北横通道工程超大直径盾构穿越运行轨道交通重大风险分析及对策

仲建平

（1.上海市交通委员会，上海 200125；2.上海市北横通道工程建设指挥部办公室，上海 200063）

0 引言

在大规模城市建设及地下空间开发中，盾构法隧道以其机械化程度高、安全可靠、对周边环境扰动小等优点而被广泛采用，并朝着“大断面、深覆土、长距离”方向发展。

随着城市发展的需要，超大断面盾构隧道建设也由跨江越海逐步移位至城市核心区。在轨道交通路网越织越密的情况下，超大断面盾构穿越运行的轨道交通将不可避免，以后将成为常态。以正在实施的北横通道工程为例，直径 15.56 m 盾构将先后 6 次［自西向东依次为轨交 3（4）、11、7、4、10、18 号线］穿越运营的轨道交通。正在规划的南北大通道以及机场连接线也将面临超大断面盾构多次穿越运营轨道交通的情况。

轨道交通人流密集，交通流量大，为了不影响人们的出行，盾构需在轨道交通运营状态时进行穿越，带来巨大的风险。地下工程施工存在诸多不可预见性，影响因素复杂多变，盾构在穿越工程必须严格控制施工变形，保障轨道交通可以顺利运行。

尽管盾构法施工技术日趋成熟，但直径 15 m 级超大断面盾构穿越运营轨道交通还是新问题。穿越施工面临控制标准严格、穿越施工控制难度高风险大、轨道交通系统安全保障复杂等诸多问题，由于北横通道隧道主线盾构多次下穿运营的轨道交通，有必要进行专门研究，总结经验和成果，为以后类似工程提供技术支撑。

1 工程整体概况

北横通道新建工程（以下简称“北横通道”）西起北虹路，东至内江路，贯穿上海中心城区北部区域，全线向西接北翟快速路，向东接周家嘴路越江隧道，全长 19.1 km，其总体平面布置如图 1 所示。工程主体部分采用盾构法施工，盾构段长度占比 65 %，是目前上海市在建项目中规模最大、综合性最强、技术难度最复杂、风险程度最高的特大型市政工程项目。

图1 北横通道总体平面布置图

北横通道西段从北虹路立交至筛网厂段长约 8 km，其中，主线盾构段长约 6 426 m，采用 1 台直径 15.56 m 的超大断面泥水盾构掘进施工。

盾构段由 3 座工作井分为 2 段组成，中江路工作井至中山公园工作井盾构段为 2 761 m，中山公园工作井至筛网厂工作井盾构段为 3 665 m（见图 2）。盾构覆土深度约 15.4～35.3 m。

图2 北横通道西段盾构平面布置图

中江路始发井的尺寸为 25.4 m，宽度为 24.4 m，深度为 29.1 m。中山公园过站井长度 75 m，南北向宽度 25～37.5 m，开挖深度 31 m。筛网厂接收井长度为 25.4 m，宽度为 24.4 m，深度为 35 m。

中山公园工作井东南侧接江苏路匝道，总长 1 550 m，匝道普遍埋深为地面以下 15 m，地下两层结构，上层车道为地面进入主线隧道匝道，下层车道为主线匝道由中山公园井分流至江苏路匝道。

盾构段施工采用某公司生产的直径 15 560 mm 的泥水平衡盾构机。

盾构隧道衬砌采用单层管片，为通用环楔形管片，外径 15 m，内径 13.7 m，环宽 2 m，管片厚度 0.65 m，混凝土标号为 C 60，抗渗等级为 P12。

在沿线区域周边，按照盾构外边线两边各 7.5 m（0.5D）范围，共穿越建筑物 89 处，其中下穿建筑物 30 处，侧穿建筑物 59 处［1］。

沿线穿越已建轨道交通 3 处［轨交3（4）号线，轨交 11 号线，轨交 7 号线］，在建轨道交通 2 处（轨交 15 号线，轨交 14 号线）。北横通道穿越区域均为城市中心区，存在原有地下管线复杂，且年代久远，管位较凌乱的状况，穿越过程中碰到大量的电力管线、电信管线、排水管线、给水管线和煤气管线，并先后 4 次穿越苏州河防汛墙。

