物沉降变形.

3.1.3 沉降监测点无法布设

1号线为运营隧道，因运营需要，不允许人员在隧道内即时开展监测工作，常规的监测工作无法正常开展.

3.2 盾构穿越施工分析

盾构推进引起地铁1号线隧道变形的因素有很多，但归纳起来主要有以下3种：

(1）隧道推进中盾壳及盾壳外凸物引起的地层损失Ve1.Ve1的大小与盾构的推进速度密切相关，为尽量减少地层损失，必须严格控制盾构推进的速度，使其尽量低速均匀.

(2）盾构曲线推进引起的地层损失为Ve2盾构曲线推进，每推进10 cm盾构轴线产生偏角α，按此要求所产生的曲线推进引起的地层为减少Ve2，必须控制一次纠偏量的幅度.

(3）盾构正面压力不平衡引起的地层损失Ve3盾构正面压力与地层原始静止土压力之差值△P引起的地层损失Ve3.在盾构推进趋近1号线隧道的过程中，为减少盾构穿越后盾尾压浆不足及固结沉降引起的地铁隧道沉降.△P应取正值，即正面压力比原始静止压力大0～5%.

盾构推进中所需调整的主要参数就是盾构推进速度V、盾构的正面压力、盾构每推进后其轴线发生的偏角α，这3种主要因素引起地层位移的综合效应，反应在1号线隧道的平面和竖向两个方向的纵向扰曲以及隧道的径向变形上，即δv、δh及隧道径向收敛变形［1］.

3.3 施工措施及对策

根据隧道穿越过程的控制要点不同，将穿越工作主要划分为3个阶段：穿越前、穿越中、穿越后.

3.3.1 第一阶段：穿越1号线隧道前(穿越前50环至盾构到达已建隧道）

(1）在进入穿越区之前就将隧道整体调整到设计轴线，并控制隧道按轴线推进，保持平滑趋势，防止在该区段对盾构进行猛纠.

(2）自动监测系统布设及整体监测系统建立.地铁1号线为运营线路，其运行安全及其重要，按规定在地铁穿越前后1号线的累积沉降量必须小于5 mm.但因为1号线地铁隧道为运营地铁，无法进行正常的监测工作.在与运营公司、监护公司共同协商下，同意在1号线隧道内布设自动沉降监测点.

图3 号线内自动监测布点图

自动监测测点布设：在1号线和10号线隧道交汇处前后50 m范围内布置两台徕卡TCA2003全站仪(上、下行各一台），每5 m布设1个监测断面，共布设42组断面(上、下行各21组），每个断面布设6个棱镜.另外在布设4组基准断面，每组4个棱镜，共计268个棱镜(监测点布点位置见图3.所示）.在1号线隧道内采用电水平尺进行自动测量，测量数据通过无线传输，反映到监控室的屏幕上，数据每5 min刷新一次.

在盾构穿越前，在穿越段地面布设了2个深埋沉降点(深度超过1号线深度3米），2个水位观测孔，1个土体分层沉降孔，穿越段附近重要建筑物上布设了沉降观测点.

3.3.2 第二阶段：穿越1号线隧道中(当盾构到达已建隧道至盾构机尾部脱出穿越段后5环）

(1）土压力值设定略微比理论值大，使推力略微大于平衡土压力，从而减小下部隧道上浮.

(2）在推进时，尽量保持前仓土压力的稳定，在拼装管片时，仍安排盾构司机监控土压力值，发现明显减小时，转化成推进状态，增加土压力至正常推进值，始终保持盾构机土压力略大于外部自然土压［1］.

(3）必须严格控制盾构推进的速度，使其尽量低速均匀.根据理论分析，结合盾构自身特点以及以往经验，设定盾构推进速度V＝5～10 mm／min，并且要求盾构停推时间的长短以监测所得的即时测量资料为依据［2］.

(4）在1号线隧道内布置垂直位移监测点和环径(收敛）变化监测点，以每5 min／次监测数据向盾构现场指挥中心传递.现场指挥中心根据监测系统反馈的数据调整盾构推进的主要施工参数以及调整推进方案.

