地铁盾构穿越既有运行线路采用的施工技术

李 金 樯

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

成都轨道交通19号线二期工程土建7工区红莲站～天府商务区站盾构区间设计起点里程为Y(Z)DK102+086.403，设计终点里程为Y(Z)DK104+058.309，左线全长1 979.711 m，右线全长1 971.906 m，全段均为盾构隧道。

红～天盾构区间隧道垂直穿越已建18号线海昌路站～福州路站区间地层的岩体主要为中等风化砂岩。18号线盾构隧道外径为8.3 m，内径为7.5 m，隧道在此段的坡度为17‰。18号线盾构隧道左线处的埋深为14.99 m，19号线右线处的埋深为15.45 m。左线顶部到18号线隧道的距离为8.133 m，右线顶部到隧道的距离为7.712 m。

红～天盾构区间隧道左线下穿已运营的地铁1号线天府公园站车站结构。该区域所处地层岩体主要由中等风化砂岩和强风化砂岩构成。左线顶部到车站结构底部的净距离为14.47 m，右线顶部到车站主体结构底部的净距离为15.736 m。隧道埋深为32.03 m。

鉴于红～天盾构区间穿越既有运行线路上下净距小，不同于天然地基的开挖，其掘进过程必然会对周围土体造成扰动、变形，影响既有线路的运营，如隧道结构出现纵向/水平位移、横断面扭转、倾斜等，极易进一步导致轨道整体沉降、差异沉降、配套设备损坏、渗漏水等，将直接威胁到出行人员的人身安全。因此，在该条线路的掘进过程中，一定要根据隧道的埋深、地质情况合理地设置土压力以及掘进参数[1]。

2 盾构隧道穿越既有运营地铁线路采用的施工技术

2.1 施工前的准备工作

在进行盾构隧道施工前，对既有运营地铁线路隧道进行了现场踏勘，全面掌握了18号线海福区间、1号线天府公园站的运行情况，通过对其运营监测资料进行分析总结，了解了该隧道的结构变形情况。

在盾构掘进过程中，必须严格控制掘进参数并加强监测与观测，及时进行二次注浆；盾构通过后对18号线海福区间、1号线天府公园站进行了跟踪监测并及时进行反馈，视反馈情况及洞内超挖大小及时对地层进行补充注浆。对所布置的监测点进行全面检查，收集原始记录，确保原始数据准确无误；加强施工监测，对监测方案进行细化，对掘进有异常情况的区段监测时间适当延长。

盾构下穿前，按照专项方案对盾构机进行停机检查，包括推进系统、液压系统、拼装机、盾尾密封等主机设备的正常运行及维修管理；盾构通过前，对下穿建(构)筑物进行了详细调查，通过试验段确定了掘进参数：土压传感器的准确性、类似地层出土量与同步注浆量、注浆压力与地层沉降情况的关联性、渣土改良的添加剂种类与添加量、特殊管片的注浆孔位以及注浆压力[2]。

2.2 盾构掘进参数的控制

盾构在下穿掘进过程主要遵循以下原则：加强对施工设备的管理，确保盾构连续穿越；严格控制掘进参数(土压力、掘进速度、掘进姿态、出土量、同步注浆等)；加强地面监测分析；做好应急措施准备。

(1)控制掘进速度。掘进速度的快慢对周围地层的稳定性至关重要。速度过快，同步浆液无法及时补充盾体之间的间隙，容易造成土体坍塌；速度过慢，延长了对周边地层的扰动时间，土仓压力容易失稳。因此，掘进速度应根据土仓压力、出土情况、地质条件合理设置，尽量保持速度均匀以减小对周围岩体的扰动。

(2)合理设置土压力：在盾构推进过程中，刀盘切削土体，周围地层的地下水、渣土进入土仓，通过螺机进行排土作业。因此，合理地设置土压力有助于推进过程中保证土仓压力与周围地层的稳定性，防止盾体上部土体坍塌和地下水突涌。

根据隧道埋深、周围地质情况及同类型区间隧道18号线、1号线的相关经验，将盾构土压力确定为1.0～2.4 bar，并在推进过程中根据监测数据、沉降值、周围地质情况做出适当改变。

