盾构机先后两次穿越运营线路引起隆沉叠加效应的分析与研究

康 杰 （上海市基础工程集团有限公司， 上海 200438）

为缓解城市交通压力，我国各大城市相继推出各种轨道交通建设规划，采用盾构法修建地下隧道已成为当前轨道交通建设首选。一线城市轨道交通线网结构日益完善的同时，后期建设隧道相互交叉穿越的情况日益增多。受到前期已建隧道和规划的影响，隧道相互穿越的距离越来越近，且轨道交通线路大部分为上下行线，二次穿越叠加影响更为复杂。这都给已建地下隧道保护带来极大困难。当盾构线路规划需下穿已运营地铁时，如何有效防止已建隧道变形，减少土层扰动，已成为当下盾构法施工的一个重要难题。

本文结合实际工程案例，对相邻盾构短期内先后两次穿越运营线路引起隆沉叠加效应进行分析与研究，从而解决相邻盾构机前后穿越运营线叠加影响控制的施工难题，可为类似施工工况提供参考。

1 工程概况

在上海市长宁区天山路古北路附近，距进洞约 24.0 m 处上下行线隧道将先后穿越轨道交通 2 号线娄山关路站—威宁路站区间隧道下方后进洞，穿越长度约 20.3 m。穿越处拟建隧道与轨道交通 2 号线隧道呈 61° 斜交，两隧道间垂直距离最小仅为 1.9 m。新建轨道交通 15 号线隧道上下行线设计中心间距约为 16.0 m。

2 隆沉叠加效应模拟分析

盾构机穿越运营线施工主要分为 3 个阶段，即刀盘靠近运营线阶段、 盾构机处于运营线下方阶段和盾构机盾尾脱离运营线阶段，如表1 所示。

表1 盾构穿越施工阶段划分

（1）通过对以往成功穿越轨道交通运营线数据进行分析整理，模拟推导出单台盾构穿越运营线可能产生的沉降变化曲线，如图 1、图 2 所示。

图 1 上行线盾构机盾尾脱离运营线模拟沉降曲线

图 2 下行线盾构机穿越运营线模拟沉降曲线

（2）将模拟得到的 2 台盾构机穿越沉降数据曲线进行叠加（图 1＋图 2）分析，模拟推导出 2 台盾构机前后穿越产生的沉降数据曲线，如图 3 所示。

图 3 下行线盾构机切口到达轨交 2号线上行线正下方时沉降曲线图（模拟值）

3 穿越施工实际工况

结合上海市轨道交通 15 号线盾构机穿越运营的轨道交通 2 号线施工具体实施步骤与附图，分析隆沉叠加效应。

（1）工况 1。首台盾构机刀盘靠近运营线路。在轨道交通 15 号线上行线盾构机 1 148 环推进完成，盾构机刀盘持续贴近轨道交通 2 号线上行线隧道位置。在土压力不变动情况下，两隧道交叉点位置电子水平尺读数随刀盘靠近逐渐隆起。盾构机与轨道交通 2 号线上行线隧道交叉轴线点为 SU 20。

（2）工况 2。首台盾构机刀盘位于运营线正下方。上行线盾构机 1 154 环推进完成，盾构机刀盘位于轨道交通 2 号线上行线正下方。此时最大隆起点为 SU 15 对应的沉降值为 1.64 mm，轴线点 SU 20 对应的沉降值为 0.99 mm。过轨道交通 2 号线上行线中心线，切口土压力应相应缓慢增加。

随着盾构机继续掘进，盾尾离轨道交通 2 号线上行线越来越近，盾尾同步注浆将会对 2 号线上行线隧道产生影响。此时影响沉降因素较复杂，土压与盾尾注浆均会影响隧道的隆沉。

（3）工况 3。首台盾构机刀盘位于运行线正下方，盾尾刚出运营线。上行线盾构机 1 166 环推进完成，盾构机刀盘位于轨道交通 2 号线下行线下方，盾尾刚出轨道交通 2 号线上行线。此时上行线最大隆起点为 SU 16 对应的沉降值为 1.65 mm，轴线点 SU 20 对应的沉降值为 1.27 mm，如图 4 所示。

