盾构机近距离穿越上部运营地铁区间隧道施工技术

盾构机近距离穿越上部运营地铁区间隧道施工技术

王恺华

上海市机械施工集团有限公司200072

摘要：本文阐述了在盾构机近距离穿越上部运营地铁区间隧道掘进过程中，通过模拟段试掘，正确调整施工参数和在运营隧道内进行高频率自动监测，实时监控，全信息化施工，并指导注浆施工，致使运营隧道的变形量控制在5mm之内。为今后同类型工程施工控制提供了依据。

关键词：抗剪切干粉砂浆；壁后注浆；厚浆；盾构掘进；可硬性浆液

1引言

随着上海城市轨道交通纵横交错，安全、便捷地将乘客送往各个目的地。随着城市地下空间的不断开发利用，城市轨道交通的建设难度日益升级，下穿建筑物已屡见不鲜。但其中，下穿已投入社会运营地铁区间隧道尚是难题。

2主要技术难点

（1）上下行线隧道交叠投影长度加上前后影响区域，穿越距离长，施工影响区域的范围大。

（2）两条隧道间距离小，最近距离仅3.1m。

（3）地铁2号线隧道所处的土层主要为⑤1粘土层，本工程隧道所处的土层主要为⑤1粘土层、⑥粉质粘土层、⑦1砂质粉土层。⑤1层土为高压缩性土，受扰动后沉降较大，稳定时间长；⑥层土无侧限抗压强度较高，盾构在软硬不均土层推进时，姿态较难控制；⑦1层为承压水层，容易出现盾尾漏水、螺旋机喷涌等情况。

（4）穿越段隧道上下行线均为R=5000竖曲线，每环向上变坡0.24‰，曲线穿越，增加了对土体的扰动。

（5）地铁2号线为正在运营的隧道，必须确保地铁列车的运行安全，盾构穿越施工时的保护标准要求为：

①正在运营地铁２号线保护等级：一级

②垂直位移>5mm或连续三天同向变化速率>0.5mm/天；

③直径收敛>5mm或连续三天同向变化速率>0.5mm/天。

④盾构穿越过程中将地层损失率控制在≤1‰，地面隆沉≤4mm，地面沉降≤10mm。

通过监测掌握施工过程中来自地表、地层和隧道内的情况，及时反馈信息，调整施工参数和采取相应的施工措施，保证整个工程安全顺利地进行。

3关键施工技术应用

3.1盾构机选型

穿越盾构机均采用带铰接式土压平衡式构机，该盾构机主要技术参数如下：

最小转弯半径：300m；

最大推力：4550t；

盾尾密封：盾尾3排焊接式钢丝刷，盾尾油脂注入口为12个，前后各6个。

同步注浆：注浆注入口4点独立控制，注浆更精准，控制集成到盾构机PLC系统中，在操作室内触摸屏上实现控制；

最低推进速度：2mm/min。

3.2穿越施工技术措施

（1）穿越前试推进阶段

在推进试验段，主要就土压力、推进速度、出土量、注浆量和注浆压力设定与地面沉降关系进行分析，掌握此段区间盾构推进土体沉降变化规律以及摸索土体性质，以便正确设定穿越轨道交通地铁线的施工参数并采取相应措施减少土体沉降，以保证轨道交通地铁线的安全。

（2）穿越前控制阶段

该阶段是试推进阶段向穿越阶段的过渡，主要结合穿越推进阶段的要求，逐步调整施工参数。通过试验段的施工总结，对试验段数据进行仔细分析，基本掌握此段区间盾构推进的土体变形规律：盾构切口到达之前，土体沉降变化情况；穿越过程中，因盾构对土体扰动而产生沉降变化情况；穿越后，尤其是脱出盾尾10环范围内土体变形情况。根据试验段的摸索，通过十环的控制区，使盾构姿态保持较好的状态，为进入穿越区创造一个良好的施工状态。

（3）穿越推进阶段

①正面平衡土压设定

若盾构切口前地面沉降，则需调高平衡压力设定值，反之调低。若盾尾后部地面沉降，则需增加同步注浆量，反之减少。

在盾构穿越地铁2号线过程中，设定土压力变化可以大致分为三个阶段：穿越前，随着与2号线之间的距离不断接近土压力值减小；穿越中，此时土压力基本保持在最低位；穿出阶段，盾构头部脱出后土压力逐步恢复至正常。

盾构在掘进施工中均可参照以上方法来取得平衡压力的设定值。具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及监测数据进行实时优化调整，每次调整的幅度为0.005Mpa。

②出土量和土体改良

每环理论出土量为：1.2×π×6.762/4=43.07m3。

根据盾构及管片之间的建筑间隙及各土层特性合理控制出土量，大约为开挖断面的理论出土量的98％～100％，并通过分析调整，寻找最合理的数值。

③推进速度

控制合理的推进速度，使盾构匀速慢速施工，减少盾构对土体的扰动，达到控制地面变形的目的。

在穿越区施工过程中，盾构掘进速度控制在0.5～1.0cm/min，尽量保持推进速度稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越地铁线，以减少对周边土体的扰动影响，以免对其结构产生不利影响。

