深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站区间盾构隧道小净距上穿既有线区间隧道施工关键技术

李建设，陈慧超，李 政

（1.中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009；2.中铁隧道股份有限公司，河南郑州 450003）

深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站区间盾构隧道小净距上穿既有线区间隧道施工关键技术

李建设1，陈慧超2，李 政2

（1.中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009；2.中铁隧道股份有限公司，河南郑州 450003）

新建隧道近距离穿越既有地铁结构施工已成为城市地铁工程建设中的一种常见情况，如何有效地控制既有线的变形已成为目前研究的热点问题。以深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站盾构区间小净距（1.5 m）上穿既有运营1号线竹子林站—侨城东站区间为例，采用既有线上方地层加固技术、上穿段盾构掘进控制技术和既有结构监测施工技术，有效地控制了既有结构的变形，确保盾构施工安全和既有地铁的正常运营。

深圳地铁；盾构隧道；既有隧道；小净距；地层加固；掘进控制；监控量测

0 引言

伴随着城市地铁建设规模的不断扩大，地铁线相互交叉穿越的现象越来越多，出现新建地铁线路穿越既有地铁线的情况。穿越既有线一般分为上穿、下穿、侧穿等方式，穿越施工过程中，新建地铁施工不可避免地会对既有地铁产生影响，如何确保既有地铁线的正常运营是施工中的重点和难点［1］。工程界对新建交叉重叠盾构隧道施工相互影响及下穿既有线期间的变形控制已有大量研究。文献［2－4］对新建交叉重叠盾构隧道施工技术及交叉影响进行了分析；文献［5－7］主要阐述了新建暗挖、盾构隧道下穿既有车站、区间、建筑物时对既有结构的保护施工关键技术；文献［8］通过监测数据分析评价了盾构近距离上穿对既有运营地铁隧道的影响，得出上穿施工对下部隧道产生以隆起变形为主的影响。目前，国内对新建盾构隧道小净距上穿既有运营矿山法隧道施工技术方面的研究主要侧重于理论分析或对既有结构进行预加固，理论分析主要通过数值模拟来分析既有结构的变形和受力，未从盾构施工技术方面来分析施工可能遇到和需要解决的问题，而采用对既有结构进行预加固势必增加工程实施难度和成本。本文以深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站盾构区间小净距（1.5 m）上穿既有运营1号线竹子林站—侨城东站区间为背景，采用既有线上方地层加固和上穿段盾构掘进控制关键技术，辅助管片背后注浆，以确保盾构掘进施工安全，控制盾构施工对既有结构的变形。实践证明，在未对既有结构进行预加固处理的情况下，采用可靠的技术手段，可以使盾构安全顺利地通过既有线，并降低工程投资。

1 工程概况

深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站区间（简称车—红区间）隧道全长约5.5 km，采用直径为6.98 m的盾构掘进双向单线隧道，左右分修，管片内径6.0 m，外径6.7 m。

1.1 区间隧道与1号线平面关系及地面环境

左线隧道在ZDK5＋363～＋280上穿1号线竹子林站—侨城东站区间（简称竹—侨区间），上穿段长83 m；右线隧道在YDK5＋408～＋340上穿竹—侨区间，上穿段长68 m。上穿段平面线路位于半径为800 m的圆曲线上，竖直线路在由上坡坡度为24‰到下坡坡度为13‰过渡的竖曲线上。

上穿地铁1号线段处于深南大道南侧绿化带内，地面在左右线中间有既有1号线风亭，地下有1根污水管道和3根给水管道，管线均为东西走向，与1号线平行。车—红区间与1号线竹—侨区间隧道平面位置关系见图1。

图1 车—红区间与竹—侨区间平面关系Fig.1 Relationship between shield-bored tunnel and existing Metro tunnel

1.2 隧道与1号线竖向关系及地质条件

既有1号线埋深约19 m，线间距10～11 m。新建11号线隧道埋深约10.5 m，线间距11～13 m，与1号线左线隧道最小净距仅为1.5 m。上穿段地层由上至下为素填土和黏土，洞身穿越砾质黏性土。地下水位埋深1.2 m，主要为孔隙水和层间滞水。上穿段地质纵断面图见图2。

图2 上穿段地质纵断面图Fig.2 Longitudinal profile of geological conditions of the mentioned project

