盾构区间侧穿既有线施工风险控制措施研究

1 引 言

郑州市地铁2008年开建以来，目前运营已有两条线路，在建线路6条，到2050年，郑州市将有轨道交通线路21条，总里程达945.2km，车站503座。

随着建设强度的不断增强，现阶段的地铁施工就会出现侧穿或下穿既有线路，怎样合理制定相关措施，有效控制盾构施工时对既有线路的影响，是一个不容忽视的课题。本文以郑州地铁14号线为工程实例，展开盾构侧穿既有线的施工措施研究。并提出相应的预控措施和应急预案，本文的研究成果可为郑州地铁后续工程和国内类似地铁工程提供参考。

2 工程概况

郑州地铁14号线市民大道站～铁炉站盾构区间单线长度为740.036m，区间线路纵剖面图为“V”字坡，线路最大坡度25‰，区间结构拱顶部覆土厚度约10.2～18.6m。

图1 14号线区间与既有1号线区间位置平面图

施工期间侧穿既有1号线区间。1号线铁炉站～雪松路站区间与本工程隧道关系为：市～铁区间右线侧穿该建筑物，左线线隧道外轮廓与既有隧道外轮廓水平距离6.04m，既有郑州地铁1号线铁炉站～雪松路站区间在2017年初开始通车运营，管片外径6000mm，装配式平板型钢筋混凝土管片，厚度30cm。

2.1 地质概况

市民大道站～铁炉站区间所在埋深范围内，按成因年代可分为以下6层：第四系全新统人工堆积层Q4ml、第四系上更新统上段冲积层Q33al+pl、第四系上更新统中段冲积层Q32al+pl、第四系上更新统下段冲洪积层Q31al+pl、第四系中更新统冲积层Q2al+pl、第四系下更新统冲洪积层Q1al+pl

2.2 水文情况

郑州多年平均气温14.25℃，极端最高气温43℃，极端最低气温-17.9℃。降水量适中，多年平均降水量629.7mm，最大1041.3mm，最小372.0mm，降水多集中在7-9月份，1、2、12月三个月降水量30mm，不足全年降水的5%。

3 施工风险分析

表1 主要施工风险分析情况

在临近地铁区间基坑开挖施工过程中，是对地层应力状态的一种破坏与重新稳定的过程，地层应力状态的改变将影响土体内的既有构筑物的变位，即导致结构产生位移和变形，同时也会对地表及周边环境造成一定影响。当这种变形和影响超出一定范围，必然对既有地铁区间结构产生破坏，并影响到既有地铁安全使用。

4 施工措施

针对可能发生的风险，采取措施如下：

1）在到达侧穿既有1号线区间隧道段前选择开挖面自稳性较好的地段对盾构机进行全面检修和维护；

2）盾构通过侧穿既有1号线区间隧道段前，选取长度100m作为试验段，以选取合理的盾构施工参数；

3）盾构通过前，通过加强监控量测，不断调整和优化施工参数；

4）严格控制盾构机推进压力和出土量，保持盾构土仓内外压力平衡；

5）区间隧道侧穿既有1号线区间隧道段时，控制好盾构姿态，避免蛇形及俯仰；

6）严格保证盾构匀速、连续地穿越侧穿既有1号线区间隧道段，以减小变速推进对前方和周围土体制造成的扰动；

7）严格控制同步注浆量、注浆压力和浆液质量，侧穿既有1号线区间隧道段管片采用增设注浆孔管片，在盾构推进过程中及时填充隧道壁后建筑空隙；若监测数据表明地面沉降仍较大，进行二次注浆，并按“多点、均匀、少量、多次”的原则有序进行；

8）加强监控量测，在施工中做到“勤量测、速反馈”，及时掌握既有1号线区间隧道变形情况，并据此确定是否需采取其他的保护措施；

9）端头加固位置局部采用混凝土钻孔灌注桩进行加固，施工方法与钻孔灌注桩施工方法相同，桩顶设置冠梁，冠梁尺寸1000mmx1000mm，配筋同14号线铁炉站桩顶冠梁配筋，并与14号线冠梁相连。

5 自动化监控量测措施

区间监测采用自动化远程监测系统，区间结构按照5m间距布设自动化监测断面。

5.1 基准点布设

为实现本项目监测的自动化，工作基点布设在远离变形区以外的隧道结构侧壁上，同时设置四个校核点以校核工作基点。为使各点误差均匀并使全站仪容易自动寻找目标，工作基站布设于监测区中部，先制作全站仪托架，托架安装在隧道侧壁，离道床高度0.5m左右，以便全站仪容易自动寻找目标。工作基点沿监测区域影响范围外安装强制对中支架，左、右线各8个工作基点，共计16个工作基点。

5.2 监测点布设

各监测点用连接件配小规格反射棱镜，用膨胀螺栓锚固于监测位置的侧壁及道床的混凝土中，棱镜反射面指向工作基点。监测及测点埋设实景图见图2。

5.3 监测方法及数据采集

现场将TM50自动化全站仪安置在隧道侧壁的强制对中托盘架上，现场通过变压稳压设备对其进行不间断供电，保证对其本身的长效供电电池充电，由布设在隧道内的测量控制单元（DAU）对所辖的全站仪按照监控主机的命令或设定的时间对所有监测点自动测量，并将测量成果转换为数字量，暂存于数据采集箱DAU中，并根据系统监控主机的命令向主机传送所测数据，监控主机根据采集软件远程在线将测量数据与标定数据比较计算，解算出位移量，并自动存储入库、实时显示、生成数据报表。为了加强对自动化监测系统的管理和维护，本系统提供远程监控功能。可利用远程监控功能在任何时候、任何地方对自动化监测系统进行远距离采集操作，以了解结构的安全状况。

该种方法可以同时测量水平及高程变化，即进行隧道结构水平位移、隧道结构竖向变形、道床结构竖向变形的监测工作。

图2 监测及测点埋设实景图

5.4 变形数据分析

观测点稳定性分析原则如下：①观测点的稳定性分析基于稳定的基准点作为基准点而进行的平差计算成果；②相邻两期观测点的变动分析通过比较相邻两期的最大变形量与最大测量误差（取两倍中误差）来进行，当变形量小于最大误差时，可认为该观测点在这两个周期内没有变动或变动不显著；③对多期变形观测成果，当相邻周期变形量小，但多期呈现出明显的变化趋势时，应视为有变动。

在采集软件中设定警戒指标，监测点预警由软件自动判断分析，当变形速率或变形量达到相关指标时，监控软件自动给出警戒信息，此时监控人员应及时向有关各方汇报，并密切注意数据变化，加强地铁结构、轨道巡查。

6 结 语

在城市地下交通快速发展过程中，研究郑州地铁14号线市民大道站～铁炉站盾构区间施工风险应对措施，可以为今后类似的工程提供一些借鉴与参考。在预控措施和应急预案的指导下，未出现任何施工和质量事故。

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