盾构近接下穿既有地铁隧道微沉降控制技术研究

盾构近接下穿既有地铁隧道微沉降控制技术研究

庞军

中铁隧道股份有限公司  浙江省杭州市  310024

摘要：随着地下工程的不断发展，轨道交通建设逐渐呈现出网络化、规模化的发展趋势，在既有运营线附近进行隧道建设的情况也相应增加。对于土建工程而言，面临着新建线路穿越既有运营线的情况。由于开挖面支护压力、建筑空隙、注浆压力等影响，盾构法施工不可避免地会对周围地层产生扰动，引起地层变形，从而影响周边建构筑物。既有线是否已考虑或预留新建线路的穿越条件，对既有线采用何种技术措施进行保护，都是需要面临的实际工程问题。

关键词：盾构隧道;近接下穿；精细化管控；微沉降控制

引言

因城市基础设施建设时序的不同，在地铁修建过程中会出现新建工程与既有结构的各种近接施工。高速公路在城市运营中扮演着重要的角色，重型及大型运输车等车流量很大，在地铁施工期间无法中断。新建地铁区间在穿越既有高速公路时，两者交叉角度、近接距离、对高速公路的影响程度、地表沉降变化、设计保护对策、技术方案、动态监测、科学管理体系等都是确保既有高速公路安全运营的关键。

1工程概况

1.1穿越段隧道概况

武汉轨道交通7号线北延工程巨汤区间双线采用盾构法施工，超净距垂直下穿既有2号线双线隧道，双层叠交呈“井”字形，上下隧道最小净距约2.7m。2号线该段于2016年通车试运行，采用盾构法施工，管片外径6m，内径5.4m，环宽1.5m，埋深9.92m，隧道中心线间距15.4m；新建7号线隧道管片外径6.2m，内径5.5m，埋深18.62m，隧道中心线间距12.8m，盾构机下穿2号线隧道后，到达7号线车站负三层进行接收。2号线隧道结构外边距离7号线车站结构边35m。

2先期隧道工程预留远期盾构穿越条件措施

（1）夹土体预注浆加固、洞内长管注浆。不但可以提高前期隧道实施过程中的地层稳定性，也可在后期隧道施工时加强对既有隧道的保护。（2）预留素桩加固。在穿越范围平面按一定间距置素混土桩，素混土桩可以起到较好的支顶作用，保护既有线运营安全。（3）先期隧道纵向刚度加强。加大先期隧道纵向刚度，可减少后期隧道穿越的影响。先期隧道纵向刚度加强措施主要有：道床内预设纵向暗梁并与管片叠合处理、预留钢内衬或二次衬砌空间、加强管片接缝构造措施如凹凸榫、设置纵向加强肋等。其中设置纵向加强肋措施应用比较广泛。

3下穿施工控制

3.1穿越前准备措施

(1)建立多方参与、实时联动制度。建立建设（包含运营、地保、安全监察和技术等各部门）、施工、设计、监理、第三方监测、预警等单位的联合管控小组，在盾构进入影响范围后实行24h值班制度，第一时间集合统筹处理突发问题。（2）建立实时高精度监测系统。采用自动化监测与人工测读相结合，施工监测与第三方监测平行监测的方式，并在既有线隧道内加装4个高清摄像头，对穿越区既有线隧道进行现场高频率高精度监测和可视化监控。2号线隧道左、右线监测区段长度分别为140m，共布设17个监测断面，7号线投影范围按5m布设4条断面，其余位置按10m布设12条监测断面。共采用4台智能自动全站仪徕卡TS15A（仪器精度：0.5″/1mm+1ppm）配套L型小棱镜。穿越施工期间，施工监测有针对性的对2号线与7号线交叉投影区隧道沉降进行监测，监测频率加密调整至2min/次。第三方监测对所有测点进行监测，监测频率加密调整至约1h/次。同时，穿越期间，申请天窗点进入隧道进行人工测量复核，确保数据准确。

