盾構隧道下穿既有線沉降控制技術的研究

周國棟

摘要：對于新建盾構區間穿越既有線的精細化管控，保障既有線路的結構安全和正常運營，成為當前地鐵盾構施工的重點研究課題。為深入研究新建盾構下穿既有運營地鐵線路的合理技術措施，結合北京地鐵近 5 年盾構下穿既有線施工經驗，詳細分析12 號線西壩河站至三元橋站區間近距離（2. 18 m）連續下穿既有10號線、機場線盾構區間工程實例，研究為沉降控制的精細化管控措施，為類似穿越施工提供施工經驗及參考。

關鍵詞：地鐵;盾構施工;微沉降控制;精細化管控

引言

隨著我國城市軌道交通建設的進一步發展，新的地鐵線路將越來越多地穿越城市中心，建設所面臨的環境條件也越來越復雜。目前，北京地鐵建設已進入網絡加密和完善階段。新線路的規劃將不可避免地進入一般的城市道路、繁華的商業區或狹窄的街道。既有建筑物對線路選擇的限制越來越嚴重。如果盾構隧道在復雜環境下施工，對既有結構的穩定性有很大影響，導致其安全性和使用功能無法得到保證，將造成巨大的損失和不良的社會影響。因此，如何控制隧道開挖對既有線穩定性的影響是近年來盾構施工面臨的一個重要問題。

1概述

近年來，隨著軌道交通建設的快速發展，北京、上海、廣州等特大城市的軌道交通建設對傳遞功能的要求越來越高，交叉路口的建設風險也越來越大。多次穿越既有地鐵線路已逐漸成為規范化的設計和施工方案。以北京為例，2017年至2020年，共有14條新地鐵盾構區間穿越既有線路。根據規劃，北京軌道交通建設線路的節點站和區間交叉口數量將在2050年左右達到118個。因此，對于盾構穿越既有線路等特殊一級風險源，如何控制新線對既有線路的影響，精細控制上拔和沉降值，確保既有線路的正常運營安全，已成為當前盾構施工研究的重點課題。

1.1國內外研究現狀

國內外學者對盾構穿越施工沉降控制做了大量的研究，主要集中在理論模型、數值分析、現場和模型試驗研究等方面，并形成了大量的成果來指導實際施工。汪洋等以廣州地鐵3號線區間盾構隧道為課題背景，通過數值模型分析計算和類似模擬試驗，研究了既有線正交地道在隧道施工過程中產生的應力和變形，并得出了既有隧道結構在正交下穿過程中的變形規律。

既有隧道下盾構隧道施工受地質水文條件和位置關系的影響，特別是對于短距離連續穿越工程，準確控制既有運營線施工引起的變形非常重要。結合北京地鐵既有線盾構隧道近三年的施工經驗，以北京地鐵12號線既有10號線西壩河站三元橋站盾構段和機場線工程2020年12月為背景，本文通過數值模擬分析和現場開挖參數優化，研究了穿越既有線的微沉降控制技術，通過合理的技術參數優化和實施，可以有效地保證既有線下盾構段的運營安全。

1.2穿越既有線新建盾構段概況

隨著技術措施的完善和施工經驗的積累，沉降控制水平也在逐步提高。2020年既有線穿越施工，平均沉降控制在-1mm以內，穿越期間最大沉降也小于1.8mm。

2盾構穿越施工風險管理措施

根據近年來的數據，北京地鐵建設的風險系統建設、精細化管理和智能化平臺應用落后于新建盾構穿越既有線零沉降的趨勢。目前，北京軌道交通盾構施工主要采用以下兩種安全風險管理體系。

2.1安全風險監控平臺

開展盾構施工過程中的安全風險控制，建立以安全風險狀態評價為核心的綜合預警發布機制，強化現場預防、預控和綜合分析的效果，大大提高風險處置水平。同時，利用信息技術，通過監測數據的實時上傳、巡邏信息的實時上報、視頻圖像的實時觀看、盾構數據的實時傳輸、預警信息的實時發布等手段，完善信息上報環節，從而實現各級安全風險監控信息的實時共享，提高管控效率，便于及時發現和處置風險。

2.2盾構施工實時管理系統

盾構施工參數遠程實時顯示，主要施工參數自動預警，盾構施工數據相關統計分析，便于分類通過對盾構施工全過程及可能出現的各種問題的分析，還可以展示盾構段的工程進度和重要風險項目，控制盾構段的整體風險分布，明確控制重點，統計盾構生產過程中的材料消耗，并對盾構施工質量進行監控。

3施工措施

3.1 土壓力設定及控制

土壓力的設定是為了保持開挖面上土壤的穩定性，即設定值盡可能接近天然土壤的側向自重應力。根據開挖面靜土壓力和主動土壓力的計算，考慮初始壓力10～20kPa，推進土壓力控制在0.09～0.12MPa。

3.2開挖速度和開挖量的設置

穿越過程中，盾構掘進速度控制在10～15cm/min，連續穩定;每個環的總開挖量應控制在43～45m3。必要時，適當調整開挖速度，以滿足土壓力控制的要求。

3.3同步灌漿

同步灌漿采用水泥砂漿，每圈同步灌漿量大于4～6m3，確保灌漿量達到理論孔隙體積的140%以上。為保證灌漿壓力具有足夠灌漿體積的最小值，并與開挖罐內土壓力相匹配，計劃同步灌漿壓力為0.2～0.3MPa。灌漿速度與盾構掘進速度一致。

3.4聚氨酯隔離環的設置

在左右線交叉段的前端和端部（隧道全斷面的360°）的5個環的范圍內注入速凝聚氨酯材料，用于防止盾構在穿越段掘進過程中同步注漿泥漿竄槽造成泥漿流失，保證注入的泥漿在隔離環之間凝結，起到良好的充填、支護和加固作用。在穿越段開挖過程中，為保證同步灌漿漿液的效果，穿越段每4圈設置一道聚氨酯隔離圈。

3.5其他措施

1）在掘進過程中加強盾尾密封脂的注入，確保盾尾密封效果良好。

2）加強施工過程中的監視和測量，準確及時地掌握施工情況，根據監測信息合理調整施工參數。

3）嚴格控制盾構姿態，提高管片受力和防水質量。盾構推力、扭矩和驅動速度應穩定，驅動應連續。當機器穿過地鐵15段時，嚴禁停車。

4結論與建議

針對新建地鐵盾構隧道近距離穿越既有地鐵隧道的風險，以數值模擬計算為輔助手段，通過對既有地鐵隧道結構及上表面實測位移變化的分析，對盾構近距離穿越既有地鐵隧道的沉降控制提出以下建議。

1）設置試驗段，采用擬定方案進行試挖，并通過監測進行檢查調整。

2）在上、下隧道結構間土層較薄的情況下，本穿越設置的聚氨酯隔離圈和泥漿控制產品的注入，對既有線路的沉降控制起到了非常積極的作用，既有隧道沉降控制在3mm以內。

3）建筑物凈空的存在是不可避免的，不可避免地會引起一定的沉降，這部分沉降在盾構施工過程中比較顯著。引起的沉降直接關系到灌漿量和漿液質量。通過合理提高注漿量和漿液質量，可減少該部位的沉降。

4）適當增加推進土壓力，加強土體改良效果，適當提高推進速度，盡量保持連續均勻推進，可以減少對土層的擾動，提高沉降控制效果。

5）充分利用監測反饋數據，根據監測結果及時調整施工方案，有利于控制既有隧道結構和地表沉降。

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