临近既有地铁隧道大直径盾构施工及现场监测

在城市中，新建地下工程邻近已建或在建建（构）筑物会产生重要的环境影响［1］。随着城市轨道交通建设持续发展，地下盾构隧道已经纵横交错，临近或穿越既有隧道及两台盾构互穿的情况也越来越普遍［2］。

诸多学者利用各种计算模型和有限元分析软件针对新建隧道对已建隧道的影响开展一系列理论、数值及试验研究，得出对类似工程具有重要借鉴和指导意义的结论。Chehade等［3］通过参数化分析，研究双孔平行隧道的相对位置（水平对齐、垂直对齐和斜对齐）和施工措施对土体沉降和内力的影响。Fang等人［4］通过施工监测数据，对北京地铁工程案例进行分析，分析上方双线隧道开挖对下方已建双线隧道的影响，并给出计算地表沉降和隧道变形的解析表达式。Lv等［5］利用MIDAS GTS以广州地铁8号线为算例，对比有、无隔离桩加固两种工况，分析极近距离（2.6 m）隧道开挖对已建隧道的影响。

本文基于杭州江南大道提升改造工程，简述临近既有地铁隧道大直径盾构施工中为了保证施工安全、控制地表沉降及其对临近隧道的影响采取的施工控制措施。结合现场监测数据论证各项措施的有效性和必要性，为类似工程提供指导。

1 工程概况

本工程为杭州地铁6号线一期工程土建施工SG6-9标段，采用“地下快速路+地面快速路”形式，全长3.16 km，规划建设一条双向4车道、设计车速60 km/h的城市快速路隧道。

工程总平面见图1，江南大道提升改造工程盾构区间段线路自西向东，与杭州地铁6号线平行，位于现状江南大道下方。该区间段盾构线路须先后避让杭州地铁6号线江汉路站（拟建）、江晖路过街通道（拟建）、泰安路人行通道、杭州地铁1号线及6号线换乘江陵路站、阡陌路过街通道（拟建）和建设河中兴路箱涵。

图1 江南大道提升改造工程总平面

圆隧道段北线起讫里程为NK1+275.20—NK3+533.80，总长为2258.61 m，覆土厚度约9.5～37.5 m，圆隧道段平曲线最小半径为R-800 m，最大纵坡为4%；南线起讫里程为SK1+275.20—SK3+531.20，总长为2256.00 m，覆土厚度约9.3～35.8 m，圆隧道段平曲线最小半径为R-8202.77 m，最大纵坡为3.85%。隧道的内径为10360 mm，外径为11360 mm，标准环宽为2000 mm，衬砌环抗渗等级为P10。

江南大道快速通道与长河路站至江汉路站区间隧道并行关系如下：长河路站至江汉路站区间线路自江汉路站小里程端头井出发，出发后在里程YDK19+162.88—YDK19+318.07江南大道快速路通道（1～78环）与区间地铁隧道（699～828环）并行，并行长度约为155 m，快速路通道埋深为9.5～14.2 m，地铁隧道埋深为9.5～10.5 m。区间隧道与江南大道快速路通道盾构隧道水平间距为8.8～20.5 m，垂直间距为0 m。在该区间并行段大盾构施工时，并行段地铁隧道已施工完成（未贯通）。图2展示了该并行段的平面及盾构与过街通道顶管横断面管位关系。

图2 并行段平面及盾构与过街通道顶管横断面管位关系

该区段周边以市政道路和绿化为主，周边既有的建筑物以零星分布的高层建筑为主。盾构区间里程桩号YDK18+425.45—YDK19+318.07为现有的市政道路江南大道，盾构区间基本与之平行行走。江南大道下方有大量地下管线，为电力、通信、燃气、给水、雨水、污水和路灯管道等地下管道。

