盾构始发阶段近距离下穿既有地铁施工技术

田 强，郝本峰，王 强

（中建交通建设集团有限公司，北京 100142）



盾构始发阶段近距离下穿既有地铁施工技术

田 强，郝本峰，王 强

（中建交通建设集团有限公司，北京 100142）

摘 要：结合深圳地铁 9号线梅村站—上梅林站盾构区间始发阶段近距离下穿既有地铁4号线（龙华线）隧道的实际情况，系统介绍了地铁盾构始发阶段近距离下穿既有地铁施工技术，与原设计方案“端头加固+大管棚法”相比，取消了端头加固、降水井和大管棚施工，缩短了工期、降低了造价，保证了施工安全和质量。

关键词：盾构机；近距离下穿既有地铁；施工技术中图分类号：U455.43

1　工程概况

深圳地铁 9号线梅村站—上梅林站区间隧道与深圳地铁 4号线隧道基本正交。在 9号线左线交叉点处（北），4号线右线外缘距离 9号线上梅林站基坑为 16.6m；在 9号线右线交叉点处（南），4号线右线外缘距离 9号线上梅林站基坑为 19.1m，如图 1 所示。既有地铁 4号线位于上梅林站西侧，中康路下方，为外径 6m的盾构隧道，隧道拱顶覆土约 8.5m，轨面标高 9.048m，其隧道围岩为 <6-1> 可塑状砂砾质粘性土及 <6-2> 硬塑状砂砾质粘性土。9号线右线隧道与 4号线隧道上下净距仅为 2.497m（盾构刀盘距离 4号线隧道底部 2.397m）；9号线左线隧道与4号线隧道上下净距为 3.108m（盾构刀盘距离4号线隧道底部 2.968m），夹层地质为 <6-2> 硬塑状砂砾质粘性土层，9号线隧道围岩主要为 <6-2> 硬塑状砂砾质粘性土及 <11-1> 全风化混合岩。

图1　4号线隧道与 9号线线路关系平面图

2　下穿施工技术

2.1施工方案

9号线盾构下穿 4号线最初的设计为“端头加固+降水井 + 大管棚法”，但是在上梅林车站基坑施工过程中，4号线监测数据显示部分点位沉降已达到警戒值，初步判断为沉降是由于地下水位下降较大导致隧道变形。9号线盾构下穿 4号线如果按照原设计采用大管棚方式进行加固（大管棚直径为 108mm，钻孔直径为 121mm，仰角为 1°），在大管棚钻进过程中，容易造成地层大量失水，使 4号线沉降加剧，因此，建议取消大管棚，采用“自动化监测 + 运营隧道内动态平衡注浆加固+钢套筒始发+中盾壳体外注浆”方案作为下穿施工辅助方案。

2.2既有地铁隧道洞内预加固

为了将盾构穿越 4号线过程中对运营线路的影响控制在合理范围内，在盾构始发前在运营 4号线隧道内对影响区的管片周围进行预加固。

（1）在穿越区影响范围区段（施工隧道中心线外50m）从管片注浆孔注水泥-水玻璃双液浆。在距离施工隧道中心线 10m 范围，可每间隔 2 环对称从管片腰部进行注浆；10～50m 范围可每间隔 4 环管片从管片腰部注浆孔进行注浆；注浆以压力控制为主，同时结合自动化监测数据并观测注浆管片有无异常，整个注浆以加固稳定管片为主，当管片姿态小于 3mm 的变形量，管片及管片接缝无异常的情况下，压力升至 0.25～0.3MPa 时停止注浆。

（2）在 1 个注浆断面上，使用 2 套注浆设备同时对管片腰部 2 处注浆孔进行对称注浆。对于渗透性较好地层，可直接打开注浆孔进行注浆；对于软弱地层及渗透性不好的地层，采用钢花管进行注浆，钢花管的长度为 2m 左右，在重叠段钢花管的长度依照打设完钢花管后端部距离刀盘开挖断面 500mm 进行控制，钢管前部 60cm 范围内钻 3 组出浆孔，每组 3 个孔，孔组间距为 20cm，第 1 次注浆完成后，不拆除注浆管，可利用预留的注浆管进行反复注浆，作为盾构下穿运营 4号线过程中的一项应急措施。