北横通道盾构段穿越土层主要包括：褐色、灰黄黏土，黄灰色粉砂，灰色淤泥质黏土，灰色粉质黏土，灰色粉砂，暗绿色黄色粉质黏土，草黄灰色粉砂、粉细砂，灰色黏土以及灰色粉细砂等。根据隧道线性和地质报告分析，盾构将主要在⑥暗绿色黄色粉质黏土、⑦1草黄灰色粉砂、⑦2草黄灰色粉细砂、⑧1-1灰色黏土土层中穿越。盾构将长距离（超过 3.5 km）在不良地质 ⑦1、⑦2层断面中掘进。

2 穿越运行轨道交通11号线

2.1 穿越概况

北横通道在里程 K5+915～K5+943 间（11 号线投影面范围对应东段 386～400 环），在长宁路与江苏北路路口附近将下穿运行的轨道交通 11 号线隧道，两隧道轴线夹角为 68°。地铁 11 号线的覆土厚度为 20.8 m，北横隧道的覆土厚度为 34.6 m，两层隧道间的最小净距为 7.06 m。两隧道间的位置关系如图 3 所示。在穿越节点处北横隧道的线型：平面为 R=500 m 急曲线段，竖向为 1.45 % 的直线段。

图3 穿越段平面图

被穿越地铁为 11 号线隆德路-江苏路站区间，隧道外径 6.2 m，管片厚 0.35 m，环宽 1.2 m。穿越节点中心距离江苏路站约 500 m，距最近的联络通道约 180 m。

北横盾构自西向东掘进，先穿越上行线再穿越下行线。其中，上行线穿越范围为 595～607 环；下行线穿越范围为 583～595 环。

11 号线地铁隧道位于 ⑤1层中，北横通道盾构切削断面上部为 ⑦1层，中间夹层 ⑦2层，下部 ⑧1-1层，如图 4 所示。北横通道与 11 号线之间 7.06 m 范围夹层中有厚度约为 4 m 的 ⑥ 层土。

图4 穿越段区域剖面图（单位：m）

2.2 风险分析

2.2.1 轨道交通设施保护要求高

轨道交通 11 号线是上海市主要轨交运行线路，具有线路长、运量大、密度高的特点，对设施保护要求高，在穿越过程中不能发生停运事件。本次穿越施工必须将风险降到最低，确保运行安全［2］。

2.2.2 超大直径盾构首次穿越运行轨道交通

国内盾构穿越运行的轨道交通已经达数十次之多，选取与本工程工况最为接近的两个典型案例——直径 11 m 级盾构隧道穿越运行轨道交通进行参考。

上海市西藏南路隧道下穿 8 号线案例，西藏南路越江隧道工程分为东、西线盾构推进段，隧道管片外径 Φ11.36 m，内径 Φ10.36 m，壁厚 500 mm 衬砌，中心环宽 1.5 m，采用单面楔形钢筋混凝土管片错缝拼装成环。盾构从浦东工作井出洞约 400 m 后，从 M 8 线西藏南路站区间隧道下方穿越。两对隧道呈井字形交叉，西线隧道与 M8 线最小净距 2.73 m，东线隧道与 M 8 线最小净距 3.57 m。隧道采用外径 Φ11.58 m 的泥水平衡盾构掘进施工。西线穿越后，上行线最大沉降为 16.84 mm，考虑到沉降较大，在东线穿越施工期间对列车进行停运，东线穿越后，下行隧道最大沉降为 29.6 mm。盾构穿越完成后通过在隧道内进行壁后二次注浆对地铁隧道进行恢复。

杭州市文一路隧道下穿2 号线案例，隧道外径 11.36 m，内径 10.36 m，环宽 2 m，管片厚度 500 mm，线路最大纵坡 3 %，最小转弯半径 1 200 m，采用 1 台直径 11 660 mm 的大型泥水平衡式盾构掘进施工。文一路隧道分南线和北线，下穿杭州地铁 2 号线。两隧道间的净距为 5.2～6.9 m。北线隧道先通过，穿越期间地铁 2 号线未开通运营。在掘进过程中由于大隧道不稳定，出现上浮现象，带动上方地铁隧道上抬，最大上抬量 23.5 mm。南线穿越施工期间，地铁已运营，针对北线穿越施工遇到的问题并考虑到列车运营等因素，综合采取了针对性的措施。穿越期间地铁 2 号线隧道略有上抬（最大 5.2 mm），但后期出现缓慢下沉，达到 -16 mm，通过在大隧道内部二次壁后注浆进行恢复。