图 4 刀盘位于轨交 2 号线下行线下方，盾尾刚出轨交 2 号线上行线沉降图

此时对于轨道交通 2 号线上行线隧道而言，影响其隆沉变化的最大因素为盾尾注浆及土层固结沉降变化。在推进期间先忽视土层固结沉降引起的变化，主要考虑盾尾注浆作用。

（4）工况 4。首台盾构机盾尾刚脱出运营线下方。上行线盾构机 1 178 环推进完成，盾构机盾尾刚脱出轨道交通 2 号线下行线下方。此时上行线最大隆起点为 SU 14 对应的沉降值为1.41 mm，轴线点 SU 20 对应的沉降值为 0.69 mm；下行线最大隆起点 SU 22 对应的沉降值为 1.86 mm，轴线点 SU 20 对应的沉降值为 1.41 mm。

（5）工况 5。下行线盾构机刀盘靠近运营线（初次产生隆沉叠加效应）。下行线盾构机 1 148 环推进完成，盾构机刀盘距离 2 号线上行线平面投影 5.6 m。此时上行线最大隆起点 SU 16 对应的沉降值为 2.04 mm，轴线点 SU 20 对应的沉降值为 1.47 mm，SU 30 对应的沉降值为 1.26 mm，如图 5 所示。

图 5 后台盾构机刀盘靠近轨交 2号线沉降图

（6）工况 6。下行线盾构机刀盘位于运营线正下方（产生隆沉叠加效应）。下行线盾构机 1157 环推进完成，盾构机刀盘位于轨道交通 2 号线上行线正下方。此时上行线最大隆起点 SU 16 对应的沉降值为 2.27 mm，轴线点 SU 20 对应的沉降值为1.78 mm，SU 30 对应的沉降值为 1.28 mm，如图 6 所示。

图 6 下行线盾构机切口到达轨交 2 号线上行线正下方时沉降曲线图（实际值）

由于新建轨道交通 15 号线隧道上下行线设计中心间距约为 16 m，相邻盾构机近距离掘进本身就会对土层产生二次扰动。本工程 2 条新建隧道在 20 d 内先后穿越轨道交通 2号线上下行线，更是大幅增加了已建隧道沉降控制的难度。此阶段为下行线盾构机切口靠近 2 号线上行线时产生的第一次由相邻盾构掘进引起的隆沉叠加效应。

隆沉曲线模拟值发现其与下行线盾构机 1 157 环推进完成时的沉降曲线转折点十分相似，唯一不同点是模拟曲线右侧隆起最高峰比例大于实际电子水平尺曲线右侧最高峰。此现象是由于在模拟的时候把上下行线穿越时的最大隆起值视作相同，而实际情况是下行线在穿越的时候其最大隆起低于上行线，因此实际隆沉曲线显示出来的右侧最高峰低于模拟值。

在发现隆沉叠加效应规律后，对之后的沉降控制也相应作了调整，使得隧道沉降一直控制在理想范围内。

4 结 语

上海市轨道交通 15 号线穿越运营轨道交通 2 号线，2019 年 10 月 8 日开始，至 2019 年 10 月 24 日结束，历时 17 d。本工程在盾构机穿越轨道交通 2 号线前、中、后 3 个阶段中，轨道交通 2 号线电子水平尺最大隆起点始终 ≤ 3 mm，最小沉降点始终 ≥ －1 mm。根据上海市轨道交通运行有关安全规定及设计要求，盾构机穿越施工时的轨道交通 2 号线电子水平尺沉降要求—隧道结构纵向沉降与隆起在 ± 5 mm 内，本次穿越施工任务顺利完成。

相邻盾构机近距离掘进会对土层产生二次扰动，大幅增加了已建隧道沉降控制的难度。本文以工程实际案例分析、研究相邻盾构机短期内先后穿越已建隧道引起隆沉叠加效应，取得以下结论。

（1）第 2 台盾构机切口接近运营隧道时，首次产生由相邻盾构机掘进引起的隆沉叠加效应。

（2）通过运用隆沉叠加效应模拟出第 2 台盾构机穿越运营隧道的沉降理论值，为穿越施工提供沉降参考值，以及时调整施工参数，避免由于忽略叠加效应而导致运营隧道隆沉变化过大。

（3）模拟计算和施工实际工况存在一定的偏差，施工过程中必须及时分析与调整。