土压平衡盾构区间近距离下穿运营线技术控制

土压平衡盾构区间近距离下穿运营线技术控制

杨杰上官伟

杨杰上官伟

中交机电工程局有限公司北京市100088

摘要：随着国家经济实力的增强，各城市轨道交通工程陆续开工建设，城市地铁网的形成必然存在区间线路上下交叉施工的工况，本文结合福州市轨道交通2号线下穿地铁1号线运营区间实例，对土压平衡盾构机在粘土地层下穿运营区间的施工技术控制措施及取得的效果进行阐述，为类似下穿工程施工提供参考经验。

关键词：土压平衡盾构机近距离下穿运营线施工技术

1、工程概况

1.1工况简介

福州地铁2号线西洋站～南门兜站区间在YDK28+500附近（左线598～620环，右线585～607环）与1号线隧道立体交叉，隧道下穿1号线隧道，最小净距1.98m，水平方向夹角73°38′20.41″。左、右线隧道平面曲线均为R-350m圆曲线，竖曲线右线为4.16‰下坡，左线为3.988‰下坡。右线隧道顶部覆土深度16.807m，上部1号线隧道顶部覆土深度为8.64m；左线隧道顶部覆土深度16.510m，上部1号线隧道顶部覆土深度为8.387m。采用土压平衡盾构机施工，盾构刀盘直径6460mm，盾体长度8750mm。

1.2地质情况

2、盾构穿越前的准备工作

2.1管片拉结

对1号线影响区左右各10环管片进行拉结，拉结位置位于1号线管片螺栓孔位置，布置2-3道，增管片的整体刚度。

2.2试验段参数总结及理论复核

盾构下1号线前根据前段类似地质条件的推进情况，总结合理的施工参数，穿越前设置50环的试验段，验证及修正总结施工参数，为盾构穿越做准备，通过试验段参数的统计分析，在粘土层掘进，总推力1600～1800T、刀盘转速在1.4～1.5rpm、扭矩控制1.8～2.3MNm、土压控制在2.1～2.3bar，出渣量控制在45～48m3，注浆量平均4.0～4.5m3。

盾构试验段参数总结：

总推力

（T）刀盘扭矩(MNm)土仓压力(bar)掘进速度(mm/min)刀盘转速(rpm)注浆量

(m3)克泥效

（m3）

1600～18001.8～2.32.1～2.330～401.4～1.53.5～4.00.5

重要参数理论计算：

⑴土仓压力

土仓压力以静止土压力为控制值，按进行理论计算，盾构上切口覆土厚度17.15m，根据计算结果和前期掘进情况，掘进过程中上部土压控2.1～2.3bar。

⑵同步注浆

同步注浆采用惰性液浆，配比是水：水泥：粉煤灰：膨润土=0.48：0.13：0.22：0.17，浆液比重为1.51，浆液泌水率为0.4%。

注浆量V=3.14×（6.46-6.2）/4×1.2=3.1m3，实际注浆量为理论注浆量的130%～150%，即控制注浆量为4.0～4.5m3，同步注浆压力比正常掘进土仓压力大0.2-0.3MPa，盾构掘进时注浆采用注浆量和注浆压力双控。

⑶出渣量

盾构刀盘直径6.46m，每环管片长度1.2m，为理论计算天然方，考虑土的松散系数1.14～1.2，实际出土量按45～48m3控制。

2.3下穿初始参数的确定

经下穿前试验段参数总结及理论复核，确定下穿1号线掘进参数及渣土改良参数如下：推力设定16000kn～18000kn，扭矩设定1800kNm～2400kNm，速度控制在35mm/min～40mm/min，土压设定值为210kPa～230kPa，刀盘注水量2m3，泡沫注入量视出渣情况及刀盘扭矩情况调整，同步注浆量4m3（1号线运营时间段）、3.5m3（1号线停运时间段），同时盾构机浆罐内储存0.5m3同步注浆浆液，以便根据自动化监测数据及时做调整。

