大小盾构与顶管工程在同一区域内施工风险控制

林廷松，谢 坤

（杭州市建设工程质量安全监督总站，浙江 杭州 310005）

0 引言

随着城市轨道交通的高速发展，盾构隧道在城市中交错从横，穿越现有盾构区间及两台盾构互穿的现象也越来越普遍；既有顶管施工时已经对周围土体产生了扰动，新建隧道下穿施工将对土体产生二次扰动，加剧土体的变形和沉降。任何一项重要交通基础设施工程都是社会公共安全的基础领域，为保证每个工程的安全有质量地完成，为此采用合适的防护措施，保障既有顶管的安全，将风险控制在可控范围内，是新建隧道施工必须解决的问题。

1 工程概况

杭州地铁 6 号线江汉路站～江陵路站区间主要位于江南大道下方，区间北线隧道在管片 645～659 环穿越 2-3 顶管位置，707～721 环穿越江晖路过街通道 4-1 顶管；南线隧道尚未穿越。江南大道改造提升工程盾构区间线路位于江南大道下方，与杭州地铁 6 号线平行走向，区间北线隧道在管片 292～390 环穿越江晖路过街通道，南线隧道尚未穿越。为了降低风险，大盾构在穿越 2-3 顶管前停机等待 2-3 顶管完成施工后再进行穿越；地铁小隧道在穿越江南大道人行过街通道工程时顶管工程均已完成施工，江南大道改造提升工程、地铁 6 号线及江晖路过街通道平面位置关系如图 1 所示。

图1 大小盾构与过街通道顶管平面位置图

江晖路段下穿江南大道人行过街通道工程位于杭州市滨江区江晖路与江南大道交叉口绿化带内，四条过街通道呈“回”型。南北向两道通道横穿江南大道，长约 72.1 m，东西向两道通道横穿江晖路，长约 64.1 m。采用矩形顶管法工艺施工，通道截面内径尺寸为 6 m×3.3 m（外径 6.9 m×4.2 m），管节长度为 1.5 m，管壁厚为 0.4 5m。

江南大道改造提升工程大盾构穿越段地层为 ⑥ 淤泥质粉质黏土、⑧3粉砂、121中砂土层，上覆 ①2素填土、③3砂质粉土加粉砂、③4-1砂质粉土、③4-2砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、③6粉砂，下伏124卵石；地铁小盾构穿越段地层为 ③6粉砂、⑥ 淤泥质粉质黏土，上覆 ①2素填土、③3砂质粉土加粉砂、③4-1砂质粉土、③4-2砂质粉土夹淤泥质粉质黏土；江晖路过街通道顶管主要在 ③4-1砂质粉土、③4-2砂质粉土夹淤泥质粉质黏土，上覆 ①2素填土、③3砂质粉土加粉砂，穿越地质图如图 2 所示。

图2 大小盾构与过街通道顶管剖面位置图

2 工程风险分析

盾构区间下穿过街通道施工时会引发土体沉降。地层沉降会对新建的过街通道顶管工程产生显著影响。过街通道顶管工程是用管节形成的，如果盾构区间下穿过街通道施工时地层沉降会造成管节沉降，顶管的轴线就会发生变化，致使顶管发生变形，渗水发生的可能加大甚至造成碎裂。

大直径泥水盾构长距离穿越砂性土层及圆砾层对土体扰动较大，若施工控制不当容易造成已建地铁隧道沉降、渗漏水、管片碎裂、位移、错台等风险。大盾构在富水含砂层中施工，将不可避免地造成不同程度的正面泥水后窜现象，且隧道覆土较浅，易造成隧道上浮，若大隧道上浮较大则对地铁区间隧道易造成较大影响。在超深埋段需穿越高承压水圆砾层、砂层，盾尾易发生渗漏。

3 风险应对措施

穿越前仔细对设备进行一次检查和保养，特别是盾构机，认真检修存在的问题，保证以良好的运行状态下进行穿越施工。同时，仔细检查盾构机的同步注浆设备和管路，并保证二次注浆设备的正常。对行车、电机车、补压浆设备等进行彻底检修清理，排除故障隐患，保证穿越期间设备正常运转，避免由于设备上的原因导致施工停顿，影响过街通道的变形控制。