2.3盾构始发与下穿

2.3.1始发钢套筒

如图 2 所示，整个钢套筒结构由过渡环、筒体、反力架等部分组成。筒体部分长 10900mm，直径（内径）6500mm，分 3 段，每段又分为上下两半圆。筒体材料用 16mm 厚的 A3 钢板。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度，筋板厚 20mm，高150mm，间隔约 550mm×600mm。每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰，法兰用 24mm 厚的 A3 板，上下两半圆以及两段筒体之间均采用 M30 高强螺栓连接，中间加 3mm 厚橡胶垫。在筒体底部制作托架，托架分 3 块制作，之间用螺栓连接，每段又分为 3 件。托架承力板用 24mm A3 板，筋板用 20mm A3板，底板用 24mm A3 钢板，底部用 200mm×200mm 工字钢按“托架图”相应的尺寸焊接成为整体。托架与下部筒体焊接连成一体，焊接时托架板先与筒体焊接，再焊接横向筋板，焊接底板和工字钢。托装组装完后，工字钢底边与车站底板预埋件焊接，托架须用型钢与车站侧墙顶紧。

图2　始发钢套筒图

2.3.2盾构下穿

（1）盾构施工区段划分。根据盾构穿越既有 4号线的工况特点，将盾构穿越前后 60m 距离划分为 3 个施工控制阶段，即控制段、穿越段和穿越后控制段。控制段从盾构始发到刀盘距离 4号线线边 2 环时的区段，穿越段为刀盘距离 4号线 2 环至盾尾脱出 4号线后 2 环时的区段，穿越后控制段为盾尾脱出 4号线后 2 环至盾构施工对 4号线近乎没有影响时的区段。

（2）盾构始发掘进。洞门连续墙为 800mm 厚的C30 玻璃纤维筋连续墙，盾构机在切削连续墙时，推进速度控制在 5～10mm/min，扭矩不大于 2000kN · m，千斤顶总推力不大于 1000t。通过洞门后，速度可逐步提升至 40mm / min 左右，千斤顶总推力逐步调整到1500～2000t。

2.3.3盾构下穿施工参数

（1）盾构推进速度与土压力设置。采用土压平衡掘进模式，匀速直线掘进。穿越前控制段推进速度 40mm/min 左右，土压力取静止水土压力±0.02MPa；穿越控制段推进速度 60mm/min 左右，土压力取静止水土压力 ±0.01MPa；穿越后控制段推进速度 50mm/min 左右，土压力取静止水土压力 ±0.02MPa；实际土压力设定值根据监测数据值进行微调。

（2）中盾同步注浆。①在盾构掘进的同时，使用2 台可调节流量的泵通过盾构中盾的超前注浆孔或盾壳上的径向注浆孔，向盾构外壳注低强度的凝结时间可调的浆液，达到填充与止水的目的，该注浆根据自动化监测情况主要在穿越段使用；②浆液由 2 部分组成，分别是特殊膨润土浆液（A 液，膨润土溶液加定量的外加剂），水 : 膨润土配比为1 : 2，水 : 水玻璃（B 液）配比为 1:1。该浆液的弹性模量稍大于上覆土体的弹性模量，泊松比≥0.3，注浆压力为 1.1～1.2 倍的静止土压力；③在注入过程中，通过Y型注浆头混入A、B 2 种浆液，B 液的注入率约为 5%～6%。浆液混合后在 40s 内达到初凝，形成粘性较高且难以稀释的膏状物。

（3）出土量。出土量控制在理论值的 95% 左右，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减少土体的后期沉降量。

（4）盾构姿态控制。在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化，以减少盾构施工对既有4号线和地面的影响。

（5）管片拼装。在盾构进行拼装的状态下，由于千斤顶的收缩，必然会引起盾构机的后退，因此在盾构推进结束之后，不要立即拼装，等待 2～3min 之后，到周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶应尽可能少，以满足管片拼装即可。拼装过程中，盾构操作手应注意土压力的变化，必要时通过反转螺旋机维持盾构前方土体平衡。

（6）同步注浆。①注浆量，为确保充分填充空隙，注浆量为空隙体积的 150%～170%；②注浆压力，为保证浆体较好的渗入周围土体中，注浆压力须大于隧道底部的土压力值。而且必须控制在较好的范围之内，保证只是填充而不是劈裂。根据经验可取为 1.1～1.2 倍的静止土压力，且注浆压力在穿越段适当增大；③浆液配比，同步注浆采用惰性浆液，并适当提高浆液的稠度，每 m3浆液材料用量见表 1。实际掘进时在盾构机送浆泵正常运作情况下，尽可能提高含沙量，减小后期沉降。