(5）对同步注浆配比进行调整.将浆液的稠度调小，采用流动性和支承性较好地惰性浆液(惰性浆液地稠度控制在8～9），用以充填盾尾空隙，使同步注浆能够在土体中更为有效的扩散，同时可防止浆液损坏盾尾密封并杜绝堵管情况发生，保证同步注浆在穿越段施工的连贯性.同步注浆压力应小于0.4 MPa，注浆量为1.1～1.8倍的空隙体积，具体注浆量以1号线隧道内的即时监测数据为准及时进行调整.

3.3.3 第二阶段：穿越1号线隧道后(盾构机尾部脱出穿越段后5环）

(1）置换注浆.在同步注浆施工结束后，对地铁1号线有影响的施工区段范围内的惰性浆液进行置换注浆加固(置换注浆加固为双液注浆），注浆加固范围为管片外0.5 m，每孔注浆量400 L，每环注浆量2 000 L.

(2）双液二次注浆.在盾尾后10环处从隧道内进行双液二次注浆，以减少盾尾脱出后土体的沉降.施工范围为隧道底部的预留注浆孔以下至地铁1号线中心线以上范围内的土体，加固壳的厚度为1.5～1.8 m，加固后的土体应有良好的均匀性和较小的渗透系数，注浆加固后土体强度要求Ps≥1.2×106Pa.注浆工作按少量多次的原则：采取隔环跳孔施工形式，每环一次施工1～2只孔，每2个连续施工环间隔3～4个环.加固注浆采用分层注浆，先外层后内层，注浆管每次施工50～100 cm，每层回拔10～20 cm；同时，根据自动水平监测仪实时监测情况调整注浆量和压力，每孔分层注浆可达2～4次，注浆全部结束后，拔除注浆管，封闭孔口.当注浆管在④、⑤层土施工时，注浆压力控制在3×105Pa以下，注浆流量控制在10～15 L／min.双液浆配比以表2参数为准［3］.

表2 双液浆配比表

(3）双液浆补浆加固.在隧道贯通后，对该区段隧道区间进行双液浆补浆加固.补浆加固为隧道下半部范围的8只预留注浆孔以及隧道以上的土体，每环为隧道下半部8只孔，并要求跳环注浆，以减少对下方1号线的影响.

3.4 盾构穿越施工实施情况

3.4.1 盾构推进参数

穿越时，盾构的主要参数如下：推进速度为8 mm／min(发生过推进过程因下部隧道上浮较大，减速或停止推进的情况.但基本以该速度完成穿越段施工），土仓压力为1.5×105Pa.因下部隧道上浮较快，同步注浆量由2.5 m3调整为2.8 m3.

3.4.2 被穿越隧道变形

从自动化监测系统上反馈的信息上来看，当盾构到达1号线隧道前5环时，1号线有0.8 mm左右的上浮，当盾构到达时，上浮量约为1mm，当盾尾脱出1号线后，1号线上浮量约为2.7 mm.第二条穿越隧道穿过1号线时，1号线的变形趋势完全一致，但变形幅度稍大，最大累计上浮量达到4.2 mm，然后基本保持该数值，随着后续注浆工作的开展，又开始逐步回落.最终的测量数据显示，1号线内累计最大上浮量的监测点为2.3 mm.当盾构推进时，下部1号线上浮，停止推进时，不上浮.可见盾构的背土效应比较明显.［4］

3.4.3 穿越施工对上部建筑的变形影响

因为10号线上部覆土约为5.8 m，为浅覆土施工，在穿越过程中，同步注浆量较大，地面监测反映穿越段地表有较大的上抬，最大值约为10 mm.

3.4.4 配重措施效果

图4 穿越隧道内配重图

配重措施在台车通过后，开始压在隧道的两侧(配重详见图4穿越隧道内配重图），保证2t／环.从实际效果来看，10号线配重后本身的上浮有所控制，同时对下部1号线上浮也有一定的影响.在隧道贯通后进行埋管加固时配重运出隧道，此时土体已基本稳定，监测未发现1号线有明显变化.

