盾构区间近距离下穿既有地铁车站方案设计分析

邵明秀

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300140）

1 引言

在城市交通发展进程中，新建地铁线路时，其车站、区间结构形式等设计项目备受地面交通、地铁周围环境、原有地铁结构等因素的影响，为其作业设计增加了难度。为此，以京线8号为研究视角，对其路线内区间“安德里—鼓楼”（以下简称安鼓区间）开展盾构设计，为相关地铁区间设计提供参考。

2 工程概述

安鼓区间位于京线8 号地铁的中间位置，线路起于安德里北街，沿途经楼外大街，自北向南运行，行至安德路路口时，改为西南方向，进入旧鼓楼街区，鼓楼大街地铁站设计在二环路与街区交叉位置。安鼓区间的里程为YDK 段17+850～17+870，在此区间内有京线2 号原设地铁，属于特级风险作业项目，基于作业环境对地铁设计存在客观限制，据此，工程选择盾构法作业方式。

京线2 号地铁的鼓楼大街站，在20 世纪80 年代完成作业，位置选定在北二环主路北方区域，走向为东西，南方为鼓楼立交桥，在地铁站纵向位置的下层结构为防爆层，地铁站与防爆层设计方式为叠落形式。此地铁站北方向区域为护城河，护城河与地铁站的水平直线距离为27m。

安鼓区间走向为由北向南，采取的设计方式为垂直下穿，下穿段隧道覆土为20～30m，区间结构中涵盖原有京线2 号地铁的鼓楼大街站，将其底板厚度最小值设计为2.23m。下穿段开挖作业中，土层有多种类型，具体表现为：粉土层、中细砂层等，原有京线2 号地铁的站底板间土层以黏土、粉土为主。盾构隧道经过原有京线2 号地铁区间时，发现滞留水层，水层标高不大于32m，位于地铁站区域周边，与区间拱顶距离有3m左右【1】。

3 工程难点

作业难点为：京线2 号地铁处于正常运行状态，其北方位置为鼓楼立交桥，应保障地铁、立交桥处于安全状态，盾构区间作业的保护性条件较高，对其沉降允许设定在[-3，0]mm；京线2 号地铁原有地铁站区域及周边的作业方式为明挖工艺，隧道与原有站之间的距离较小，间距最小值为2.23m，盾构作业区域的下穿段有可能存在不明物质；安鼓区间的线路具有多处缓和曲线，在开展作业时应排查各类不确定安全风险，减少盾构工艺对作业区域周边环境造成的影响，如土体稳定性；在工筹与作业时长的规定范围内，安鼓区间为单洞单线隧道，左线始发于鼓楼站，行驶途中存在原设风道、地铁站等，试运行地铁路线选择具有一定困难，盾构掘进作业、参数校验等程序有一定的实行难度。

4 关键技术

4.1 站底障碍物测量

依据京线地铁以往的作业经验，作业途中如若经过原设地铁站，作业期间发现施工遗留物质，如废弃钢，为尽可能地保障盾构穿越期间，发生钢开仓处理引起原有地铁站发生较大沉降现象，危及原有地铁站的安全与稳定运行状态。为此，在作业前期，应对盾构区间的作业范围开展物探程序，保障穿越途中作业具有持续性，减少停机开仓作业次数。物探设计时，在京线2 号地铁站周边设计2 个探测竖井，探测导洞规格设计为：宽与高均设为2.5m，底板与新建作业区间距为0.55m。

为控制作业程序对原有地铁站造成的影响，探测程序实施时应以阻水作业为基础，探测导洞拱部位置以袖阀管为作业工具，开展帷幕注浆程序，探测完成时在探洞区域设立钢支撑，以此提升探测区的加固状态，预留暂时性注浆管，为补浆作业提供条件。依据探洞作业情况，京线2 号地铁站以放坡形式实施作业，作业周边未设围护桩，探测结果为：施工范围内不存在金属物质，作业程序对原有地铁站稳定性造成影响可能性较小。

4.2 站底土体加固

盾构作业应符合沉降规范的相关标准，借助探测导洞作业程序，开展注浆加固措施，注浆加固区域为：站底纵向距离下探3m，地铁站南北方向1m，新建区间外部延伸1.5m，浆液类别依据实际地层结构，确定为水泥水玻璃、超细水泥，浆液配比以实验结果为参考。加固完成时，土体无侧限所具有的抗压强度大于0.8MPa，渗透系数控制在1×10-6m/s 范围内。

4.3 盾构作业

1）准备工作：借助先期模拟工程获得的掘进各类参数，作业前应严格开展盾构工具的检查工作，保障作业连续性进行，减少在穿越作业期间发生刀盘更换的可能性。

2）加强推进速度的控制力度，推进作业以低速均衡状态实施，保障推进作业良好排放土体应力。

3）严格构建盾构整体作业状态，防止纠偏事件发生，减少土体扰动事件发生。

4）同步注浆与二次补浆作业应及时，有效控制注浆容量、压力等参数，依据收敛实验获取的监测数据，开展相关参数的调整工作。

5）以正面平衡压力为代表的作业参数，应逐一科学设定，结合理论技术分析监测数据的准确性，综合确定掘进作业参数【2】。

4.4 作业监测

安鼓区间的作业程序，应以原有地铁运行安全为基础，在作业实施期间，应对原有地铁站结构的整体稳定性与安全性开展实时监控与常规维护等工作，保障原有地铁站有序运行，及时获取作业程序期间引起的土质结构变化，提升地铁建设能力，为原有地铁安全运行、新建地铁作业有序实施提供可能性。具体监测数据见表1。

5 模拟分析

5.1 作业流程带来的沉降

建模参考地铁作业的相关规格与尺寸，计算区间以地铁站行驶方向选取75m，地铁站行驶方向垂直范围选择111.6m区域，选择方式为自上而下，向下时选择盾构隧道中心下限20m。计算分析，发生较大沉降的区域位于两盾构隧道中心位置的北方区域，发生较大沉降区域的结构底板，其右侧截面位置沉降差值为0.45mm，轨道沉降量的最大值为0.21mm。

表1 实时监测数据

5.2 盾构作业带来的沉降

三维模型与实际作业参数相一致，计算区间以地铁站行驶方向选取75m，地铁站行驶方向垂直范围选择152m 区域，选择方式为自上而下，向下时选择盾构隧道中心下限25m。模拟盾构作业程序，单次挖进规格为2.4m。经计算，盾构隧道作业程序造成鼓楼车站发生沉降现象，沉降现象较为严重的截面位于结构底板右侧截面，沉降最大值为3.12mm，原有轨道相应发生沉降，沉降最大值为2.86mm，新建沉降与原有结构沉降差异为：3.12-2.86=0.26mm。

5.3 作业效果

工程数值模拟分析程序，选择盾构法作业工艺，以此科学控制推进状态、保障掘进参数的规范性，发现原有地铁站沉降最大值为2.86mm，符合地铁相关运营规范要求，将原有地铁整沉降控制在3.12mm，有效地保障了原有地铁站的运行安全。

6 结语

1）此工程模拟数据与作业发展具有一致性，符合预期作业目标，新建地铁区间与原有地铁站发生重叠，采取穿越式作业模式，具有可行性。

2）此工程在运行前期，对区间隧道、原有地铁站土体实施加固措施，保障土体稳定性，维护原有地铁运行的安全性。