2 既有1号线隧道调查及对其影响要求

2.1 隧道设计调查

深圳地铁1号线于2004年建成通车。查阅竣工图可知：竹—侨区间隧道为锚喷构筑法设计、矿山法施工，采用复合式衬砌结构形式，断面6.2 m×6.6 m，初期支护厚度0.25 m，二次衬砌厚度0.3 m；拱部120°范围内设置超前小导管L＝3.5 m，环距30 cm，打设角度10°～16°，按最大角度计算，超前小导管伸出开挖轮廓约0.8 m，未侵入盾构掘进断面内；隧道周边无径向锚杆。

2.2 隧道内现状调查

在地铁停运期间对上穿影响范围内进行了洞内现状调查，调查结果为：道床横向裂缝较多，宽度为1～2 mm；隧道二次衬砌结构拱圈有少量裂缝，不贯通；隧道渗漏水点较少；轨道扣件无松动，轨距偏差在允许范围内；各种线缆、网架无松动；穿越段内1号线无结构变形缝；隧道结构及内部设施无需加固处理。

2.3 上穿施工应满足的要求

为确保既有结构的安全，满足既有线正常运营的要求，设计及运营单位提出2点要求：1）上穿施工中造成的新增既有隧道二次衬砌结构的裂缝不能贯穿，且宽度应≤0.2 mm；若有掉块，掉块深度应≤10 mm。2）既有隧道结构绝对沉降量及水平位移量应≤10 mm；轨距应控制在－2～＋4 mm，轨道水平≤3 mm，轨道高低≤3 mm。

3 施工重难点及应对措施

3.1 工程重难点分析

盾构隧道上穿既有1号线竹—侨区间风险大。主要存在以下重点和难点：1）上穿范围内地质条件、既有结构调查是重点；2）小净距上穿既有隧道，盾构掘进时，对土体的扰动会对既有线产生附加压力；3）在既有隧道上方进行土体注浆加固，对施工工艺要求严格；4）小净距上穿时，盾构掘进技术要求高。

3.2 应对措施

1）环境调查。①上穿范围内采用钻孔补勘方式，摸清盾构穿越的地质条件。②对既有隧道进行洞内现状调查，若隧道内有松动部件，则要进行紧固。

2）地层加固与工艺控制。①对重叠部位的地层进行注浆加固，改善土体密实度和承载能力，降低盾构掘进时对既有隧道产生的附加应力。②严格控制钻孔精度，防止钻穿既有隧道结构。③严格控制注浆工艺参数，防止注浆施工对既有结构产生影响。

3）掘进控制。①遵循“连续掘进、匀速通过”的原则，做好上穿前各项准备工作。②选用经验丰富的主司机、专业水平较高的土木技术值班人员。③合理选择掘进参数，并做到及时动态调整，做好渣土改良，控制出土量。④加强二次注浆。

4 上穿段施工关键技术

4.1 既有线上方地层加固技术

上穿部位覆土深度10～12 m，盾构掘进过程中，土仓压力容易损失，根据地面和工程地质条件，采用袖阀管注浆加固方式来改善隧道重叠部位的土体密实度，以降低盾构浅埋段冒顶的施工风险，并有利于降低盾构掘进过程中对既有隧道产生的附加应力。

4.1.1 加固实施方案

1）加固范围。横向为隧道开挖面及轮廓线外3 m，纵向为与既有隧道重叠部位并向外扩张3 m。加固范围如图3所示。

图3 加固范围横断面图（单位：mm）Fig.3 Ground reinforcement scope（mm）

2）注浆参数。注浆材料采用P·O 42.5R普通硅酸盐水泥，水灰质量比为0.75∶1～1∶1，注浆压力为0.5～1.0 MPa，袖阀管布孔间距为2 m×2 m，梅花型布置。

3）注浆施工。采用后退式分段注浆，分段长度为0.6～1.0 m。加固后土体28 d无侧限抗压强度≥0.8 MPa。

4.1.2 既有线上方加固技术要点

1）既有线隧道上方与两侧注浆孔深度不一致，应分别测放出各施工区的注浆孔位，用打木桩或钢筋的方式做标记，逐一编号，准确计算孔位深度。

2）开孔、终孔前严格执行“三方”确认手续，即：值班技术人员、工班长和钻机操作手对孔位、终孔深度、下管长度等技术参数进行确认，确保不破坏地下管线、不钻穿既有线隧道。