虽然盾构穿越运行的轨道交通有较多案例，但是直径 15 m 级超大泥水盾构穿越运行轨道交通尚无先例。轨道交通运行过程中列车振动荷载与盾构施工的地层损失率相互影响，地层损失率大时导致轨道交通的变形增大，由于 15 m 级盾构的开挖面控制难度大，变形量难以控制，将进一步增加轨道交通的保护难度。

2.2.3 与运行轨道交通 11 号线净距小、截面比高

主线盾构与轨道交通最小净距仅为 7.06 m，盾构外径为 15.56 m，隧道外径为 6.2 m，超大直径盾构施工土体切削断面达 190 m2，且盾构与地铁隧道面积比达 6.29，变形量控制难度大，风险极高。

2.2.4 急曲线段穿越

急曲线是本工程显著特点以及诸多难点之一，其中最小转弯半径仅 R=500 m（国家标准规定转弯半径＜40 D 定义为急曲线）。在穿越节点处北横隧道的线型平面为 R=500 m 急曲线段，竖向为坡度 1.45 % 的直线段，穿越运行轨道交通与急曲线掘进风险在此区域叠加出现，风险进一步增大［3］。

2.2.5 土层分析

轨道交通 11 号线位于 ⑤1层土中，北横通道盾构切削断面上部为 ⑦1层，下部 ⑧1-1层，中间夹层 ⑦2层，11 号线与北横隧道之间 7.0 6 m 范围夹层有厚度约 4 m 的 ⑥ 层土。⑥ 层土属于暗绿色黄色粉质黏土，比较硬，经过分析北横盾构上覆的 ⑥ 层以及盾构下方下卧 ⑧1-1层对盾构穿越施工以及上部的轨道交通 11 号线保护是有利的。

2.2.6 周边环境复杂

北横通道穿越运行的轨道交通 11 号线隧道区域内，同时先后穿越办公楼（日旭商务中心、上海君城、银河证券）、住宅（长宁大厦），及周边的市政管线（包括直径 2 400 mm 雨水管等），风险产生叠加效应。

2.3 对策

2.3.1 建立健全管控体系

针对盾构穿越运行轨道交通涉及的部门及单位众多的特点，建立科学合理的安全管控体系，明确体系中参与的部门和单位以及各自的职责分工。确保穿越施工的筹划与实施过程中的指令畅通，体系运转高效［4］。

1）建立联合应急指挥机制（政府、企业）。①成立应急指挥体系，全面负责、监督、指挥、协调；②成立现场应急指挥办公室，指导和协调；信息汇总和上报；接上级指令及下达指令；下设 3 个 工作小组。

a.工程实施工作小组，负责跟踪工程推进；汇总和上报突发情况信息；指导和协调现场各项应急措施实施。b.地面应急保障工作小组，牵头协调穿越期间地面突发情况应急保障工作。c.社会宣传工作小组，负责社会宣传及沟通工作，及时沟通相关单位。

2）建立联合应急响应机制。负责信息汇总、数据分析，在突发情况下，全面协调、指挥，启动应急预案，保证穿越过程的安全。

2.3.2 制定专项技术方案

1）穿越施工控制标准评估。通过对大量类似工程案例分析与总结，以及考虑运行列车产生振动，叠加效应下对隧道变形的综合影响，参考前期穿越房屋施工的变形数据分析，结合穿越地质条件，经多次专题讨论、专家评审，确定本次盾构下穿 11 号线节点，地铁隧道变形量可控制在 +20～-20 mm。

2）穿越施工技术方案评估。通过对方案一“间断推进”，即白天列车运营期间，盾构停止推进，晚上列车停运期间，盾构推进，和方案二“连续推进”，进行比选，专家评审，同意采取方案二，“列车限速运行，盾构快速通过”。

3）穿越施工总体筹划。为将安全风险降到最低，既要保证列车正常运行，又要保证居民安全出行，综合考虑，首次穿越利用双休日客流量较小的条件，并避开列车运行高峰时间，晚 8 点开始盾构穿越。

4）运行列车控制措施。列车振动对于泥水盾构开挖面的稳定性及泥膜形成影响情况不明，穿越带来的风险不能确定。经各方讨论研究、专家评审，列车运行采取限速 15km/h 控制措施，以减少列车振动对盾构施工的影响，实时监测、监控地铁隧道状态。一旦发生险情，即刻中断运营，启动应急响应机制。

