盾构斜穿既有地铁线路施工技术

邓统辉

(深圳市地铁集团有限公司，广东 深圳 518000)

盾构斜穿既有地铁线路施工技术

邓统辉

(深圳市地铁集团有限公司，广东 深圳 518000)

在城市地铁隧道施工过程中，越来越多的地铁建设将面临多次穿越既有地铁线路的问题，这是新线建设中等级最高的风险之一。本文选取了深圳地铁2号线斜穿地铁1号线工程案例，研究了盾构下穿过程中采用的施工技术，分析了下穿过程中监控量测数据，总结出了盾构下穿过程的关键技术。可为以后的地铁穿越提供借鉴。

盾构 下穿 斜穿 既有线

在城市地铁隧道施工过程中，往往会遇到需要穿越既有隧道的工程难点。由于新线施工会不可避免地引起既有线的沉降，而地铁运营又对既有线的轨道变形有非常严格的控制标准，因此这类下穿问题对既有线路的安全提出了严峻的考验，成为地铁建设中等级最高的风险工程。本文结合深圳地铁2号线斜穿地铁1号线工程案例，对下穿工程采取控制盾构掘进参数、二次注浆及信息化监测等手段，顺利地实现了盾构的成功穿越。

1 工程概况

1)本工程盾构始发井—大剧院站区段将以20°～23°的平面夹角下穿运营中的地铁1号线科学馆—大剧院暗挖区间。两线路重叠范围为:左线70.485 m，右线73.844 m。

2)根据详勘报告与补勘资料，盾构始发井—大剧院站区段下穿地铁1号线范围隧道拱顶埋深为20.2～23.6 m，上部覆土依次为〈1-1〉素填土、〈5-2-3〉中砂、〈5-2-2〉细砂、〈8-4〉砾质黏性土、〈9-1〉全风化花岗岩。下穿范围隧道洞身处于〈9-1〉全风化花岗岩、〈9-2-1〉强风化花岗岩、〈9-3〉中风化花岗岩均有存在的复合地层中。

2 工程技术难点分析

1)下穿区段距离1号既有线较近，左线间距1.71 m，右线间距2.48 m，下穿开挖控制不好，可能引起塌方及下沉。

2)下穿区段位于曲线段，在外界条件复杂的情况下，盾构容易偏移，要注意纠偏措施。

3)根据地质补勘资料，上软下硬花岗岩地层具备以下特征:上部强风化花岗岩风化程度十分强烈，裂隙发育，岩芯主要呈土状，自稳能力很差;中风化花岗岩风化程度较弱，石英含量高，原岩结构完整，岩芯主要呈硬岩状，抗压强度较高(无侧限抗压强度为70～90 MPa)，完整性好(RQD值为60% ～80%);软、硬岩之间为明显的岩土分界线，且存在含水量丰富的破碎带。以往施工经验显示，该地层掘进过程中土仓压力起伏较大，停机时经常发生因切口上方土体坍塌或地下水大量涌入导致土仓压力大幅上涨的情况。这些情况将导致地层持续失水、自稳性不断降低的后果，可能直接导致上部软岩的坍塌，对地铁1号线造成严重影响。

4)隧道下穿方向，为斜交方向，开挖重叠面积较大，容易引起下沉。且下穿部位位于曲线段，纠偏可能对下穿的安全性造成影响。

3 施工技术

盾构推进根据试验段的经验设定掘进参数，下穿1号线推进过程中再根据地表监测结果以及1号线洞内自动化监测数据，对掘进参数随时调整优化，严格控制土体沉降和位移，确保地铁1号线的运营安全。

1)土仓压力。理论土仓压力值为160～220 kPa，推进过程中应控制土仓压力在160～180 kPa，并根据出土情况与监测结果适当优化。推进过程中需保持土仓压力长期处于平稳状态，起伏不宜大于 ±20 kPa。

2)推进速度。掘进速度应根据地质情况、土仓压力、刀盘扭矩合理设置，尽量保持平稳，减少对周边土体的扰动影响。推进过程中严禁出现为提高推进速度而随意降低土仓压力的行为。

3)刀盘转速。为避免转速过低造成刀盘切削下部硬岩时贯入度过高，推进过程中应控制刀盘转速在1.7～2.0 r/min。刀盘工作压力上限设置为20 000 kPa，防止刀具产生过大的冲击荷载。

4)出土量控制。每掘进1环进尺的理论出土量为46.4 m3，根据试验段施工经验和监测数据反馈显示，取松散系数k=1.5是比较合理的，故每掘进1环进尺的出土量应控制在70 m3以下。在推进过程中现场土木技术人员应对可能出土超量的情况进行预判和分析，第一时间汇报现场领导小组。

5)同步注浆。下穿1号线过程中同步注浆量原则上控制在7～9 m3/环，注浆压力应控制在250～300 kPa，控制注浆速度至千斤顶行程达到1 700 mm时注完，并保证4根注浆管同时工作。