表1　同步注浆浆液配比表 kg/m3

2.4盾构二次补浆

（1）在穿越过程中，当 0 环为脱出盾尾第 3 环时，即可开始进行双液浆的二次补浆，注浆可从管片 2 个腰上部注浆孔进行，需“边掘进，边注浆”，务必做到掘进、注浆同步进行，以防浆液抱死盾尾。管片脱出盾尾后，随着盾构掘进的同时，双液浆注浆沿隧道方向隔环（即先后在 +1 环、+3 环、+5 环、……）同步向前施工，注浆压力监测值不能超过 0.3MPa。

（2）当盾尾脱出 4号线后，可在 4号线线下方的管片注浆孔反复进行双液浆注浆，直到 4号线隧道稳定。

（3）在整个穿越过程中，根据 4号线隧道变形情况，可利用晚间运营间歇时间，采取洞内注浆施工对 4号线隧道进行加固抬升及纠偏。

3　既有地铁隧道监测

3.1 4号线测点布设

（1）对新建隧道影响范围内的既有 4号线地铁隧道变形采用自动化监测技术，监测隧道变形和管片接缝张开量等，测点断面布置示意图见图 3。

图3　4号线隧道自动化监测点断面布置示意图

（2）在监测断面处还需对相应的线路轨道静态尺寸进行监测，分别监测轨距变化和两轨横向高差变化，测点断面布置示意图见图 4。

（3）监测断面间距。通常为在施工隧道两侧 50m范围的既有线隧道中选择若干监测断面，在距离施工隧道中心 30m 范围，间隔 12m 左右设 1 个主测断面，主测断面之间每间隔 4m 左右局部布点加密；在 30～50m 范围，主测断面的间距可适当加大，在每个监测断面圆周上设置若干观测棱镜（每个主测断面 5 个观测楞镜，道床 2 个，拱腰 2 个，拱顶 1 个）作为监测点，每个监测区域设置 3 个以上基准点，通过对设置在既有线隧道中轨道道床上的全站仪观测监测点来实时监测既有线隧道及其中的轨道变形引起的横向和纵向位移变化量，并通过全站仪数据输出端连接的数据采集设备和数传电台将监测到的位移变化量数据传送到监控中心。

图4　4号线自动化监测断面平面布置图

3.2监测控制标准

（1）变形控制标准根据当地地下轨道运营安全的要求确定，隧道绝对沉降量和水平位移量限值为 ±10mm。

（2）运营线路轨道静态尺寸容许偏差控制值为，左右钢轨差异沉降（水平）＜4mm，三角坑＜4mm/18m。

（3）预警值取控制值的 60%，警戒值取控制值的 80%。

4　结束语

在深圳地铁 9号线梅村站—上梅林站盾构区间施工过程中，中建交通建设集团有限公司成功应用地铁盾构始发阶段近距离下穿地铁运营线路施工技术，保证了盾构始发阶段安全顺利近距离下穿深圳地铁 4号线。其中，区间右线施工利用维尔特盾构机，于 2014 年11月14日—11月17日完成下穿，过程中最大沉降 7mm，最终沉降 3.7mm；区间左线利用海瑞克盾构机，于2014 年12月12日—2014 年12月15日完成下穿，过程中最大沉降 6.28mm，最终沉降3mm。监测数据表明，该技术措施降低了施工成本，缩短了施工工期，可有效控制既有隧道结构变形，使盾构隧道安全通过，经济效益、社会效益和环境效益显著。

参考文献

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责任编辑 朱开明

Construction Technology of Metro at Launching Stage of Shielding Under-Passing Existing Metro Line

Tian Qiang, Hao Benfeng, Wang Qiang

Abstract:Taking into consideration of the actual situation of the section between Meicun station — Shangmeilin station on Shenzhen metro line 9 by shielding at the launching stage and under-passing the existing metro line 4 (Longhua line) tunnel, the paper makes systematic introduction of the construction technology for metro shield launching stage and under passing closely the existing metro. Comparing with the original design scheme "end reinforcement + large pipejacking"method, canceling the end reinforcement, dewatering well, and jacking the construction of the pipe, shortening the construction period, and reducing the cost, it ensures the guarantee of the safety and quality of construction.

Keywords:shielding machine, under-passing the existing metro, construction technology

作者简介：田强（1968—），男，高级工程师

收稿日期2016-01-28