5）盾构施工技术参数。为了解决 R500 急曲线，对隧道减少变形，在盾构穿越过程中，施工单位必须严格按照专家评审通过的施工安全及保护专项方案实施 施工［5］。

①推进速度控制在 20～30 mm/min，刀盘扭矩控制在 3～5.5 mn·m，气泡仓压力控制在 4.93～5.02 bar，总推力控制在 10 000～14 000 kN。

②严格控制同步注浆量和浆液质量，每环必须对同步浆液进行坍落度试验（坍落度控制在 14±2 cm），上下分配约 7∶3。

③针对壳体穿越上行线和下行线期间，对壳体顶部压注克泥效。克泥效（g）与水玻璃（ml）配合比为20∶1。

6）信息化管理。

①建立轨交运行权属单位、隧道施工总包单位、监测单位等相关单位现场联合办公室（中控室），数据共享。

②轨交现场采取远程视频监控、人工监测、自动化监测相结合的方案。

远程视频监控：实时传送到现场联合办公室（中控室），及时反馈，根据监控的信息评估影响范围内运行轨交隧道状态，为信息化施工及必要时的施工措施提供数据。

人工监测：轨交隧道内，通过现场踏勘，各方研究讨论、专家评审同意，对隧道内垂直（水平）位移监测点布置，上、下行线以 5 m 间距（垂直、水平），外放区域 10 m 间距（垂直）布设监测点，上下行区域垂直各布置 46 个，水平各布置 11 个监测点。根据监测数据，为盾构参数的调整、后期注浆施工调整及运营地铁线路的状态评估和保护提供基础数据。收敛监测：在上、下行隧道内以 5 环（6 m）间距各布置 35 组监测断面（每组 2 个测点），共计 70 组（140 个测点）。隧道直径收敛累计变化量数据为调整盾构推进姿态提供依据。

自动化监测：轨交隧道内，隧道纵剖面电水平尺垂直位移自动化监测，在上、下行线纵向 172.8 m 范围内布置 144 把电水平尺；隧道直径收敛激光自动化监测，在上、下行线 120 m 范围内布置 42 只激光测距仪。为盾构参数的调整、后期注浆施工调整及运营地铁线路的状态评估和保护提供实时数据。

③隧道内利用盾构设备远程控制系统与人工变形监测方法相结合。

远程控制系统：利用盾构设备（海瑞克）配备的国际先进远程控制系统，通过 PLC 数据采集，将数据实时传送现场联合办公室（中控室），指导盾构推进技术参数优化。

变形监测：穿越阶段加强对隧道竖向位移的监测。取隧道管片上固定点为隧道沉降观测点，每 3 环设 1 个监测点。监测范围为穿越段及其前后 15 环，监测频率为每天 1 次，直至隧道稳定。

2.3.3 建立应急预案

1）轨交单位。

①设定报警指标。通过对沉降数据、沉降速率、轨交设施状态三方面监测数据分析，分级报警。

三级报警：轨交结构变形在 10～20 mm，利用轨交夜间停运期间，进行微扰动注浆治理，北横隧道内同步采用壳体注浆或二次注浆。

二级报警：轨交结构变形超过 15 mm，进一步预报警。

一级报警：轨交结构变形超过 20 mm，立即向应急指挥部报警。

②行车调整方案。出现一级报警时，根据结构变化情况，采取以下措施。

a.如结构发生劣化，明确第二日运营穿越段停运，立即启动非停电抢修行车方案和公交短驳方案；

b.如结构发生突变，立即启动停电抢修停运方案和公交短驳方案，采取抢救措施。

2）建设单位。建立现场应急管理机制，包括现场指挥小组、专家小组和监测数据分析小组。

现场指挥小组：负责协调解决重大问题，组织实施应急措施。

专家小组：对重大技术问题提出建议意见，提供技术支撑。

监测数据分析小组：对监测数据进行分析、研判与报警，及时向现场应急指挥办公室汇报。

3）施工总包单位。

①建立现场应急管理机制，包括现场指挥小组、盾构推进处置小组、设备故障处置小组、注浆加固处置小组、后勤保障小组、信息汇总小组。

现场指挥小组：负责施工现场各类问题处置，实施应急措施。

盾构推进处置小组：根据现场指挥小组的指令，对盾构推进的各类参数做出快速响应；对盾尾渗漏、盾构姿态及轴线偏差超标进行应急处置；根据应急处置的需要进行二次壁后注浆、壳体注浆等；确保应急处置阶段盾构的后勤补给，隧道内组织与协调。

