盾构隧道下穿既有线沉降控制技术的研究

周国栋

摘要：对于新建盾构区间穿越既有线的精细化管控，保障既有线路的结构安全和正常运营，成为当前地铁盾构施工的重点研究课题。为深入研究新建盾构下穿既有运营地铁线路的合理技术措施，结合北京地铁近 5 年盾构下穿既有线施工经验，详细分析12 号线西坝河站至三元桥站区间近距离（2. 18 m）连续下穿既有10号线、机场线盾构区间工程实例，研究为沉降控制的精细化管控措施，为类似穿越施工提供施工经验及参考。

关键词：地铁;盾构施工;微沉降控制;精细化管控

引言

随着我国城市轨道交通建设的进一步发展，新的地铁线路将越来越多地穿越城市中心，建设所面临的环境条件也越来越复杂。目前，北京地铁建设已进入网络加密和完善阶段。新线路的规划将不可避免地进入一般的城市道路、繁华的商业区或狭窄的街道。既有建筑物对线路选择的限制越来越严重。如果盾构隧道在复杂环境下施工，对既有结构的稳定性有很大影响，导致其安全性和使用功能无法得到保证，将造成巨大的损失和不良的社会影响。因此，如何控制隧道开挖对既有线稳定性的影响是近年来盾构施工面临的一个重要问题。

1概述

近年来，随着轨道交通建设的快速发展，北京、上海、广州等特大城市的轨道交通建设对传递功能的要求越来越高，交叉路口的建设风险也越来越大。多次穿越既有地铁线路已逐渐成为规范化的设计和施工方案。以北京为例，2017年至2020年，共有14条新地铁盾构区间穿越既有线路。根据规划，北京轨道交通建设线路的节点站和区间交叉口数量将在2050年左右达到118个。因此，对于盾构穿越既有线路等特殊一级风险源，如何控制新线对既有线路的影响，精细控制上拔和沉降值，确保既有线路的正常运营安全，已成为当前盾构施工研究的重点课题。

1.1国内外研究现状

國内外学者对盾构穿越施工沉降控制做了大量的研究，主要集中在理论模型、数值分析、现场和模型试验研究等方面，并形成了大量的成果来指导实际施工。汪洋等以广州地铁3号线区间盾构隧道为课题背景，通过数值模型分析计算和类似模拟试验，研究了既有线正交地道在隧道施工过程中产生的应力和变形，并得出了既有隧道结构在正交下穿过程中的变形规律。

既有隧道下盾构隧道施工受地质水文条件和位置关系的影响，特别是对于短距离连续穿越工程，准确控制既有运营线施工引起的变形非常重要。结合北京地铁既有线盾构隧道近三年的施工经验，以北京地铁12号线既有10号线西坝河站三元桥站盾构段和机场线工程2020年12月为背景，本文通过数值模拟分析和现场开挖参数优化，研究了穿越既有线的微沉降控制技术，通过合理的技术参数优化和实施，可以有效地保证既有线下盾构段的运营安全。

1.2穿越既有线新建盾构段概况

随着技术措施的完善和施工经验的积累，沉降控制水平也在逐步提高。2020年既有线穿越施工，平均沉降控制在-1mm以内，穿越期间最大沉降也小于1.8mm。

2盾构穿越施工风险管理措施

根据近年来的数据，北京地铁建设的风险系统建设、精细化管理和智能化平台应用落后于新建盾构穿越既有线零沉降的趋势。目前，北京轨道交通盾构施工主要采用以下两种安全风险管理体系。

2.1安全风险监控平台

开展盾构施工过程中的安全风险控制，建立以安全风险状态评价为核心的综合预警发布机制，强化现场预防、预控和综合分析的效果，大大提高风险处置水平。同时，利用信息技术，通过监测数据的实时上传、巡逻信息的实时上报、视频图像的实时观看、盾构数据的实时传输、预警信息的实时发布等手段，完善信息上报环节，从而实现各级安全风险监控信息的实时共享，提高管控效率，便于及时发现和处置风险。

2.2盾构施工实时管理系统

盾构施工参数远程实时显示，主要施工参数自动预警，盾构施工数据相关统计分析，便于分类通过对盾构施工全过程及可能出现的各种问题的分析，还可以展示盾构段的工程进度和重要风险项目，控制盾构段的整体风险分布，明确控制重点，统计盾构生产过程中的材料消耗，并对盾构施工质量进行监控。

3施工措施

3.1 土压力设定及控制

土压力的设定是为了保持开挖面上土壤的稳定性，即设定值尽可能接近天然土壤的侧向自重应力。根据开挖面静土压力和主动土压力的计算，考虑初始压力10～20kPa，推进土压力控制在0.09～0.12MPa。

3.2开挖速度和开挖量的设置

穿越过程中，盾构掘进速度控制在10～15cm/min，连续稳定;每个环的总开挖量应控制在43～45m3。必要时，适当调整开挖速度，以满足土压力控制的要求。

3.3同步灌浆

同步灌浆采用水泥砂浆，每圈同步灌浆量大于4～6m3，确保灌浆量达到理论孔隙体积的140%以上。为保证灌浆压力具有足够灌浆体积的最小值，并与开挖罐内土压力相匹配，计划同步灌浆压力为0.2～0.3MPa。灌浆速度与盾构掘进速度一致。

3.4聚氨酯隔离环的设置

在左右线交叉段的前端和端部（隧道全断面的360°）的5个环的范围内注入速凝聚氨酯材料，用于防止盾构在穿越段掘进过程中同步注浆泥浆窜槽造成泥浆流失，保证注入的泥浆在隔离环之间凝结，起到良好的充填、支护和加固作用。在穿越段开挖过程中，为保证同步灌浆浆液的效果，穿越段每4圈设置一道聚氨酯隔离圈。

3.5其他措施

1）在掘进过程中加强盾尾密封脂的注入，确保盾尾密封效果良好。

2）加强施工过程中的监视和测量，准确及时地掌握施工情况，根据监测信息合理调整施工参数。

3）严格控制盾构姿态，提高管片受力和防水质量。盾构推力、扭矩和驱动速度应稳定，驱动应连续。当机器穿过地铁15段时，严禁停车。

4结论与建议

针对新建地铁盾构隧道近距离穿越既有地铁隧道的风险，以数值模拟计算为辅助手段，通过对既有地铁隧道结构及上表面实测位移变化的分析，对盾构近距离穿越既有地铁隧道的沉降控制提出以下建议。

1）设置试验段，采用拟定方案进行试挖，并通过监测进行检查调整。

2）在上、下隧道结构间土层较薄的情况下，本穿越设置的聚氨酯隔离圈和泥浆控制产品的注入，对既有线路的沉降控制起到了非常积极的作用，既有隧道沉降控制在3mm以内。

3）建筑物净空的存在是不可避免的，不可避免地会引起一定的沉降，这部分沉降在盾构施工过程中比较显著。引起的沉降直接关系到灌浆量和浆液质量。通过合理提高注浆量和浆液质量，可减少该部位的沉降。

4）适当增加推进土压力，加强土体改良效果，适当提高推进速度，尽量保持连续均匀推进，可以减少对土层的扰动，提高沉降控制效果。

5）充分利用监测反馈数据，根据监测结果及时调整施工方案，有利于控制既有隧道结构和地表沉降。

参考文献：

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