3）1号线隧道正上方范围内成孔时，钻孔深度以1号线隧道顶部0.5 m为控制点。遇到异常卡钻、坚硬物、钻入度突然增大等异常情况时，应及时停机分析原因。

4）严格控制注浆压力，并由下而上逐渐减小，注浆工作应遵循注浆间隔分层、慢速静压和一孔多注，从而满足加固土体的要求。

地层加固后，从监控量测结果及洞内调查情况来看，地层加固未对既有隧道产生影响。

4.2 上穿段盾构掘进控制技术

4.2.1 上穿前施工准备

1）在盾构到达4＃联络通道加固区（联络通道区已从地表进行了加固）时进行开仓，对刀具进行检查和更换。

2）在穿越前对盾构及后配套设备进行一次全面、细致地检修。重点对盾构的螺旋机系统、渣土改良系统、同步注浆系统、二次注浆设备、控制电路及液压系统、龙门吊刹车系统、行走系统、电瓶车刹车及电路进行检修。更换被损坏的部件，及时排除存在故障隐患的部位，各润滑部位及时加注润滑脂或润滑油，特别是对注浆管路进行清洗疏通，避免输送管在盾构穿越地铁1号线时堵塞，导致浆液供应中断，从而造成盾构停机。

4.2.2 盾构上穿施工要点

1）土压控制。上穿段隧道埋深为10～12 m，根据隧道覆土埋深计算每环的土仓压力，掘进时土压比计算压力提高0.01 MPa，保持均匀性，波动范围在±0.005 MPa，防止忽高忽低。

2）掘进速度控制。浅埋段掘进速度过快、出渣不及时，易造成土压增大，导致前方隆起；速度过慢则给地层充分的应力释放时间，延长了对地层的扰动时间，从而引起较大的地层位移。上穿段地层均一，为砾质黏性土，掘进时适当提高掘进速度，以达到快速通过的目的，把对地层的扰动降至最小。

3）姿态控制。姿态调整应遵循“及时、连续、限量”的原则，调整不宜过大、过于频繁，减少纠偏，避免较大纠偏造成对土体的超挖和扰动。严格控制4个推进油缸分区油缸行程差及铰接油缸行程差，确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合，姿态调整控制在±50 mm。

4）总推力、刀盘转速和刀盘扭矩。上穿既有线时，应控制总推力，减少盾构前方土体的挤压力。为减小对既有线结构的扰动，保证开挖面的稳定，刀盘转速应控制在1.5 r/mim。推进时，通过减小总推力、掘进速度、刀盘贯入度及做好渣土改良来降低刀盘扭矩。

5）渣土管理。上穿段应动态调整泡沫用量，使渣土具有良好的流动性。掘进时应勤量渣温，当环渣温升高于基础温度2℃时，应立即检查加水系统和泡沫系统是否完好；当渣温超过35℃时，应立即停机，找到原因后再恢复掘进。出渣量按油缸行程进行控制，本区间采用φ6 980盾构，刀盘比标准盾构φ6 280大70 cm，根据上穿的地层特性，出渣虚量比标准盾构多15～20 m3。

6）同步注浆。必须保证6路注浆管同时注浆。为减小注浆压力对既有线的影响，应减小底部注浆流速，降低底部注浆孔压力，减少底部注浆孔注浆量；同时，应增加中部及顶部注浆孔注浆量，保持总注浆量不变。

7）二次注浆。为防止既有隧道上浮及地表过大沉降，对上穿段实施加强型二次注浆。上穿段前后10环范围内管片背后注双液浆，使隧道周围土体快速满足强度需求，并起到止水效果，其余管片背后注单液浆。二次注浆压力控制在0.3～0.6 MPa。上穿段盾构掘进参数见表1。

表1 上穿段盾构掘进参数Table 1 Shield boring parameters

5 监控量测分析

施工时，主要采取了地表沉降监测和既有线隧道内自动化监测来监控地表及隧道内变形。

5.1 地表监测

5.1.1 地表布点

主要在新建隧道和既有隧道线路中心线上方布置地表变形监测点，测点间距为10 m，交叉段测点间距为5 m。

5.1.2 沉降分析

从地表变形监测结果可以看出：盾构通过前，刀盘前方0～10 m范围内为微隆起，证明掘进参数恰当；盾构上穿过程中，地表隆起量加大，但基本控制在10 mm以内，地表无明显变化；盾构上穿完成后，隆起量基本稳定。监测结果见图4。