设备故障处置小组：根据现场指挥小组的指令，对设备的故障及时处置。

注浆加固处置小组：根据现场指挥小组的指令，进行地面补偿（或上抬）注浆；地层扰动引发结构渗漏进行堵漏；对管线受损情况进行配合抢险。

后勤保障小组：应急抢险所需的材料、物资、设备协调保障。

信息汇总小组：对监测信息进行汇总、分析和研判，及时上报。

②应急响应。

三级响应：地铁隧道累计变形超过 15 mm，根据需要对掘进参数以及注浆等进行优化调整。

二级响应：地铁隧道累计变形超过 18 mm、地铁隧道局部破碎渗漏、盾构机盾尾出现渗漏等险情，根据需要对掘进参数进行优化调整，并适时进行壁后二次注浆；立即上报应急指挥部，同时对地铁隧道进行微扰动注浆。

一级响应：地铁隧道累计变形超过 20 mm、地铁隧道管片严重碎裂渗漏险情、盾构隧道内出现重大险情，立即上报应急指挥部，启动一级响应。

③应急处置。

a.成型隧道管片上浮。加强对隧道上浮情况监测，根据监测数据适当减缓掘进速度，保证后方浆液及隧道稳定后再推进；通过压铁等措施对盾构机机头及首节车架进行压重，增强抗浮能力；打设环箍，对脱出盾尾的管片压注双液浆，稳固后方隧道，提高隧道整体稳定性；对于管片错台较大处，采取种筋焊接筋板，增强隧道整体稳定性。

b.盾尾渗漏。采用特种海绵填充管片与盾尾间的间隙，封堵渗漏通道；采取压注聚氨酯的措施，形成止水保护圈，封堵渗漏。

c.地铁隧道沉降。根据监测数据，针对不同位置沉降，可采取以下注浆措施。

盾构机壳体注浆：盾构机设计预留3道壳体注浆孔，每道 14 个注浆孔，第一道位于前盾，第二、三道位于中盾位置。沉降点位于盾构机壳体上方，沉降量超过 10 mm，启动注浆。

二次注浆：管片脱出盾尾后，轨交沉降量超预警值，可采取二次注浆的方式对主线隧道进行加固。在管片内弧面增设的注浆孔压注适量水泥浆，及时对隧道上方 150°范围土体进行注浆，控制轨交隧道沉降。

微扰动注浆：穿越前，在轨交隧道内预先打设沉降微扰动注浆孔（上下行线均为 40 环，每环开孔 2 孔，共计 160 孔）。当轨交隧道沉降超预警值时，在轨交停运期间，可采用微扰动注浆工法，控制轨交隧道 沉降［6］。

d.上抬超标应急处置。做好轨交隧道上抬趋势分析，轨交隧道上抬超过 10 mm 时，根据实时监测数据，及时调整推进速度和正面泥水压力；同时优化调整同步注浆参数，如注浆量、注浆压力、注浆点位分配等。

2.4 实施效果

1）穿越施工情况。本次盾构穿越地铁 11 号线的过程划分为 3 个阶段：第 1 阶段：盾构切口到达 11 号线投影范围前 20 m；第 2 阶段：盾体穿越 11 号线投影范围，从切口进入到盾尾离开（44 m）；第 3 阶段：盾尾离开 11 号线投影范围到影响完全消失（30 m）。

盾构于 2018 年 11 月 16 日（星期五）正式开始穿越，至 2018 年 11 月 19 日（星期一）成功穿越地铁 11 号线保护区。

本次穿越过程中，刀盘进入 11 号线投影范围前采用 2.5～4 环/天速度推进，盾构机穿越 11 号线投影范围内采用5～7.5 环/天速度推进，盾尾离开 11 号线投影范围后采用 3～6 环/天速度推进。

