盾構機先后兩次穿越運營線路引起隆沉疊加效應的分析與研究

康 杰 （上海市基礎工程集團有限公司， 上海 200438）

為緩解城市交通壓力，我國各大城市相繼推出各種軌道交通建設規劃，采用盾構法修建地下隧道已成為當前軌道交通建設首選。一線城市軌道交通線網結構日益完善的同時，后期建設隧道相互交叉穿越的情況日益增多。受到前期已建隧道和規劃的影響，隧道相互穿越的距離越來越近，且軌道交通線路大部分為上下行線，二次穿越疊加影響更為復雜。這都給已建地下隧道保護帶來極大困難。當盾構線路規劃需下穿已運營地鐵時，如何有效防止已建隧道變形，減少土層擾動，已成為當下盾構法施工的一個重要難題。

本文結合實際工程案例，對相鄰盾構短期內先后兩次穿越運營線路引起隆沉疊加效應進行分析與研究，從而解決相鄰盾構機前后穿越運營線疊加影響控制的施工難題，可為類似施工工況提供參考。

1 工程概況

在上海市長寧區天山路古北路附近，距進洞約 24.0 m 處上下行線隧道將先后穿越軌道交通 2 號線婁山關路站—威寧路站區間隧道下方后進洞，穿越長度約 20.3 m。穿越處擬建隧道與軌道交通 2 號線隧道呈 61° 斜交，兩隧道間垂直距離最小僅為 1.9 m。新建軌道交通 15 號線隧道上下行線設計中心間距約為 16.0 m。

2 隆沉疊加效應模擬分析

盾構機穿越運營線施工主要分為 3 個階段，即刀盤靠近運營線階段、 盾構機處于運營線下方階段和盾構機盾尾脫離運營線階段，如表1 所示。

表1 盾構穿越施工階段劃分

（1）通過對以往成功穿越軌道交通運營線數據進行分析整理，模擬推導出單臺盾構穿越運營線可能產生的沉降變化曲線，如圖 1、圖 2 所示。

圖 1 上行線盾構機盾尾脫離運營線模擬沉降曲線

圖 2 下行線盾構機穿越運營線模擬沉降曲線

（2）將模擬得到的 2 臺盾構機穿越沉降數據曲線進行疊加（圖 1＋圖 2）分析，模擬推導出 2 臺盾構機前后穿越產生的沉降數據曲線，如圖 3 所示。

圖 3 下行線盾構機切口到達軌交 2號線上行線正下方時沉降曲線圖（模擬值）

3 穿越施工實際工況

結合上海市軌道交通 15 號線盾構機穿越運營的軌道交通 2 號線施工具體實施步驟與附圖，分析隆沉疊加效應。

（1）工況 1。首臺盾構機刀盤靠近運營線路。在軌道交通 15 號線上行線盾構機 1 148 環推進完成，盾構機刀盤持續貼近軌道交通 2 號線上行線隧道位置。在土壓力不變動情況下，兩隧道交叉點位置電子水平尺讀數隨刀盤靠近逐漸隆起。盾構機與軌道交通 2 號線上行線隧道交叉軸線點為 SU 20。

（2）工況 2。首臺盾構機刀盤位于運營線正下方。上行線盾構機 1 154 環推進完成，盾構機刀盤位于軌道交通 2 號線上行線正下方。此時最大隆起點為 SU 15 對應的沉降值為 1.64 mm，軸線點 SU 20 對應的沉降值為 0.99 mm。過軌道交通 2 號線上行線中心線，切口土壓力應相應緩慢增加。

隨著盾構機繼續掘進，盾尾離軌道交通 2 號線上行線越來越近，盾尾同步注漿將會對 2 號線上行線隧道產生影響。此時影響沉降因素較復雜，土壓與盾尾注漿均會影響隧道的隆沉。

（3）工況 3。首臺盾構機刀盤位于運行線正下方，盾尾剛出運營線。上行線盾構機 1 166 環推進完成，盾構機刀盤位于軌道交通 2 號線下行線下方，盾尾剛出軌道交通 2 號線上行線。此時上行線最大隆起點為 SU 16 對應的沉降值為 1.65 mm，軸線點 SU 20 對應的沉降值為 1.27 mm，如圖 4 所示。