穿越前在地面对隧道轴线进行放样，确认隧道与过街通道的相对位置关系，对穿越环数进行复核；穿越前对过街通道及周边地面及管线进行监测点布设，并测得初始值；穿越前再次复核测量盾构里程，确认盾构与过街通道的实际相对位置，同时明确盾构穿越时各个部位的位置，以便采取相应的技术措施。测量复核也确保盾构在穿越前能及时调整，以良好的姿态穿越过街通道；调整地表轴线和顶管内的监测频率，严密监测通过数据及时调整推进参数，及时查看监测数据，异常时进而采取保护措施。

3.1 地铁小盾构穿越过街通道顶管风险应对措施

3.1.1 停机等待过街通道顶管完成施工

地铁小盾构推进至穿越影响范围时，过街通道顶管即将完成所有管节的推进，因此停机等待过街通道顶管完成后进行穿越，避免同时施工土体扰动大而造成顶管管节沉降、变形、渗水、碎裂等问题的发生。

3.1.2 调整推进地铁盾构推进工艺

在盾构机穿越过街通道前 50 m（42 环）进行试验段推进。在试验段内主要就土压力、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，以便正确设定穿越过街通道时的施工参数和采取相应措施减少土体沉降，以保证过街通道的安全。

推进以快速通过、严控出土量的原则，减少地层扰动，避免对下穿过街通道造成影响。为增加成型隧道稳定性，区间盾构隧道在穿越江晖路过街通道前 10 环至穿越后 10 环内每一环同步注浆内加入水泥 4 包；为避免刀盘前方水土流失，推进过程不要加水，必要时扭矩过高加水不超过 100 L/环；同步注浆量也调整为正常推进量的 180 % 减小因土体扰动造成的沉降。推进过程中，严禁超大幅度纠偏，在本工程施工中，拟选用高稠度、大比重配比的单液浆，1 m3浆液配比如表 1 所示，盾构推进过程中切口土压按照表 2 控制。

表1 小盾构浆液配比表 kg

表2 切口土压参数表

3.1.3 对顶管内管节进行保护

使用槽钢将穿越影响范围前后顶管焊接成一个整体（见图 3），使得穿越段连接成一个整体，避免发生沉降时单节顶管发生沉降，连接成的整体遇到沉降时，单节顶管的沉降分布在整体上，减小范围的大幅沉降。

图3 顶管内管节槽钢焊接

3.1.4 二次补压浆、压泥

由于盾构推进时同步注浆的浆液在填补建筑空隙时可能会存在一定间隙，且浆液的收缩变形也存在地面沉降的隐患，因此为控制土体后期沉降量，决定根据监测数据情况，采用在脱出盾尾隧道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，二次注浆施工流程如图 4 所示。注浆量根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形稳定，以达到控制盾构影响区域内土体沉降的目的。

图4 二次注浆施工流程图

在顶管工程内准备一台压泥机，发生管节沉降时，根据监测数据情况，采用对顶管管节进行压泥方法，注泥量根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形稳定，以达到控制盾构影响区域内土体沉降的目的。

3.1.5 壳体注浆控制

为了保证盾构机能够顺利、安全地穿越江晖路过街通道顶管，必须有效地控制土体扰动及土层损失率，必要时进行壳体注浆，地铁区间盾构壳体注浆孔分布如图 5 所示。

图5 地铁区间盾构壳体注浆孔分布图

本台盾构机中盾设有 12 个注浆孔需要注浆时，将盾构机壳体的注浆孔处球阀打开，必要时对每个注浆孔进行注浆；根据地面情况及盾构轴线情况适当调整注浆的位置及方量，使其增加土体对盾构机承载的同时，对地面也起到有效的保护作用。

3.2 大盾构穿越过街通道顶管风险应对措施

3.2.1 对所穿越工作井进行现场查勘

去江晖路过街通道工作井实地查勘，找到会影响盾构正常推进的因素，将处于穿越段的降水井进行回填，避免盾构推进时造成更大土体扰动及泥浆返涌出地面。

3.2.2 对工作井进行保护

考虑江南大道改造提升工程北线盾构将下穿工作井1、2，为防止 1、2 接收井可能出现渗漏水情况，决定于1、2 接收井洞门圈断面设置钢筋混凝土挡墙进行封闭。

3.2.3 对江南大道改造提升工程大盾构隧道管片采取保护措施

使用槽钢将穿越范围前后管片焊接成一个整体，槽钢焊接如图 6 所示，使得穿越段连接成一个整体，避免发生沉降或者隆起时对大盾构盾尾造成影响，从而保证大盾构推进姿态及推进质量。

3.2.4 调整推进工艺

在盾构机穿越过街通道前 50 m（25 环）进行试验段推进。在试验段内主要就切口压力、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，以便正确设定穿越过街通道时的施工参数和采取相应措施减少土体沉降，以保证过街通道的安全。