2）地铁隧道结构隆沉情况。自盾构进入 11 号线影响范围内开始，距离穿越区域较近的上行线表现为下沉趋势，最大下沉量 -0.38 mm，随着盾构继续推进，盾构推进至隧道正下方时，11 号线隧道开始抬升，随着盾构的一直推进，11 号线上行线最大上抬 9.6 mm，随着推进距离上行线越来越远，上行线也随后开始下沉，下沉量达到 3.02 mm。下行线趋势与上行线趋势基本一致，下行线在推进过程中最大上抬量达到 12.58 mm，随着盾构机的远离，隧道结构逐渐开始下沉，最大下沉量 2.2 mm。

3）地铁隧道结构收敛变形情况。在盾构推进过程中收敛变化表现为先增大后减小，穿越过程中上行线收敛值最大变化量为 +4.8 mm，穿越后收敛值又减小为 +0.7 mm。下行线穿越过程中收敛最大变化量为 +6.4 mm，穿越后收敛值又减小为 +1.1 mm。在穿越过程中收敛数据变化比较明显。

3 穿越轨道交通7号线

3.1 穿越概况

北横通道在常德路和新会路交叉口处将下穿运行的轨道交通 7 号线隧道（昌平路～长寿路站），两隧道轴线夹角 89°。地铁 7 号线隧道底标高为 -19.8 m，北横隧道顶标高为 -26.96 m，两层隧道的最小净距为 7.16 m。7 号线上、下行线隧道轴线相距 15.21 m，两隧道外边线相距 21.7 m（见图 5）。北横盾构主线自西向东掘进，先下穿上行线，再下穿下行线。

图5 北横通道与 7 号线相对位置图

被穿越地铁为 7 号线昌平路～长寿路站区间，隧道外径 6.2 m，管片厚 0.35 m，环宽 1.2 m。穿越节点中心距离长寿路车站端头井 17.5 m。

轨道交通 7 号线投影面积的范围对应北横隧道 1 407～1 418 环。考虑到盾体的长度约为 14 m，盾构在掘进拼装第 1 402 环时，刀盘已经进入到投影面正下方，掘进至 1 420 环时盾尾才完全离开投影范围，所以本次穿越范围为 1 402～1 420 环，共 19 环 38 m。

该节点处地铁 7 号线的覆土厚度为 16.3 m，北横隧道的覆土厚度为 29 m。北横隧道断面（盾构刀盘切割的范围）土层为 ⑦1、⑦2、⑧1-1土，北横隧道顶部为 ⑤1、⑥ 土；7 号线地铁隧道位于 ⑤1层中，7 号线隧道上方依次为 ①1、②1、③、④ 土层。

北横通道隧道与轨交 7 号线于新会路与常德路交叉处相交，穿越区域主要建筑物为：下穿亚新生活广场（混 4，底楼为商铺、楼上为办公）、侧穿常德名园 1 号楼（混 27，底楼为商铺、楼上居民楼，水平净距 11.6 m）、侧穿宝华大厦（混 24，商务楼，水平净距 13.6 m）和侧穿同德公寓 1 号楼（混 24，底楼为商铺、楼上居民楼，水平净距 8.7 m）。具体位置示意如图 6 所示。

图6 北横通道与轨道交通 7 号线平面图

3.2 轨道交通11号线与7号线穿越对比

1）两次穿越运行中的轨道交通，周边环境和盾构机的掘进土层和市政管线情况基本相同。

2）穿越轨道交通 11 号线两轴线夹角为 68°，本次穿越轨道交通 7 号线两轴线夹角为 89°，并沿新会路正下方直线穿越。本次穿越较 11 号线穿越线型较好。

3）穿越 11 号线时，盾构机运行状态相关较好，本次穿越盾构机由于长时间的施工，设备故障率有所提高，存在盾尾漏浆现象，现在已采用海绵条堵漏有效技术措施，确保穿越过程中不漏浆。

3.3 风险分析

1）轨道交通设施保护标准要求高。轨道交通 7 号线是上海市南北方向主要轨交运行线路和换乘线路，具有线路长、运量大、密度高的特点，对设施保护要求高，在穿越过程中不能发生停运事件。本次穿越施工必须将风险降到最低，确保运行安全。

2）超大直径盾构穿越运行轨道交通需进一步研究和分析。超大直径盾构已经穿越了轨道交通 11 号线，积累了一定的经验，将对本次穿越施工具有较强的借鉴与指导意义。

本次穿越轨道交通 7 号线工况条件与穿越地铁 11 号线十分相似，但直径 15 m 级泥水盾构下穿运行地铁的经验还是相对缺乏，需要进一步研究和探索的内容还很多，在穿越轨道交通 7 号线时仍需要引起重视和采取相应的措施，保证轨道交通的安全和顺利运行。

