地鐵隧道盾構工程下穿既有地鐵運行線路的施工技術

摘要：簡要介紹了某城市A地鐵隧道盾構工程概況、施工難點和質量控制指標，重點闡述了在地質勘察與施工方案、盾構施工過程控制、盾構機掘進控制、注漿控制等方面的關鍵施工技術，闡述了在監測內容、監測方法、監測點位、監測數據和監測結果分析等方面的施工監測要點，可供相關工程技術人員參考。

關鍵詞：地鐵隧道；盾構掘進；下穿地鐵線路；施工技術

0 " 引言

在地鐵隧道盾構工程下穿既有地鐵運行線路的施工中，對施工安全和質量控制的難度較大，需要根據地形、地貌、地質和臨近建筑物等情況，應用有針對性的隧道盾構施工技術，消除對既有地鐵運行線路的不良影響，保證地鐵隧道盾構施工安全，創造優質地鐵工程。本文以某城市A地鐵隧道盾構工程為研究對象，重點研究了地質勘察與施工方案、盾構施工過程控制、盾構機掘進控制、注漿控制等方面的關鍵施工技術，并對監測內容、監測方法、監測點位、監測數據和監測結果進行分析。

1 " 工程概況

某城市A地鐵隧道盾構工程的左、右線長度分別為1979.711m和1971.906m，包括下穿既有運行的地鐵2號線地段。地鐵2號線地段的土體結構主要為中等風化砂巖，預制管片拼裝盾構隧道外徑為9.3m，內徑為8.4m，施工坡度為17%，地下埋藏深度為15.58m。根據施工圖紙可知，該地鐵隧道盾構工程下穿地鐵2號線盾構隧道時，其盾構隧道拱頂外徑，與地鐵2號線盾構隧道拱底外徑的垂直距離僅為1.09m。

2 " 施工難點

由于該地鐵隧道盾構工程下穿既有運行地鐵2號線盾構隧道的垂直距離很小，在該地鐵隧道盾構施工過程中，會擾動地鐵2號線盾構隧道外側的土體，導致該地段土體產生松動。這不僅會導致地鐵2號線盾構隧道外側土體變形、隧道管片位移等嚴重問題，還會增加地鐵2號線的運行風險。

為此在該地鐵隧道盾構施工過程中，如何避免對地鐵2號線的不利影響成為施工難點。破解該施工難點，必須加強對該地鐵隧道盾構施工當中的土體變形進行控制。在該地鐵隧道盾構機掘進到2號線地段之前，必須采取有效措施，保證該地鐵隧道盾構施工期間地鐵2號線地段的土體沉降值保持在允許數值之內。在保證地鐵2號線正常運行的同時，還要保證該地鐵隧道盾構施工的安全和質量。

3 " 質量控制指標

《城市軌道交通安全保護區施工管理辦法（暫行）》中，將城市軌道交通安全保護區結構變形值，規定為預警值、報警值以及控制值等3級控制指標。城市軌道交通安全保護區結構變形控制指標的具體數值，如表1所示。

表1中，報警值表示結構變形量已經超過預警值，控制值是盾構施工變形量的極限值。在該地鐵隧道盾構下穿地鐵2號線隧道施工過程中，施工企業決定通過實時監控來保證隧道盾構施工安全。當控制指標達到預警值時，施工人員須增加觀測頻次，并采取相應措施予以糾正。

4 " 關鍵施工技術

4.1 " 地質勘察與施工方案

針對該地鐵隧道盾構工程，開展詳細的地質以及臨近建筑物的勘察工作，全面掌握該地鐵隧道盾構工程的地形、地貌、地質以及地鐵2號線運行情況，通過對地鐵2號線的勘察和日常監測，分析和優化該地鐵隧道盾構下穿地鐵2號線的施工方案，提升施工方案的科學性，避免發生地鐵2號線隧道管片變形等重大施工事故，確保地鐵2號線的運行安全。

4.2 " 盾構施工的過程控制

加強對該地鐵隧道盾構掘進施工的過程控制，要求數據監測人員嚴格開展掘進監測，以便實時掌握該地鐵隧道盾構施工過程中的施工參數。調整盾構機掘進誤差，保證下穿地鐵2號線的施工安全。在該地鐵隧道盾構施工結束后，及時對該地鐵隧道盾構下穿地鐵2號線施工情況以及地鐵2號線運行情況進行監測，并將施工和運行數據反饋給技術人員，以便對潛在風險及時進行優化處理。

數據監測人員定期對監測點進行檢查，確保監測點工作正常。持續收集地鐵2號線的運行信息，優化對下穿地鐵2號線的該地鐵隧道盾構施工的控制。適當延長該地鐵隧道盾構下穿地鐵2號線施工的監測時間，尤其是對該地鐵隧道盾構掘進施工地點的監測，出現數據異常，技術人員要及時進行復查和處理。

4.3 " 盾構機的掘進控制

4.3.1 " 控制盾構機掘進參數

在地鐵隧道盾構施工過程中，要有效控制盾構機的掘進參數，提升對盾構機掘進質量的管理力度，降低盾構機在使用過程中發生故障或風險的概率，保證該地鐵盾構機不停頓施工。在盾構機掘進過程中，要加強地面監測，降低盾構機在施工過程中發生突發事件的概率，保證該地鐵隧道盾構施工的穩定性。