推进过程中现场土木技术员负责根据每一掘进循环的进尺情况及监测数据对注浆参数及时调整，确保同步注浆的质量。若盾尾漏浆严重，需在对应管片脱出盾尾后及时进行二次注浆。

6)二次注浆。为控制土体后续沉降，推进过程中应根据监测数据对脱出盾尾的管片进行二次补强注浆，使隧道周围土体彻底固结，确保地铁1号线运营安全。①二次注浆施工工艺。下穿1号线区段采用特殊管片，除封顶块以外每块管片均增设2个注浆孔。所有增设注浆孔在管片进场前均已破掉背后的混凝土，并在注浆孔内安设了单向逆止阀。需要二次注浆时无需开孔，选择好合适的注浆孔位(应优先选择1点、11点的点位)后直接连接注浆接头、三通混合器、水泥浆管和水玻璃管即可。注双液浆时，先注纯水泥浆液1 min后，打开水玻璃阀进行混合注入，终孔时应加大水玻璃的浓度。在一个孔注浆完结后应等5～10 min，将该注浆头打开查看注入效果。如果渗漏严重应再次补注至渗水基本消失方可终孔。拆除注浆头并用双快水泥砂浆对注浆孔进行封堵，带上塑料螺栓并进行下一个孔位注浆。②设置止水环。为提高同步注浆质量，避免已成环管片背后的地下水大量涌入土仓，应每隔8～10环对管片背后进行整环二次注浆，形成一个由凝固双液浆形成的止水环，截断管片背后来水。

7)管片拼装。为防止土仓压力平衡被破坏，在盾构停机进行管片拼装时一次收回的千斤顶应尽可能少，满足管片拼装即可。管片拼装过程中，操作手需加强对土仓压力的监控，出现土仓压力持续降低时应向土仓内补注泥浆直至达到设定压力。

8)姿态控制。盾构行进姿态修正的过程中会对地层造成超挖和额外扰动，可能引起土体失稳和出土超量。在穿越段的掘进过程中，必须严格控制盾构机单位进尺的纠偏量至每环10 mm以内，推进时不急纠、不猛纠。当地质条件很差时，只要水平、垂直姿态偏差不超过±50 mm，推进时可不考虑设计轴线，保持当前姿态径直前行，尽量减少对地层的扰动，待地质条件好转后再进行缓慢纠偏。

9)掘进参数设定。综上所述，下穿地铁1号线掘进参数设定如表1所示。

表1 下穿1号线推进参数

10)上软下硬地层的处理。降低推力，调整掘进参数，以求得在现有刀具条件下的最佳掘进效果。应适当降低刀盘转速，掘进时应保持较高的土仓压力与掌子面的压力平衡。必须加强渣土改良，采取向土仓内加入泥浆(或膨润土)的方式，对砂层或其它软弱地层起泥模作用，使土仓内高压空气不易逸出，可有效防止软弱地层坍塌。

4 监测项目

1)监测内容。为了及时收集、反馈和分析周围环境及盾构在施工中的变形与隧道内力信息，本项目采取自动化监测方式监测下穿过程中的既有隧道沉降，监测控制指标见表2。

表2 结构变形监测控制指标一览 mm

2)监测数据分析。隧道的沉降初期有上拱现象，而后下沉急剧增大，盾尾过后趋于稳定。最大下沉值9.6 mm，隧道最大沉降出现在道床上。最大下沉点小于预警值10 mm，说明施工是安全的。

隧道结构的裂缝与受损情况监测结果正常。

5 结语

通过深圳地铁2号线下穿1号线区间隧道的施工实践证明:

1)采用同步注浆及二次注浆加固的方法，可以达到减少下穿隧道沉降变形及地表沉降的效果。注浆作为盾构施工的一个关键工序，必须严格按“确保注浆压力，兼顾注浆量”的双重保障原则，紧密结合施工监控量测的反馈信息，不断优化注浆压力。注浆量一定要保证超过理论计算值，在实际平均注浆量的合理范围内波动。

2)盾构下穿时优化施工参数，严格控制掘进参数，对保证下穿隧道的安全起关键作用。保持推进速度及土仓压力平稳，控制刀盘转速在1.7～2.0 r/min，防止过大冲击荷载。控制出土量，每掘进1环进尺的出土量应控制在70 m3以下。曲线段“勤纠偏，小纠偏”。这些措施可以有效控制地层的弹塑性变形，保证下穿的顺利进行。

3)在施工过程中，合理安排施工步序、强化现场监测和信息反馈是工程安全的保证。

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U455．43

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10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．17

1003-1995(2013)09-0054-03

2012-12-06;

2013-05-15

邓统辉(1983— )，男，湖南浏阳人，工程师，硕士。

(责任审编 赵其文)