3）周边环境复杂。北横通道穿越运行的轨道交通 7 号线隧道区域内，同时先后下穿亚新生活广场、侧穿宝华大厦及商住两用建筑（常德名园 1 号楼、同德公寓 1 号楼），及周边的市政管线（包括直径 2 000 mm 污水管等），风险产生叠加效应。此外，穿越区域范围内还有一处在建工地（金地基坑），需要考虑基坑开挖对盾构施工的影响。

3.4 对策

由于穿越 7 号线与穿越 11 号线周边环境和盾构机的掘进土层和市政管线情况基本相同，本次穿越采取的对策比较相似，以下针对不同点进行叙述。

1）总体筹划。通过对穿越 11 号线的研究和分析，考虑穿越过程中及穿越后地铁隧道结构的沉降情况，本次穿越将按照盾构连续穿越的总体原则进行施工，为减少对 7 号线客流的影响，充分利用双休日穿越运行轨道交通 7 号线，在穿越期间由穿越 11 号线的经验调整为 5～6 环/天的进度均衡匀速通过。

2）建立施工控制标准。为保证穿越施工的可行性与可靠性，穿越前各参建单位对以往盾构穿越运行地铁线的工程案例，结合北横通道穿越轨道交通 11 号线和穿越房屋建筑的经验进行了研究，并通过典型案例分析、施工参数对比、数值模拟计算结合施工经验，最终提出盾构下穿轨道交通 7 号线，地铁隧道变形仍旧采用穿越 11 号线时 -20～+20 mm 的控制标准。

3）盾构施工技术参数。本次穿越轨道交通 7 号线，在穿越 11 号线的盾构设定参数的基础上，结合穿越过程中的变形监测数据优化盾构施工技术参数，调整推进速度，适当降低每日推进的环数，减少轨道交通 7 号线的变形。

4）运行列车控制措施。根据穿越 11 号线的经验调整了 7 号线列车的运行速度。在盾构穿越 7 号线的正常工况下，7 号线列车以 25 km/h 限速通过长寿路站－昌平路站穿越区段。抢险工况下，将启动调整列车运行应急预案。

5）盾尾漏浆处理。盾构机经过长距离推进，设备故障率有所提高，盾尾已经出现渗漏迹象，通过对盾尾密封的改造和密封处理，盾尾无渗漏。

盾尾油脂压注采取压注压力和压注量双控，每环的压注量 180 kg。当发现盾尾有少量漏浆时，应对漏浆部位及时进行补压盾尾油脂。

6）微扰动注浆。根据之前的穿越经验，本次穿越前，在轨交隧道内预先打设沉降微扰动注浆孔（上下行线均为 7 环，每环开孔 2 孔，共计 28 孔）。当轨交隧道沉降超预警值时，在轨交停运期间，可采用微扰动注浆工法，控制轨交隧道沉降。

3.5 实施效果

1）穿越施工情况。本次盾构穿越地铁 7 号线的过程划分为 3 个阶段。第 1 阶段：盾构刀盘切口到达前 15 环（30 m）；第 2 阶段：盾构穿越投影范围，从刀盘进入到盾尾离开，共 19 环 38 m；第 3 阶段：盾尾离开 7 号线投影范围到影响完全消失（30 m）。

盾构于 2019 年 6 月 21 日正式开始穿越，至2019 年 6 月 24 日成功穿越地铁 7 号线保护区。

2）地铁隧道结构隆沉情况。自盾构刀盘进入 7 号线影响范围，距离穿越区域较近的上行线表现为上抬趋势，最大上抬量 +1.18 mm；自盾构刀盘进入 7 号线正下方，7 号线隧道开始下沉，最大下沉量 -2.08 mm；根据监测数据，通过进一步优化注浆技术参数，7 号线上行线开始上抬，最大上抬 +6.8 mm。随着盾构推进，盾尾脱出 7 号线正投影段，上行线开始下沉，并逐步趋于稳定，3 个月后累计沉降量为 +0.8 mm。

下行线趋势与上行线趋势基本一致，下行线在推进过程中最大上抬量达到 +6.52 mm，随着盾构推进，盾尾脱出 7 号线正投影段，下行线开始下沉，并逐步趋于稳定，最大下沉量 -1.55 mm。穿越完成 3 个月后，上行线下沉最大值 -0.2 mm，下行线下沉最大值 -2.1 mm。