图4 累计变形值与盾构上穿施工关系曲线（2013年）Fig.4 Total deformation Vs shield boring phase in 2013

5.2 既有隧道内自动化监测

自动化监测项目主要包括地铁1号线竹—侨区间地铁隧道的结构及道床沉降、水平位移监测，分析隧道结构、收敛、扭曲的变化情况，综合判断变形情况对地铁运营的影响。

5.2.1 监测布点

处于盾构上穿正下方的监测断面按每5 m布置1个，其余区段按每10 m布置1个；每个监测断面布置4个监测点，共布置监测断面42个，左线20个，右线22个。测点布置如图5所示。

图5 区间隧道自动化监测点布置Fig.5 Layout of automatic monitoring points of existing Metro tunnel

5.2.2 监测结果分析

以车—红区间左线盾构通过既有线竹—侨区间左线隧道为例，选取左线隧道监测点（1号点）横向（X方向）位移和隧道底板道床上监测点（2号点）沉降变形为对象，上穿过程变形曲线如图6和图7所示。X方向为隧道横向，Y方向为隧道纵向，位移值为“＋”时表示向隧道掘进方向右方位位移，位移值为“－”时表示向隧道掘进方向左方位位移。

分析以上2个测点及其他测点的变形时程曲线可知，盾构上穿施工中对既有隧道的变形影响较小，各测点X方向的变形基本在±2 mm，沉降变形在－0.5～＋2 mm（呈微上浮状态）。监测结果满足设计及运营要求。

图6 左线隧道监测点（1号点）X方向位移时程曲线（2013年）Fig.6 Time-dependent displacement measured at No.1 monitoring point along X direction on left tunnel tube in 2013

图7 左线隧道监测点（2号点）Y方向沉降时程曲线（2013年）Fig.7 Time-dependent settlement measured at No.2 monitoring point along Y direction on left tunnel tube in 2013

6 结论与体会

车—红区间左右线盾构分别于2013年12月6日和2013年12月11日开始上穿1号线，在2013年12月9日和2013年12月14日顺利完成上穿。穿过后既有线洞内裂纹无增加，结构无掉角，轨道扣件、接触网支架等无松动现象；地表变形在可控范围内；上穿段盾构隧道管片无错台、无漏水、无破损；达到了安全稳步掘进、不影响既有线运营的施工目的，对类似盾构小净距上穿既有地铁线施工有一定的参考价值。

1）在盾构小净距上穿既有地铁1号线施工中，在既有隧道不进行支架加固的情况下，盾构小净距上穿既有线是安全可靠的。

2）在盾构施工过程中，为了减小盾构施工对交叉重叠部位土体的扰动，改善盾构产生的附加应力，对交叉重叠部位的土体进行加固是必要的。若上穿净距稍大且地质条件较好，也可不进行地基处理。

3）盾构掘进参数控制是施工的关键，上穿前应分析前段类似掘进参数、地表沉降控制情况，提前制订上穿时拟采用的参数，并在施工过程中动态调整。

4）施工前应做好地表、地质环境调查及既有结构的现状调查，并与运营单位进行充分沟通和协调，做好应急预案。

5）施工过程中应加强监控量测，选择科学的监测手段，做到实时监测。

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Key Construction Technologies for Shield-bored Tunnel of Chegongmiao Station-Hongshuwan Station Section on No.11 Line of Shenzhen Metro Crossing Closely above Existing Metro Line

LI Jianshe1，CHEN Huichao2，LI Zheng2
（1.China Railway Tunnel Group Co.，Ltd.，Luoyang 471009，Henan，China；2.China Railway Tunnel Stock Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，Henan，China）

In recent years，it is normal that tunnels under construction cross closely above existing Metro structure in urban areas.As a result，studies on the control of the deformation of the existing structure become a hot topic.In the construction of the shield-bored tunnel of Chegongmiao station-Hongshuwan station section on No.11 line of Shenzhen Metro，which crosses closely above the existing Zhuzilin station-Qiaochengdong station of No.1 line of Shenzhen Metro，technologies，such as reinforcement of ground above the existing Metro line，shield boring control technology and existing structure monitoring technology，are used.In the end，the deformation of the existing structure has been brought under effective control，and the safety of the shield-bored tunnel and the operation of the existing Metro line have been guaranteed.

Shenzhen Metro；shield-bored tunnel；existing tunnel；small spacing；ground reinforcement；boring control；monitoring

10.3973/j.issn.1672－741X.2014.04.014

U 45

B

1672－741X（2014）04－0374－06

2013－12－25；

2014－03－10

李建设（1979—），男，河南开封人，2004年毕业于石家庄铁道学院，土木工程专业，本科，工程师，现从事隧道及地下工程技术管理工作。