江南大道快速通道与江汉路站至江陵路站区间，以及与江陵路站至星民站区间隧道并行概况与上述长河路站至江汉路站区间类似，此处不赘述。

2 地质水文情况

鉴于三个区段地质水文情况较为接近，因此本部分亦针对长河路站至江汉路站区间的地质水文情况进行介绍。

根据勘察报告等资料，拟建场地整体地形较为平坦，地面高程约5.67～6.76 m，地貌及地表环境单一。本场区为钱塘江冲海积平原地貌单元，场地勘探深度以内可分为①、③、⑥、⑧、⑩和⑫共6个大层，细划为14个亚层。由上至下分别为①人工堆积、冲积层；③冲海积层；⑥海积层；⑧湖积层；⑩冲湖积层和⑫冲积层。

勘探结果表明，该场地地下水类型主要是第四纪松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。孔隙性潜水主要赋存于场区表层填土、③层砂质粉土、粉砂中；空隙承压水分布于场区下部的⑧3层粉砂、⑫1层粉砂和⑫4层圆砾，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和黏土层（⑥、⑧2层）；基岩裂隙水主要赋存于场区深部风化基岩中。

3 风险分析及施工措施

3.1 施工潜在风险

江南大道快速路通道工程盾构掘进过程中将与长河路站、江汉路站、江陵路站及星民站地铁区间并行，并行总长度约1838 m。同时，施工段地质条件较差，大盾构隧道断面涉及粉砂层和圆砾层，大直径盾构在粉砂层和圆砾层中长距离掘进可能导致刀具磨损严重，需要进仓换刀，在此期间对地铁隧道影响较大。

大直径盾构在长距离掘进过程中应采取相应的施工保护和控制措施，以避免对已建地铁隧道产生渗水、漏水、沉降，甚至管片破裂、位移和错台等影响。

另一方面，由于盾构在进出洞段覆土较浅，当大直径盾构在地下水丰富的土层中施工时，容易出现盾构机正面泥水后窜和隧道上浮的风险。在超深埋段，盾构机须穿越空隙承压水分布的粉砂层和圆砾层，盾构机尾部存在潜在的渗漏风险。

3.2 大盾构进出洞段对地铁区间隧道保护措施

盾构出洞过程中，盾构机部分位于基座上，还未完全进入土体，不易纠偏，施工难度大。同时，盾构施工可能造成地铁隧道不同程度的沉降，并在粉砂层内引起涌砂、涌水现象，存在一定的风险。为保障进出洞段施工安全性，工程中采取以下针对性掘进技术措施。

在沉降、变形控制方面，采用进出洞段地基加固、盾构切口水压控制、同步注浆控制及精细化泥水质量控制。根据地表沉降变形实时调控相关盾构参数，抑制场地变形过大，确保盾构顺利推进。

在隧道轴线控制方面，为避免对土体产生较大的扰动，刀盘转向转换频率在推进过程中不宜过高，同时加强隧道纵向变形监测，并根据监测结果进行针对性纠偏。在隧道覆土较浅段，可以通过调整注浆量来克服隧道的上浮量。

3.3 大盾构正常段对地铁区间隧道保护措施

在大盾构进入地铁隧道影响范围时，主要分析泥水压力、泥水质量、推进速度、注浆量和注浆压力设定对地面沉降的影响。明确盾构推进过程中的土体沉降量，并研究土体性质对其的影响，通过设定正确的施工参数和采用相应的措施减少土体沉降，保证地铁隧道安全运行。

同步注浆浆液主要材料配比见表1。注浆压力由以下公式确定：

表1 浆液主要材料配比（1m3）

式中：P1为该位置的切口水压力；

P2为管阻，取0.2 MPa；

P3为常数，取0.15 MPa。

施工过程中还应根据实际情况进行调整，维持注浆压力与周围土压力平衡。

同时，盾尾油脂和集中润滑材料的压注和管片拼装及防水应严格遵循工艺要求，科学合理的管片选型是施工轴线精确控制的基础。在盾构推进过程中，注意控制切口水压力，使其波动范围不超过0.005 MPa，并减少切口正面土体扰动。拟在现场建立监测信息交流网络，实时确定更为科学和准确的盾构推进参数，以达到控制地面沉降的目的。