3）地铁隧道结构收敛变形情况。在盾构推进过程中收敛变化表现为先增大后减小，穿越过程中上行线收敛值最大变化量为 +4.1 mm，穿越后收敛值又减小为 +2.7 mm；下行线穿越过程中收敛最大变化量为 +5.0 mm，穿越后收敛值变化较小为 +5.1 mm。次变化量均 ＜1 mm，下行线累计变量＞5 mm。

4 两次穿越总结分析

鉴于直径 15 m 级泥水平衡盾构下穿运行地铁线尚无先例，工程难度大、风险高，在北横通道先后两次成功穿越运行轨道交通 11 号线、7 号线的过程中，工程建设各方就被穿越地铁区间的现状、列车振动对盾构掘进施工的影响、地铁的保护标准、应急预案等问题开展了多轮的专题研究，在确保安全的情况下顺利完成了穿越施工。现在对两次穿越过程中的一系列措施和对策进行总结，主要内容如下。

1）需建立市级及具体实施单位构成的领导小组和工作小组，建立不同层级的应急管理体系及各级应急预案。建立的联合应急保障工作机制、应急管理体系和专家团队，在穿越全过程中提供了有效的保障和技术支撑，出现异常情况时可及时做出响应。在领导小组的牵头下，各相关单位相应建立应急预案、信息上报制度、值班制度等。

2）发挥各相关单位的主体责任，落实相关的工作和注意事项，做好全过程穿越各类信息上报工作和穿越后的工作总结与分析。

3）建立的全过程贯彻信息共享机制，有效保障了穿越期间各方的工作开展。现场实行合署办公制度，缩短了沟通路径，极大程度地提升了管理效率，出现问题时第一时间得到了解决。

4）穿越前确定的 -20～+20 mm 的控制标准是合理的，既符合当前超大盾构施工控制的实际水平，也满足运行地铁隧道安全保障的要求。

5）采取的“连续均衡穿越”的策略起到了预期的效果。充分利用周五轨交客运高峰过后和 2 d 双休日时段进行穿越掘进，最大限度地降低了列车限速对工作日客运高峰时段旅客疏散的压力。

6）通过不断优化穿越过程中盾构掘进参数，减小盾构施工产生的影响，包括控制切口压力和掘进速度，及时适量进行同步注浆，稳定推力，保证盾构姿态正确等。

5 结论与建议

北横通道工程建设规模大、施工周期长、技术难度和风险高，其中盾构隧道又是整个北横通道的重中之重。涉及超大断面盾构的急曲线转弯，近百次紧邻穿越敏感建（构）筑物，工程风险世界罕有。通过分析和总结，形成主要结论如下。

1）健全穿越施工安全管控体系。针对盾构穿越轨道交通涉及的部门及单位众多的特点，建立科学合理的安全管控体系，明确体系中参与的部门和单位以及各自的职责分工。确保穿越施工的筹划与实施过程中指令畅通，体系运转高效。

2）建立轨道交通变形控制标准。通过对现有大量运行地铁隧道结构现状调研的基础上，建立既能保证地铁隧道结构安全，又符合当前超大断面盾构施工水平控制标准，作为今后穿越施工的控制参考指标。

3）完善盾构穿越施工关键技术。盾构穿越施工是安全管控的重中之重，应重点研究盾构机的针对性选型、衬砌管片的针对性设计、盾构掘进施工参数的优化与匹配以及穿越过程中的信息化施工与管控等技术。

4）深化穿越安全应急保障体系。针对穿越施工风险高的特点，由行业主管部门牵头制定完善的具有可操作性的轨道交通应急保障体系，包括各种异常情况下的预警、报警机制，列车限速、列车停运以及隧道结构抢修等应急方案。

5）北横通道主线东段还涉及穿越多条运行的轨道交通，今后将进一步跟踪东段主线盾构施工，继续深化研究超大直径盾构穿越运行中的轨道交通，为以后制定标准规范积累经验。

6 结语

本文通过对上海市北横通道工程两次穿越运行中的轨道交通为研究对象，针对穿越运行中的轨道交通的对策和方法等进行研究、分析、评估，积累了宝贵的经验，为今后超大直径盾构穿越运行中的轨道交通提供了有价值的参考。