2.4布设1号线内自动化监测点

为了直观反映下穿时对1号线运营区间造成的影响，下穿前在1号线运营区间内布置自动化监测点，自动化监测点布置范围为2号线下穿区间管片投影左右各50m范围，每5m一个断面，布控点位分别为道床两侧各一个点，拱腰左右各一个点，拱顶1个点。同时在1号线洞内每隔5m布置一处静力水准。盾构下穿期间每15min反馈一次自动化监测数据，每5min反馈一次静力水准数据，为盾构下穿期间参数调整提供监测数据。

图5监测断面布置图

图6监测剖面布置图

3、盾构下穿时的施工控制

3.1掘进参数控制

下穿推进过程中，严格按照试验段总结数据进行推进，在刀盘到达1号线前重点控制土仓压力，根据自动化监测反馈数据调整土仓压力，停机时土仓压力上调0.1-0.2bar，保持刀盘前方土体稳定。刀盘到达1号线投影下方时，保持盾构机刀盘转速，匀速推进的同时注入克泥效，填充盾体与开挖面之间的间隙，保持1号线变形控制在2mm之内。盾体穿越1号线后控制同步注浆速度与注浆量，根据1号线变形进行同步注浆的动态调整。

3.2出土量控制

穿越地层主要为粘土，粘性较大，地层损失率较低，根据试验段参数总结，每环出土量在45-48m3之间，施工过程中严格控制螺旋机转速，出土量采用出土方量与出土重量双重控制，严格避免超挖现象，控制地层损失率≤0.5%。

3.3注浆控制

严格控制进场的粉煤灰、膨润土及细砂等原材料的质量，按配合比进行搅拌，确保浆液质量可控，根据刀盘进尺严格控制出土量及注浆速度，确保脱出盾尾填充密实，控制注浆压力，注浆时根据自动化监测数据及时调整同步注浆量，保证同步注浆效果。

3.4渣土改良

土压平衡盾构机在粘土地层掘进时由于粘土的粘聚力大极易结泥饼，推进过程中及时排土，掘进同时在刀盘中心注浆孔注水进行中心洗刀。

3.5盾构穿越前后的补充注浆

在穿越前后5环位置及时进行补充注浆，稳固土层及管片，双液浆注入过程中控制注浆压力，根据自动化监测数据进行调整。

3.6隧道轴线控制

为减少盾构掘进对地面构筑物沉降变形影响，要尽量减少对土体的扰动，确保盾构以良好姿态进行推进，在盾构穿越施工期间采用盾构机自带测量系统辅以人工复核方式控制盾构推进轴线，确保区间盾构掘进轴线偏差控制在允许范围内，尽量减少附近土体扰动。

3.7盾构纠偏量控制

确保盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大、过频。每隔5环检查管片的超前量，隧道轴线和盾构轴线折角变化不能超过0.4％。避免盾构与管片间夹角过大造成土体损失，推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构施工对地层的影响。

3.8拼装速度控制

拼装过程中为防止盾构后退，回缩的千斤顶应尽可能的少用，满足管片拼装即可。减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间，拼装结束之后应尽快恢复推进，减少沉降。

4、取得的效果

盾构在下穿1号线运营区间后，最终监测数据显示1号线上行线沉降最大值3.88mm，水平位移最大值2.11mm；1号线下行线沉降最大值1.6mm，水平位移最大值-3.42mm；变形量小于±20mm的控制要求。上行线两条钢轨面高差为1.2㎜，上行线两条钢轨面高差为1.4㎜，小于4mm的施工要求，说明在本次下穿施工过程中选择的盾构参数是科学合理的。

5、结束语

本次2号线土压平衡盾构在粘土地层两次近距离下穿地铁1号线运营区间，在1号线运营时段与非运营时段均进行了不间断的掘进，1号线运营区间变形量在4mm之内，圆满地完成了盾构区间下穿运营线的施工任务。试验段总结参数与下穿参数基本吻合，为类似施工条件下盾构近距离下穿运营线积累了经验，可供相似条件下土压平衡盾构施工提供参考。

参考文献：

[1]朱正国，余剑涛，朱永全等.新建隧道超近距离下穿既有地铁施工方案优化[J].铁道工程学报.2013（09）

[2]陈馈洪开荣焦胜军等.盾构施工技术（第二版）[M].人民交通出版社.2016（03）