关于盾构斜穿既有地铁线路施工技术的研究

龙广山

（中国铁建十一局集团城市轨道工程有限公司 武汉 430000）

1 引言

随着城市地铁系统的建设，常有新建地铁隧道斜穿既有隧道的状况，新建隧道的盾构施工必将对既有隧道产生不理影响。若不能考虑并避免新建工程盾构施工对既有隧道的影响，可能致使既有地铁线路产生不均匀沉降，甚至有导致既有隧道塌方，使两条隧道都产生安全事故。

2 盾构机的概述

2.1 盾构机的工作原理

盾构机的外观是一个由各种构件组成的钢柱体，沿着事先确定的轴线推进挖掘并加固，一条隧道就这样形成。这个钢柱体的外壳在发掘过程中对洞壁发挥着支撑保护作用，承担着周围土压力，地下水压等，挖图、运土、砌衬都在外壳保护下进行。

2.2 基本构造

盾构机的基本构造是由护盾外壳、掘土构件、推进构件、排土构件、砌衬构件和辅助构件自称。护盾是由切口环、支撑环、盾尾部件组装；挖掘构件是由刀头（刀盘）以及支撑构件组装；推进部分是由液压推进设备（油泵、马达、油压千斤顶）组装；排土部分是由泥浆泵和管道组装；砌衬部分是管片自动组装机械手；辅助部分是由壁后灌浆设施、导向测量及控制设施等组成。

2.3 盾构机的国内外现状

盾构机从无到有至现在的发展壮大历经180多年。尤其在近30年来，由于技术的进步，使盾构机有了更好的发展。例如由于密封技术的进步，能确保开挖部分的稳定性同时加强隧道洞壁的强度并将地表的塌陷控制在一定程度内；刀盘使用寿命延长并且更换更简单方便；在施工条件恶劣位置的施工技术及机械能力的强化使这些位置的施工不再是难题。盾构机作为一门施工前沿技术，早在20世纪50年代中期我国就开始研制盾构机。但是在国内盾构机市场上，依旧是国外企业的天下，在2002年我国第一个盾构“863”计划起航，历经艰难险阻，克服重重难关。终于在2008年，中铁隧道局生产出了我国手台复合式盾构机。而经过近几年的飞速发展，已经有中国铁建重工集团有限公司、中铁工程装备集团有限公司、中交天和机械设备制造有限公司、辽宁三三工业有限公司等公司能自主生产盾构机，产品出口至马来西亚、新加坡、印度、中东等国家及地区，并成功进入欧洲。我国盾构机企业经历了从学徒到教练的转变。去年，中铁装备盾构机订单量位居国内第一，世界第二，海外订单超过20%。国产盾构机，已成为继中国高铁之后另一张中国建设行业的名片，图1为现代盾构机构造示意图。

3 地铁盾构机施工技术

3.1 曲线施工

随着城市交通轨道网的不断扩大和地铁系统的建设，地铁隧道必将出现曲线部分或交叉穿越部分。另外，当地铁的设计付诸实施时，不免出现躲避原有建筑的情况，因此会出现改变地铁原有设计的情形甚至出现曲线地铁的情况。这就使盾构施工面对更多的难题。所以，盾构机应有满足曲线施工的功能。在实际施工中，为了缩小曲线施工对土体的影响，一般会在曲线施工段采用楔形管片施工。

图1 现代盾构机构造示意图

3.2 加泥及加泡沫系统

在施工时，盾构机挖掘的土体中含有的黏土、沙土会在土仓中拌和，可能附着在刀盘上，出现粘刀的状况。所以，应在盾构施工时附加加泥以及泡沫系统。面对不同地质时还要改用塑流化的改性材料，以达到加强挖掘的土体在土仓内的塑流性的目的。应用这种结构可以更好的调整开挖面水土压力，促使盾构机的排土功能的顺利运行，加强了盾构机在面对不同地质状况时的适应性能。

3.3 减少盾构机推进阻力

应根据不同地质状况调整锤击数值的高低，刀盘外径的大小、切削刀的最大切削轨迹外径和盾构机外径，这三个外径尺寸有着些许差别。如果调整不标准，将会增大推进阻力，降低盾构机推进速度，致使工程进度减缓。所以，在计算主切削刀最大轨迹外径时，应使其比盾构机外径略大；应计算适当的刀具切削深度，正确布置刀盘刀圈刀具。这样能减小盾构机部件间摩擦阻力，缩小推进阻力、切削震动，也不会对盾构机的挖掘能力产生影响。