圖 4 刀盤位于軌交 2 號線下行線下方，盾尾剛出軌交 2 號線上行線沉降圖

此時對于軌道交通 2 號線上行線隧道而言，影響其隆沉變化的最大因素為盾尾注漿及土層固結沉降變化。在推進期間先忽視土層固結沉降引起的變化，主要考慮盾尾注漿作用。

（4）工況 4。首臺盾構機盾尾剛脫出運營線下方。上行線盾構機 1 178 環推進完成，盾構機盾尾剛脫出軌道交通 2 號線下行線下方。此時上行線最大隆起點為 SU 14 對應的沉降值為1.41 mm，軸線點 SU 20 對應的沉降值為 0.69 mm；下行線最大隆起點 SU 22 對應的沉降值為 1.86 mm，軸線點 SU 20 對應的沉降值為 1.41 mm。

（5）工況 5。下行線盾構機刀盤靠近運營線（初次產生隆沉疊加效應）。下行線盾構機 1 148 環推進完成，盾構機刀盤距離 2 號線上行線平面投影 5.6 m。此時上行線最大隆起點 SU 16 對應的沉降值為 2.04 mm，軸線點 SU 20 對應的沉降值為 1.47 mm，SU 30 對應的沉降值為 1.26 mm，如圖 5 所示。

圖 5 后臺盾構機刀盤靠近軌交 2號線沉降圖

（6）工況 6。下行線盾構機刀盤位于運營線正下方（產生隆沉疊加效應）。下行線盾構機 1157 環推進完成，盾構機刀盤位于軌道交通 2 號線上行線正下方。此時上行線最大隆起點 SU 16 對應的沉降值為 2.27 mm，軸線點 SU 20 對應的沉降值為1.78 mm，SU 30 對應的沉降值為 1.28 mm，如圖 6 所示。

圖 6 下行線盾構機切口到達軌交 2 號線上行線正下方時沉降曲線圖（實際值）

由于新建軌道交通 15 號線隧道上下行線設計中心間距約為 16 m，相鄰盾構機近距離掘進本身就會對土層產生二次擾動。本工程 2 條新建隧道在 20 d 內先后穿越軌道交通 2號線上下行線，更是大幅增加了已建隧道沉降控制的難度。此階段為下行線盾構機切口靠近 2 號線上行線時產生的第一次由相鄰盾構掘進引起的隆沉疊加效應。

隆沉曲線模擬值發現其與下行線盾構機 1 157 環推進完成時的沉降曲線轉折點十分相似，唯一不同點是模擬曲線右側隆起最高峰比例大于實際電子水平尺曲線右側最高峰。此現象是由于在模擬的時候把上下行線穿越時的最大隆起值視作相同，而實際情況是下行線在穿越的時候其最大隆起低于上行線，因此實際隆沉曲線顯示出來的右側最高峰低于模擬值。

在發現隆沉疊加效應規律后，對之后的沉降控制也相應作了調整，使得隧道沉降一直控制在理想范圍內。

4 結 語

上海市軌道交通 15 號線穿越運營軌道交通 2 號線，2019 年 10 月 8 日開始，至 2019 年 10 月 24 日結束，歷時 17 d。本工程在盾構機穿越軌道交通 2 號線前、中、后 3 個階段中，軌道交通 2 號線電子水平尺最大隆起點始終 ≤ 3 mm，最小沉降點始終 ≥ －1 mm。根據上海市軌道交通運行有關安全規定及設計要求，盾構機穿越施工時的軌道交通 2 號線電子水平尺沉降要求—隧道結構縱向沉降與隆起在 ± 5 mm 內，本次穿越施工任務順利完成。

相鄰盾構機近距離掘進會對土層產生二次擾動，大幅增加了已建隧道沉降控制的難度。本文以工程實際案例分析、研究相鄰盾構機短期內先后穿越已建隧道引起隆沉疊加效應，取得以下結論。

（1）第 2 臺盾構機切口接近運營隧道時，首次產生由相鄰盾構機掘進引起的隆沉疊加效應。

（2）通過運用隆沉疊加效應模擬出第 2 臺盾構機穿越運營隧道的沉降理論值，為穿越施工提供沉降參考值，以及時調整施工參數，避免由于忽略疊加效應而導致運營隧道隆沉變化過大。

（3）模擬計算和施工實際工況存在一定的偏差，施工過程中必須及時分析與調整。