图6 江南大道改造提升工程隧道内管片槽钢焊接

推进以快速通过、严控出土量的原则，减少地层扰动，避免对下穿过街通道造成影响。推进速度，泥水压力、泥水指标等适当调整；同步注浆量为建筑空隙的 110 %～130 %。每环添加水泥 0.5 t。盾尾共 6 处注浆孔，初定为由上至下注浆量比例为 8∶5∶1，同步浆液配比如表 3 所示；必要时进行壳体注浆及二次注浆，盾构推进过程中切口水压如表 4 所示。

表3 浆液主要材料配比（1 m3）

3.2.5 壳体注浆控制

为了保证盾构机能够顺利、安全地穿越江晖路过街通道顶管，必须有效地控制土体扰动及土层损失率，必要时进行壳体注浆。

本台盾构机中盾设有 7 个注浆孔，壳体注浆孔分布如图 7 所示。需要注浆时，将盾构机壳体的注浆孔处球阀打开，必要时对每个注浆孔进行注浆；根据地面情况及盾构轴线情况适当调整注浆的位置及方量，使其增加土体对盾构机承载的同时，对地面也起到有效地保护作用。

表4 切口水压参数表

图7 大直径泥水盾构壳体注浆孔分布图

4 穿越监测结果

杭州地铁 6 号线小盾构穿越江晖路人行过街通道1-4 顶管工程过程中，在 1-4 顶管 33 号管节处最大隆起 1.11 mm；江晖路人行过街通道顶管工程整体最大沉降 3.55 mm，处于顶管 21 号管节处；顶管工程的变形量处于合理的变化范围内。地铁 6 号线盾构穿越过街通道 1-4 顶管累计沉降如图 8 所示。

图8 地铁 6 号线小盾构穿过街通道 1-4 顶管累计沉降曲线图

杭州地铁 6 号线小盾构穿越江晖路人行过街通道 2-3 顶管工程过程中，在 2-3 顶管 22 号管节处最大隆起 1.67 mm；江晖路人行过街通道顶管工程整体最大沉降 2.76 mm，处于顶管 27 号管节处；顶管工程的变形量处于合理的变化范围内，地铁 6 号线盾构穿过街通道 2-3 顶管累计沉降如图 9 所示。

江南大道改造提升工程大盾构穿越江晖路人行过街通道工程 1# 工作井过程中，穿越段最大隆起 1.23 mm，在 1# 工作井西北角处；江晖路人行过街通道顶管工程 1# 工作井整体最大沉降 2.13 mm，在 1# 工作井西 30 m 位置处；顶管工程的变形量处于合理的变化范围内，江南大道改造提升大直径泥水盾构穿越过街通道 1# 工作井累计沉降如图 10 所示。

图9 地铁 6 号线盾构穿过街通道 2-3 顶管累计沉降曲线图

图10 江南大道改造提升大直径泥水盾构穿过街通道 1# 工作井累计沉降曲线图

江南大道改造提升工程大盾构穿越江晖路人行过街通道工程 2# 工作井过程中，穿越段最大隆起 1.87 mm，在 2# 工作井东南角处；江晖路人行过街通道顶管工程 2# 工作井整体最大沉降 2.55 mm，在 2# 工作井东侧 30 m 位置处；顶管工程的变形量处于合理的变化范围内，江南大道改造提升大直径泥水盾构穿过街通道 2# 工作井累计沉降如图 11 所示。

图11 江南大道改造提升大直径泥水盾构穿过街通道 2# 工作井累计沉降曲线图

5 结语

1）整个施工过程中过街通道顶管工程最大沉降值为 2.76 mm，处于合理沉降范围内。

2）通过采用同步注浆中加入水泥、对顶管工作井及管节保护、对盾构隧道管片保护、二次压浆压泥、调整监测频率一系列的风险控制措施，本次穿越段顺利完成了下穿任务，最终完成后各项指标良好，确保了地铁隧道施工、大盾构隧道施工与顶管的安全。该工程下穿过程中风险得到有效控制，希望对以后此类的工程累积经验，完善隧道施工技术。

3）大量的实例和成功的例子证明盾构机良好的掘进姿态和盾构的掘进控制参数的适时调整是保护建筑物安全的技术保障。因此在穿越既有建筑物前，也应该检查设备，确保盾构机在穿越中的可靠性，避免在穿越过程中停机，确保盾构机在穿越是匀速连续掘进。Q