(3)推力、扭矩的控制。双线隧道推进过程中，盾构的顶推力和刀盘扭矩的大小是直接影响掘进过程的重要参数，其直接关系到单环出土量与地表隆沉。项目部结合已有的线路施工经验以及对推进过程中的具体数据分析，合理地选择了刀盘的顶推力与扭矩。

当盾构机穿越时，控制推进油缸总推力为

1 000～1 900 t，刀盘转速控制在1.5～2.0 r/min，通过适当减小推力和刀盘转速，达到减小对地层扰动的目的。

适当调整所加入的泡沫剂参数，改良渣土特性以保持渣土的良好流动性和一定的内聚力。结合施工经验，一般在下穿期间将泡沫的浓度设置为1%～3%，发泡率设置为8%～12%，空气注入率控制在300 L/min左右。掘进时将刀盘扭矩控制在3 000～5 000 kN·m。

(4)出土量的控制。盾构在下穿期间，单环出土量影响着周围地层的稳定性。根据19号线红天区间前期出土量与地表沉降之间的比值，将出土量严格控制在175 m3以内。

(5)盾构姿态控制。盾构机根据激光自动导向系统开挖土体，包括掘进方向和掘进角度。在盾构隧道施工中,盾构机的姿态控制至关重要,其直接关系到隧道的成型质量。盾构姿态保持的好,不仅有利于保护盾构机,也是确保隧道施工质量的关键因素之一。

盾构下穿期间，根据盾构机姿态、盾尾间隙、油缸行程等做好管片的选型工作(盾尾间隙小于50 mm、油缸行程差大于50 mm时必须进行调整)，掘进时控制好盾构姿态，保证盾构平稳推进，穿越期间不断测量盾构姿态，结合监测数据及时调整掘进参数，每10环测量一次管片姿态，如果存在姿态纠偏的情况，每环的姿态纠偏量不能超过5 mm。必须杜绝大幅度纠偏，以减少地层损失和对周围地层的扰动情况，降低对线路的影响[3]。

(6)同步注浆控制。盾构机脱出盾尾后，已经成型的管片与周围地层之间会出现空隙，如果无法及时填充，将会加剧管片外侧与洞壁之间的沉降、地下水涌入造成管片上浮、错台等隐患，因此，及时的同步注浆可以确保管片的稳定性和密闭性。

同步注浆浆液应具备充填性好、流动性好、离析少、早期强度均匀、注入时具备不受地下水稀释的特性，硬化后的体积收缩和渗透系数要小。在掘进过程中，可以加入增稠剂以保证浆液的黏稠度，使其更好地填充空隙。盾构下穿时，将每环的同步注浆控制为150%，即12.21 m3。

同步注浆时，要求压入口的压力大于该点的静止水压力及土压力之和，做到尽量填补而不劈裂。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成地面隆起，并易造成从盾尾处漏浆；注浆压力过小，浆液填充速度过慢、填充不充足，也会使地表沉降，同时造成管片位移[4]。

为避免出现由同步注浆引起的劈裂现象，注浆作业时，宜将压力控制在2.0～3.5 bar；在同步注浆时，同步注浆的速度应与推进速度保持同步，即在盾构机推进的同时进行足量注浆，同步注浆采用注浆压力和注浆量双控以确保管片背后填充密实。

同步注浆时，必须保证六根注浆管同时注浆，注浆速度保持与掘进速度基本一致，盾构操作手每向前掘进100 mm后需关注同步注浆量，及时提醒注浆操作手控制注浆速度。防止注浆过快、过慢造成管片背后形成空隙引起的地层沉降。

(7)二次注浆(多次补浆)。在实际施工过程中，由于地层渗透系数太大、地下水丰富，导致浆液流失到周围地层中，所注入的同步浆液在凝固时会产生收缩而造成管片与土体的空隙无法填充饱满，当管片出现破损、接缝渗漏水时，地面沉降加大，对盾构机上方已运行的线路、车站结构造成安全隐患。

为控制后续土体继续沉降，应根据监测数据对脱出盾尾的管片进行二次注浆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆，注浆量为同步注浆量的10%～15%，注浆应采用低压、少量、多次的方式及时补充因原有浆液固结收缩产生的空隙，防止地表沉降。