3.4.5 双液二次注浆效果

在双液二次注浆施工过程中在对1号线有影响的施工区段从隧道下半部范围内的预留注浆孔打入适当数量的预埋注浆管，深度1.5 m.根据监测数据及实际情况，随时进行跟踪注浆工作，经过多次注浆后，以后的注浆孔很难打出1.5 m，说明先前的二次注浆已经在隧道周围形成一个整体，达到了注浆的效果.

随着二次注浆的不断开展，在周边建筑物布置的监测点显示：穿越段地面有隆起现象，最大隆起量达8 mm.部分注浆量较大处的地面开裂并少量渗漏浆液.说明由于浅覆土施工，二次注浆虽然可以有效控制隧道变形，但对上部建筑物的影响却比较明显.不过主要建筑主体稳定，累计沉降变化都在允许范围内［5］.

3.4.6 穿越隧道自身沉降

考虑到穿越1号线时，注浆量都大于平时正常推进的注浆量.在穿越、二次注浆过程中直至隧道贯通都保持有连续的隧道沉降记录，并加以分析.

由表3、4的沉降数据表以及图5、6的沉降曲线图分析可知，10号线隧道本身因为同步注浆加注抬起.盾构机开过之后，因为浆液在土体中的扩散，隧道本体有所下降.根据数据对下沉部分的隧道进行有针对性的二次注浆后，隧道整体再次抬起.停止注浆后有所回落，但幅度较小，隧道整体趋于稳定.

表3 10号线上行线隧道沉降数据910环

表4 10号线上行线隧道沉降数据880环

图5 上行线第910环曲线图

图6 下行线第880环沉降曲线图

4 总 结

通过本次穿越施工，收集了一些关于盾构近距离上穿既有隧道时的技术参数，并且明确了几项重要的控制点：(1）土压的合理选择；(2）推进速度的严格控制；(3）监测系统的建立及应用；(4）置换注浆及二次注浆的质量及时间控制.只要针对以上几项控制点进行施工，穿越工作可以在安全可控的范围进行.

随着上海轨道交通网的形成，越来越多的隧道建设线路需要交叉穿越，但相对在闹市中浅埋深上部穿越运营隧道的范例相当少，希望通过本次施工得出的经验能为以后类似的隧道穿越工程提供参考，为轨道交通建设的蓬勃发展添砖加瓦.

［1］ 章新华.地铁暗挖隧道下穿建筑物处理技术［J］.现代城市轨道交通，2011（4）：56-58.

［2］ 陈越峰，张庆贺，郑坚，等.上海地铁9号线盾构上穿越已建隧道技术［J］.施工技术，2009（38）：40-41.

［3］ 侯艳娟，张顶立，陈峰宾.隧道施工下穿建筑物注浆抬升机制及预测研究［J］.岩石力学与工程学报，2011（30）：2407-2415.

［4］ 建设部科技发展促进中心.GB 50446-2008盾构掘进隧道工程施工及验收规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008：3-18.

［5］ 北京市城乡建设委员会.GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范［S］.北京：中国计划出版社，2003：21-22.

Discussion on the construction technology of the subway crossing the close-upper perating tunnel

XU Jun
(Shanghai Electric Power Communication Co.，Ltd，Shanghai 200336，China）

This papermainly forcuses on the construction technology of the Shanghai Metro Line 10 which is to cross the upper operating Shanghai Metro line 1.The difficulties of the crossing section，constructionmeasures and actual construction conditions are described and discussed.Acturally，this paper ismainly talking abouthow to control the implementation of the tunnel through work through the three stages of crossing tunnel，namely pre-crossing，in-crossing and post-crossing，ensuring the settlement deformation of the through tunnel and its upper partof the buildings in safe and controllable range.It is through the discussion of the crossing construction to provide a certain reference value to the upper part crossing of future trail traffic.

crossing the upper tunnel；the deep constructionthe of the shallow buried；control of the tunnel settlement

TU 94

A

1000-5137(2013）02-0148-06

（责任编辑：顾浩然）

2012-12-31

徐 钧(1982-），男，上海电力通信有限公司工程师.