盾构机近距离穿越既有运营线施工工法研究

康清松

1.工程简介

苏州地铁3号线14标穿越1号线运营隧道为东方之门站～金鸡湖西站区间，每日运营时间为6：39-22：37，行车间隔8分50秒，该已运营的地铁1号线与施工的地铁3号线平面上基本正交，垂直距离为2.3～2.5m，地铁1号线运营隧道上方3.837m为东方之门站地下过街通道，地铁1号线运营隧道上部覆土厚度为9.058m，3号线需垂直交叉下穿已运营的地铁1号线，且不影响地铁1号线的正常运营。

2.施工前期准备

2.1技术准备

（1）穿越运营线隧道前，由技术负责人牵头，组织相关人员对穿越段区间情况进行调查，掌握运营隧道现状。编制有针对性的监测方案，施工前所得初始数据为三次观测数值的平均值，以保证原始数据的准确性。在盾构穿越期间，每隔1～2h上传一次监测数据。以实时监测数据指导盾构施工。待盾构穿越后，沉降趋于稳定时，逐渐减少监测频率，并恢复正常监测，待地面稳定后停止监测。

（2）建立信息化检测系统。洞内监测数据的采集、分析、反馈的及时性，对盾构机顺利穿越既有运营线可以提供强有力的技术支撑。采用自动化程度和精度高的远程自动化监测系统对既有运营线的结构变形和轨道变形进行24小时的即时监控量测。对地铁运营线路的自动化监测频次为60分钟/次，当施工影响较大或出现变形征兆时需加大监测频次，以10-20分钟/次为宜。

2.2机械设备配置

（1）区间隧道掘进机械：采用1台土压平衡式盾构机进行掘进。

（2）配备地面拌浆系统1套，二次注浆系统1套，钻孔机2台（50KW），注浆泵2台（25KW），空压机2台，灰浆搅拌机2台。

3.施工工艺及流程

3.1机械性能检测

盾构穿越前，由机电部门对盾構性能进行全面检查，需检查的相关部位如下：

（1）前盾：螺旋输送机进行空转调试；土压传感器要密封完好，确保能正确反映土压力；主驱动齿轮油循环系统要定期维护清洁齿轮，油热交换器要检查齿轮油油位和滤芯。

（2）中盾：人闸密封性要完好，控制面板功能正常；多点泵中限位器要正常工作；气动隔膜泵球阀能正常使用，管道要清洁。

（3）盾尾：盾构密封刷在试拼过程中不存在漏水现象；拼装机驱动齿轮、齿圈及时添加润滑脂，防尘密封完好；管片吊机能正常工作。

3.2优化管片设计

对垂直穿越区段前后24米范围内采用E型特殊加强衬砌管片。在邻接块和标准块各增加2个注浆孔，由原普通段每环管片6个注浆孔增至16个注浆孔，盾构穿越后用于地层全断面注浆加固，减小地面沉降。

3.3施工工艺

3.3.1设置试验段

下穿既有运营隧道之前设置两个100环区段作为盾构掘进试验段，在试验区段地面布置较密的监测点，通过调整掘进参数，及时收集不同掘进参数所对应的地面沉降值。通过对试验段的掘进参数比对，确定盾构穿越既有运营线的相关掘进参数。

3.3.2土压力控制

正面土压力直接影响切口及前方位置的地表变化，该施工区段土层为黏土等低渗透性土体，依据计算公式计算土压力：

P=K（γH+q）

K-为土的静止侧压力系数，γ-为土的有效重度，KN/m?；

H-隧道覆土厚度，q为地面超载KPa。

该工程土压力P1=1.96Bar

依据计算出的土压力，同时考虑动荷载相关外部因素的干扰，确定施工实际土压力控制数据，在盾构穿越既有线运营隧道过程中必须严格控制土压力，保持掌子面土压力动态平衡，减少土体扰动。施工过程中根据监测数据及时进行调整。同时必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进、速度、总推力、实际土压力作用范围设定土压力波动的差值等。防止超挖、欠挖尽量减少平衡压力的波动。

3.3.3推进参数控制

盾构接近、到达既有运营线隧道下方时，按照实际情况适时准确降低土压力。土压力波动值尽量较小，减少地层扰动。考虑前期施工过程土仓压力设定及试验段参数汇总情况，将穿越时土仓压力预设在2.4～2.5bar（现场根据实际情况实时调整）；刀盘转速1.0rpm；刀盘贯入量15～50mm/r；刀盘扭矩800～1200KNM；总推力1000t～1300t；掘进速度40～50mm/min。匀速推进，每班按照4环掘进，施工中严格控制掘进参数，有效控制地面沉降。盾构掘进尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，优化盾构施工各工序衔接时间，避免在途中有较长时间停顿。

3.3.4出土量控制

盾构下穿既有运营线隧道前后30m掘进土体损失量应控制在0.5%以内，一旦出现较大的超挖现象，可能出现正面岩土失稳、坍塌。施工时必须在土压平衡状态下进行盾构掘进，过程中通过自动称重设备对出土方量进行精准测量，比对设计出土量严格控制出土量。穿越过程中将每环的出土量控制在理论出土量的97%-98%之间。

3.3.5同步注浆

同步注浆注浆压力应控制在0.3～0.4Mpa，注浆量≥2.6m?/环，并根据地面监测数据和地铁1号线监测数据情况在下穿过程中进行实时调整。盾构穿越建（构）筑物同步注浆配比见表：同步注浆配比。

3.3.6二次注浆

二次注浆可以使盾尾建筑空隙得到及时填充，可以有效控制地层变形及地表沉降。在穿越既有运营线隧道时，需在既有线下方越前20环及穿越后10环范围内进行全断面注浆加固。盾尾脱出管片5环左右开始进行全断面，注浆范围为管片外径往外2.5m。在穿越隧道采用特殊环管片，在管片原有6个吊装孔增加10个注浆孔。全断面注浆采用水泥、水玻璃双液注浆。水泥液注浆材料采用普通P.O42.5水泥；水玻璃模数2.5～3.3，浓度30～45波美度。水泥浆与水玻璃体积比为1：1，水玻璃用水稀释1：3，水泥浆水灰比1：1。

4.既有运行线路的保护

盾构穿越既有运营线路期间，需对既有线路采取保护措施，通过安装护轨的方式对既有线进行保护。在影响区域60m范围的原轨道钢轨上加装防脱护轨，共计安装120m（上、下行单侧各60m）。护轨用接头夹板连接，轨缝为8mm±1mm。端部护轨起（终）点处护轨顶面应低于线路钢轨顶面，且应低于20mm以上。应按护轨折弯部确定端部护轨与支架的位置关系。护轨要安装加固牢固，防止运营过程中脱落。