对下穿18号线区间隧道和1号线车站结构选用增设注浆孔的特殊管片，每块管片均增设2个注浆孔，二次注浆时优先选择1点位和11点位，注入双液浆时必须保证注浆管路通畅、注浆机正常运行，当注浆机压力超过0.4 MPa时停止注浆，避免管片破裂。

为进一步提高施工质量，防止管片后方地下水突涌进入土仓，每隔10环进行封水环注浆并需保证每个封水环至少注入6个点位。

同时，由于下穿18号线时隧道为下坡，因此，通过环箍注浆能有效封堵从管片背后流向刀盘的水，保证开挖掌子面稳定。

2.3 盾构穿越后采用的注浆措施

盾构机下穿后，由于其对地层的扰动及少量超挖，当地层发生沉降变形时，随着土体松动范围的扩大将引起地面沉降。对已成型管片开孔进行效果检查发现仍有地下水从孔内涌出，在采取以上各项措施的同时，为尽量降低施工风险，项目部将洞内的补充注浆作为盾构下穿施工的必要补充措施。

洞内补充注浆的作用是及时填充和固结空隙，有效地控制18号线区间、1号线车站结构的下沉趋势。选择地层松散的地带进行后期注浆补强，根据掘进施工记录、地面监测记录、建筑物监测记录和注浆记录，发现补充注浆选用双液浆比单液浆可以更快地凝固土体，达到快速加固的效果，对可能发生沉降的地方进行加固。

补充注浆系利用在区间隧道中管片上增设的注浆孔、通过注浆管对掘进影响范围内的岩体进行洞内跟踪注浆加固。采用二次注浆机对管片四周进行注浆加固，洞轴线以上180°范围内加固1.5 m，洞轴线以下180°范围内加固0.5 m。由于钢花管在土中要承受抗剪作用，为了减少注浆眼对钢花管的损害，注浆眼呈螺旋式布置，同一截面只布置一个眼。鉴于管片已经进行同步注浆与二次注浆，对于所增设的注浆孔在注浆过程中应注意控制注浆压力，以防压力过大破坏各建(构)筑物而失去加固的意义。

3 监控测量措施

成都轨道交通19号线二期通过地区地质条件及环境十分复杂，施工难度大。施工期间，对沿线周围重要的地下、地面建(构)筑物、地面道路等实施变形等方面的监测，及时提供准确可靠的监测数据，用以评定该工程在施工期间的安全性及施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及施工、周边环境安全的隐患或事故及时、准确地预报，以便及时采取有效措施消除隐患，避免事故的发生[5]。

结合该工程项目的实际情况，最终确定了该项目的监测方案：18号线海福区间、1号线天府公园站车站结构下穿段采用自动化监测及人工复核监测组合实施。在穿越建(构)筑物前后约15 m，每5 m布设一个，共布设3个监测点(根据现场情况可适当调整)。主要安全控制指标包括：位移、变形、结构裂缝、相对收敛、管片接缝张开量、渗漏、轨道横向高差、轨向高差等。

当外部作业影响等级为特级、一级时，应对城市轨道交通结构进行安全评估。安全评估包括城市轨道交通结构的现状评估和外部作业影响预评估、外部作业施工过程评估和外部作业影响后评估。通过现状调查、检测、测量和计算分析等手段，评估当前城市轨道交通结构的安全状态及持续抗变形能力和承载能力，并应确定相应的结构安全控制指标值。

4 结 语

通过分析红天盾构区间穿越18号线海昌路站～福州路站区间、1号线天府商务区站采用的施工技术和监测结果发现：既有线隧道结构监测单日变形量和累计变形量均在预警值及控制值的允许值范围内,监测数据正常,无突变。

盾构穿过后既有线洞内裂纹无增加，结构无掉角，轨道扣件、接触网支架等无松动现象出现；地表变形在可控范围内；盾构隧道管片无漏水、无破损，达到了安全稳步掘进、不影响既有线运营的施工目的，对类似盾构下穿既有地铁线施工具有一定的参考价值。

综上所述，在地铁穿越工程实施过程中，应做好前期的地质勘察工作，在明确工程地质条件、水文情况与施工条件的基础上，合理制定施工方案、明确既有运营地铁线的防护范围；施工中严格控制施工参数，全面落实施工监测，用监测结果指导施工，切实保证盾构作业的顺利实施；积累施工经验，为各类重难点工程做好基础工作。