3.4 盾构机机体接收

实际施工时，为了减少地下水渗漏情况的发生。在塌方土层清除以后，盾构机应及时推进；当刀盘通过防水幕帘后，立刻收缩防水幕帘压板上的钢丝绳，使防水幕帘压紧盾构机前盾的盾体；然后，让盾构机匀速前进，在注浆结束，注浆液凝固，风水管片安装完成后，盾构机按正常速度前进。盾构机拆分出洞，盾构机接收完成。

4 交叉隧道问题

根据国内研究表明，对于斜插交叉隧道，新建隧道对既有隧道的产生影响大多是进入进入既有隧道8m范围之内时发生。在新建隧道的盾构推进时，既有隧道的砌衬产生了起鼓现象，这是盾构机的推进力致使土体压缩产生的，所以施工时要精密计算盾构机的工作参数。随着新建隧道盾构机向既有隧道靠近，既有隧道砌衬的形变与盾构机前进方向相同。从竖向位移和水平位移可得到，既有隧道受新建隧道施工影响段落会在新建隧道两侧几十米的范围内，即处于这个范围之内的既有隧道砌衬都会产生水平位移以及竖向位移。斜插隧道对既有隧道的影响，推进力对既有隧道的最大主拉应力影响最大。因为一般地铁隧道用素混凝土砌衬，所以既有隧道的砌衬在新建隧道盾构施工的影响下将会产生裂隙，应该对既有隧道的砌衬进行增强施工。

当盾构机继续前进，通过既有隧道时，既有隧道的砌衬竖向位移达到最大，处于新建隧道的的正上方。而既有隧道砌衬的水平位移则沿着新建隧道盾构施工方向。最大主拉应力以及最大主压应力在盾构机推进到既有隧道正下方时产生。所以在盾构机前进的同时应加强现场检测，防止出现塌方导致对既有隧道产生破坏性损失。

盾构机推进力时导致既有隧道砌衬开裂变形的最主要原因，所以在盾构施工时应严格把控盾构机推进力数值，避免出现既有隧道砌衬开裂现象的产生。经已有施工实例可看出，新建隧道盾构机穿越既有隧道时，对既有隧道的轨底倾斜影响不多。但一定要注意的时，在盾构施工穿过既有隧道时，应持续并且缓慢的进行。通过对既有的施工实例分析可看出，砌衬经过增强的既有隧道对新建隧道盾构施工有着很大的抵抗形变的能力，并且砌衬最大主拉应力也比增强前小，而整个隧道收盾构施工影响的主拉应力范围也缩小了，这种现象有利于控制既有隧道的形变。

在新建隧道向既有隧道前进时，推进力及稳定比的掌控将影响着既有隧道的形变。在这个过程中，需要慢慢缩小推进力，调整稳定比，加强对既有隧道的监控，严格把控盾构施工的参数数值，从而降低既有隧道产生形变的可能。新建隧道的盾构机通过既有隧道以后，注浆压力就成为减小既有隧道的形变的主要措施。这时，控制注浆压力成为确保工程质量的主要措施。

5 结束语

随着地铁系统的完善，在既有隧道下方建设新增地铁线路的情况时有发生。而保证新建隧道施工的安全、确保既有隧道的运营安全则时需要面对的最大难题。这不仅考验着建设工程的质量，更将影响到人民群众的生命财产安全。所以在施工过程中，不仅要降低两条隧道交接时盾构施工的速率，也要加强对既有隧道的监控，才能出色完成整个工程。

[1]白云，戴志仁，吴惠明.地铁盾构机过站方法适应性分析[J].地下空间与工程学报，2010，01：144～150.

[2]何川，苏宗贤，曾东洋.地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方已建隧道的影响[J].土木工程学报，2008（3）：91～98.

[3]胡新朋，孙谋，王俊兰.盾构隧道穿越既有建筑物施工应对技术[J].现代隧道技术，2006（6）：60～65.