3.2地铁保护范围掘进

下穿前根据试验段掘进情况，总结优化各项掘进参数，并对机械设备进行全方位维修保养，确保施工的连续和平稳；对掘进情况进行每班评估，综合分析刀盘前方、盾体上方、盾尾的沉降规律，及时根据监测情况再次优化掘进参数，并将分析结果通报监测单位，有针对性的加密监测。进入地铁保护区掘进核心是控制沉降，地铁隧道的沉降控制在–5~+10mm。沉降的发生主要在3个时段，刀盘前方、盾体上部、盾尾。根据沉降的规律，刀盘前方的沉降重点是：控制刀盘土舱压力停机时的保压及超挖量控制，在掘进时要密切关注土舱压力，严禁压力波动较大，波动值控制0.1bar。控制盾体上部的沉降重点是减少对地层的扰动刀盘扭矩不宜过大，根据试验段参数设置；姿态控制最佳，避免盾体摩擦和曲线推进及纠偏对地层的扰动，如出现偏差时应本着勤纠、少纠、适度原则操作，每环纠偏量不大于5mm；采用膨润土及时填充刀盘与盾构机壳体之间间隙，控制壳体范围沉降。

3.3盾构的推进速度及姿态控制

①盾构下穿高速过程中应适当降低刀盘转速。控制刀盘转速降低后，可以减小盾构机对地层扰动，也有利于减小对刀具磨耗。结合本工程中试验段经验，刀盘转速降至１.０～１.５ｒ／ｍｉｎ之间较适宜。②盾构下穿高速过程中应控制掘进速度。理论上讲只要有足够的推力就能有足够的掘进速度，但刀盘转速一定的情况下，掘进速度过快时，掘进时的贯入度过大，易卡刀盘。因此顶推力控制不宜超过１２００ｔ，掘进速度保持１５～２０ｍｍ／ｍｉｎ之间，确保盾构匀速下穿通过路基。③刀盘工作油压的直接反应。刀盘旋转与前方土体摩擦，并且产生较大扭矩。本工程扭矩控制在２０００～３０００ｋＮ·ｍ为宜，以便控制盾构的掘进速度。④动态调整盾构掘进参数，并及时纠偏盾构姿态。盾构在推进中，充分利用前端激光导向作用，避免出现偏移过大现象。⑤做好渣土改良工艺，提高掌子面的泡沫或膨润土注入量，增加开挖面土体流动性，避免泥饼现象产生，有利于减轻对开挖面前方的土体挤推和控制地层沉降。

3.4沉降监测

地下工程施工存在较大的不确定性，盾构区间下穿风险源施工参数通过试验段确定。通过调整盾构背后注浆体弹性模量施工参数，计算不同施工参数下模型地面沉降量、承台沉降及承台差异沉降，绘制承台沉降量及承台差异沉降量与地面沉降量关系曲线。结果显示承台沉降量及承台差异沉降量与地面沉降量近似呈线性关系，可以通过盾构区间试验段地面沉降监测结果，预测盾构区间下穿高架桥时承台沉降结果。根据计算结果，地表沉降为9mm时，承台最大沉降量达到10mm，地表沉降为7．5mm时，承台最大差异沉降达到5mm。因此盾构区间试验段，应确保地表沉降量小于7.5mm。

结束语

通过对存在风险的下穿铁路区间进行风险评估和管控措施改进，有效解决风险区存在的安全问题并得到如下结论。（1）可结合层次分析法和综合指数法对盾构施工下穿铁路的风险进行评估和排序，确定不同的风险等级，优先解决风险等级高的问题。（2）盾构施工产生的沉降短时间内不会上达地表，最大位移在一定时间内主要集中在开挖间隙及衬砌上方。可采取克泥效工法和同步注浆及二次注浆等措施，有效减小地表沉降和水平位移。

参考文献

[1]　曾铁梅，刘茜，冯宗宝，等．基于PCBN模型盾构下穿既有隧道施工安全风险评价[J]．隧道建设(中英文)，2021，(11)：1-7．

[2]　钟晟．地铁盾构隧道近距离下穿公路箱涵结构影响2019，(8)：256-258．

[3]　周建勇．盾构下穿既有高速公路安全性评估及施工技术研究[J]．铁道建筑技术，2021，(9)：115-118+139．

[4]　张劲，王庆扬，胡守营，等．ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数验证[J]．建筑结构，2021，(8)：127-130．

[5]　秦浩，赵宪忠．ABAQUS混凝土损伤因子取值方法研究[J]．结构工程师，2019，29(6)：27-32．