④管片拼装

在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待2～3分钟之后，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的少，并应逐一伸缩千斤顶，可以满足管片拼装即可，保持开挖面的平衡压力。

⑤同步注浆和二次注浆

增开注浆孔：在隧道穿越段范围内，每环管片增开8个注浆孔，邻接块及落底块分别增开2孔，标准块增开1孔。根据实际情况，确定各注浆孔注浆量。

严格控制同步注浆量和浆液质量：通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。同步注浆量应根据推进试验段同步注浆效果及穿越段地面、轨道交通实际沉降情况合理选择控制。泵送出口处的压力应略大于隧道周边水土压力。

为控制土体后期沉降量，应根据监测数据情况，采用在脱出盾尾隧道上方管片补充压注浆液方法，在隧道内对盾构穿越后土体进行加固。注浆加固拟分二步进行：

第一步：隧道管片脱出盾构机后，再对地铁线有影响的施工区段从隧道顶部部3块管片范围内的预留注浆孔，根据监测数据和实际要求，进行跟踪注浆，以起到阻止地铁隧道持续沉降的作用。

第二步：在盾构推进彻底穿过地铁后，根据后期沉降监测数据对该穿越区域土体进行分层加固。注浆的原则是少量多次，直至地铁隧道沉降稳定。

当沉降监测数值超过－3mm时，将进行二次注浆作业，二次注浆浆液为双液浆，浆液配比根据试推进数据反馈后调整的浆液配比。注浆量和注浆次数根据地面沉降监测数据的情况，及时进行调整。

⑥盾构姿态

在穿越过程中，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。预先控制盾构姿态竖向高于设计轴线0～10mm，使盾构走内圆，利于姿态的控制。

⑦信息动态传递

每一次测量成果、监测成果都及时汇总给施工技术部门，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，使推进施工面及时作相应调整，最后通过监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保隧道施工质量。

（4）穿越后控制阶段

盾构机通过穿越区后，推进速度逐渐增大到2cm/min，继续推进。

盾构操作人员严格按照指令推进，控制好土压力、推进速度、出土量、区域油压控制和同步注浆等参数。

由于盾构穿越后，地面存在一定程度的后期沉降，会对轨道交通造成影响。必须在穿越区域的隧道内准备充足的补压浆材料以及设备，根据沉降监测情况进行后期补压浆。确保将地面及轨道交通的后期沉降控制在允许范围内。

3.3地铁2号线后期运营稳定性施工控制措施

考虑到地铁2号线后期运营稳定性，本次施工17号线与2号线交叠区域均为增设注浆孔管片，穿越完成后，对该区域隧道周围土体进行分层注浆加固，加固范围为管片外2m，浆液为水泥-水玻璃双液浆（体积比1：1），注浆压力不大于0.5MPa，注浆流量控制在10～15L/min，加固后土体强度qu为0.2～0.3MPa并有良好的均匀性。

双液浆甲、乙两液配比（体积比按1：1）由现场试验，加入适量的促进剂，初凝时间为10-20分钟，必要时确定为30－60秒。

每孔按理论分层加固土方量20%浆量进行分层注浆，同时结合注浆压力进行控制。

全断面分层加固示意图

3.4信息化施工

施工强化信息管理，建立完善的信息反馈网络和现场指挥中心（监控室），应用“远程监控系统”，将施工面和监测点的即时情况及时反馈监控室，指导施工。

（1）地面监测数据反馈

将地面变形监测数据、地下管线监测数据、建筑（构）物监测数据和地铁监测数据汇总分析后，传送到盾构工作面，指导盾构司机正确推进。

（2）盾构推进参数反馈

通过远程监控系统及盾构掘进参数监控系统将盾构姿态和盾构设备各类运行参数传送到地面监控室进行数据分析。

4结语

根据穿越区土质特性，提前制定计划，进行动态分析和模拟，为确保万无一失，高标准、严要求，将穿越最终地面沉降量控制在3毫米内，并在同步注浆中采用了配比试验，在流动性和体积收缩率方面作最优匹配，保证了在盾构机穿越时上部运营2号线地铁区间隧道的安全，为今后更多的盾构机穿越已运营地铁区间隧道工程提供了参考。

参考文献：

[1]樊华真盾构法地铁隧道近距离穿越地铁既有运行线施工技术施工技术

[2]叶耀东、王如路、张柏平、琚娟盾构穿越运营地铁隧道施工技术现代隧道技术

[3]李玉泉盾构法地铁隧道近距离穿越地铁既有运行线施工技术建材与装饰

[4]张凯、贺婷盾构近距离下穿地铁运营隧道施工技术隧道建设