3.4 穿越后施工措施

盾构并行后，地面易产生一定的后期沉降，从而对地铁隧道造成影响。因此，对于地铁隧道的后续沉降必须进行跟踪监测。

江南大道快速路大盾构掘进，原则上只采用同步注浆，在地铁隧道变形达到预警值时，可采用地铁隧道内微扰动注浆和大隧道内二次注浆。

4 现场监测情况及分析

大盾构并行地铁隧道期间，测量与监测是极其重要的一项工作，建设施工过程中须对隧道轴线、地面沉降变形，和临近建（构）筑物、管线变形进行严格控制。

针对隧道轴线，本工程盾构采用自动化测量设备测量隧道轴线；针对地表沉降，在进、出洞段100 m内，按照每5 m布设一个轴线点，每20 m布设一个地表沉降大断面，非进、出洞段在轴线上每10 m布设一个沉降点，每50 m布设一个沉降监测断面，监测断面示意图见图3a）；针对建（构）筑物，距线路中心向50 m内建（构）筑物均须监测，监测点位一般布设于建（构）筑物的四周、大转角、承重柱及伸缩缝处；针对管线沉降，在线路轴线左右各25 m范围内的地下管线布设监测点，对与轴线正交或斜交的管线每5～15 m布设一个监测点，与隧道纵向平行的管线每15 m布设一个监测点；针对隧道水平收敛及上浮监测，在进、出洞100 m范围内每5 m布设一个监测断面，其余区域每10 m布设一个监测断面，断面布设情况见图3b）。

监测周期及频率见表2，L为开挖面至监测点或监测断面的水平距离。监测数据趋于稳定后，监测频率可逐步减少为每15～30 d/次。

表2 盾构隧道监测频率

本文以江南大道提升改造工程2021年1月10日地铁保护监测报表为基础，分析大直径盾构开挖施工过程中周围岩土体及周边环境的响应。此时施工进度为北线盾构推进至876环，南线至791环。

图4和图5分别展示了6号线江陵路站至星民站下行线、江汉路站至江陵路站上行线道床沉降和隧道水平位移随里程分布的情况。图6则展示了上、下行线隧道轨道高差监测结果。

图4 隧道道床沉降监测结果

图5 隧道水平位移监测结果

图6 轨道高差沿里程分布情况

由图中所示监测结果与上一监测时间节点数据对比可知，6号线江陵路站至星民路站下行线沉降最大次变化量为-0.7 mm，累计沉降最大为-3.5 mm；水平位移最大次变化量为-0.6 mm，累计位移最大为-0.8 mm；轨间高差最大次变化量为+0.4 mm，累计轨间高差最大为+0.9 mm。6号线江汉路站至江陵路站上行沉降最大次变化量为+0.4 mm，累计沉降最大为+1.0 mm；水平位移最大次变化量为+0.5 mm，累计位移最大为-2.4 mm；轨间高差最大次变化量为+0.6 mm，累计轨间高差最大为+1.3 mm。

对比预警值可知，各监测点累计变形量均较小，施工对地铁变形影响总体较小，盾构隧道相对稳定。自2020年12月7日至2021年1月17日，逐日的监测结果均表明盾构隧道较为稳定，各项盾构掘进过程中的施工控制措施起到了良好的作用。

5 结语

本文基于杭州江南大道提升改造工程，针对临近既有地铁隧道的大直径盾构施工可能引发的工程问题及风险进行分析，识别出复杂施工条件下的困难及潜在风险。针对潜在风险，就大直径盾构进出洞段和正常段对地铁区间隧道的影响提出保护措施和施工控制措施。通过现场地铁保护监测数据对比预警值可知，各监测点累计变形量均较小，施工对已建地铁变形影响总体较小，各项盾构掘进过程中采取的保护措施和施工控制措施起到了良好的作用。