4.3.2 " 控制盾構機掘進速度

盾構機掘進速度的快慢，對施工區域地下土體的影響很大，為此控制盾構機掘進速度至關重要。需根據該地鐵隧道盾構施工的具體情況，科學控制掘進速度。如果盾構機的掘進速度過快，可造成同步注漿無法完全彌補隧道外側的縫隙，可導致該地鐵隧道外側發生坍塌病害。

如果盾構機的掘進速度過慢，土體長時間處于振動形態中，可造成土體松散，導致土體結構失衡。因此，在該地鐵隧道盾構施工中，一定要保持勻速、穩定的掘進速度，降低隧道盾構施工對周圍土體的影響，提高該地鐵隧道盾構施工的穩定性。

4.3.3 " 合理設置盾構機土壓力

盾構機主要依靠盾構刀盤進行掘進，并將掘進過程中切削下來的渣土送入盾構機土倉內，再通過盾構機內部的螺旋輸送機將渣土向外輸送。科學、合理地設置盾構機的土壓力，能夠有效保證土倉內部土體與盾構機外部土體的壓力平衡，避免盾構機排土施工時出現外部土體與土倉土體的壓力失衡，造成盾構機外部土體及地下水涌入盾構隧道，引發盾構機外部土體發生沉降嚴重事故。在該地鐵隧道盾構施工過程中，要持續監測盾構施工區域地下土體的變化情況，合理設置盾構機土壓力，避免發生地鐵2號線盾構隧道發生沉降事故。

4.3.4 " 控制盾構機的掘進姿態

地鐵隧道盾構施工中，盾構機的掘進姿態直接影響該地鐵隧道盾構的掘進質量，因此控制盾構機的掘進姿態非常關鍵。目前盾構機大都配置了激光自動導向系統，該系統可自動引導盾構機對土體進行精確掘進，根據工程地質情況自動調節盾構機的掘進方向和角度。

在盾構機掘進過程中，準確控制盾構機的掘進姿態，能夠延長盾構機使用壽命、提升盾構施工質量。在該地鐵隧道盾構掘進到下穿地鐵2號線地段時，要根據掘進的具體情況調整盾構機姿態。在下穿地鐵2號期間，要進行盾構姿態實時監測，出現偏差及時糾偏，杜絕大幅度糾偏的錯誤糾偏現象，盡可能降低對原始土體的擾動程度。

4.4 " 注漿控制

4.4.1 " 同步注漿

盾構機在掘進過程中，不斷完成預制管片拼裝形成隧道。隧道形成后，其外側與土體之間會存在一定的縫隙，如果不及時采用注漿方式填補該縫隙，就會造成該地鐵隧道外側的土體發生不規則沉降。因此，為了保證該地鐵隧道盾構施工安全穩定和地鐵2號線的運行安全，提高隧道與洞壁之間的緊密性，必須隨時進行同步注漿施工作業。

同步注漿使用材料的性能非常關鍵。同步注漿的材料要具備防水性能，在凝結后不受地下水的影響，其膨脹率和收縮率要低。為了保證同步注漿材料的填充性能，要適當添加增稠劑，提升漿液的黏稠度。要加強同步注漿的壓力控制，避免填充材料因壓力過大而影響填充質量。

4.4.2 " 二次注漿

該地鐵隧道盾構施工會對下穿地鐵2號線地段的土體產生較大影響，為此在該地鐵隧道盾構完成下穿地鐵2號線地段的施工后，需要對該地段的土體實施監測。如果監測數據顯示土體有松散現象，要及時采用填充材料進行二次注漿，以保證2條隧道與土體結合的緊密性。

在二次注漿施工中，須將該地鐵隧道軸線180°以上的土體，繼續進行大面積加固。采用二次注漿手段，能夠避免軌道線路附近土體發生大面積沉降，有效提升該地鐵隧道盾構施工和地鐵2號線運行的安全性。

5 " 施工監測要點

5.1 " 監測內容

施工監測內容主要分為地鐵結構變化、水平位移情況以及變形收斂趨勢等。

5.2 " 監測方法

該地鐵隧道盾構施工下穿地鐵2號線運行線路屬于高危施工項目，施工期間人工監測的時間相對較短，需要依靠儀器設備進行長時間監測。該地鐵隧道盾構施工監測儀器，選用測量機器人進行三維坐標監測，并結合人工監測的模式，定期將該地鐵隧道盾構施工下穿地鐵2號線運行線路的施工監測數據進行校對，確保施工監測數據的精準度。

5.3 " 監測點位

該地隧道盾構施工下穿地鐵2號線運行線路的監測間隔，為每5m設置1個監測斷面，每個監測斷面中有5個監測點位，以此對該地鐵隧道盾構施工進行全方位監控。

5.4 " 監測數據

為了保證監測數據的準確性，監測頻率要與盾構機掘進速度（動態掘進里程）相吻合，監測數據可分為測量機器人自動化監測頻率、靜力水準自動化監測頻率、人工監測頻率數據審核等3個方面。測量機器人自動化監測頻率統計如表2所示，靜力水準自動化監測頻率如表3所示，人工監測頻率數據審核如表4所示。

5.5 " 監測結果分析

以上3種監測方法的監測目的一致，在實際檢測中起到了相互監督、相互證實的作用。實際監測數據表明，下穿地鐵2號線運行線路盾構施工后，左、右軌道的最大沉降數值為3.9mm，道床發生沉降的數值為3.8mm，地下水位上移深度為1.4mm。

將上述監測數據與《城市軌道交通安全保護區結構變形控制指標》（見表1）進行對比，由表1可知，監測數據均在標準數值范圍之內。這說明該地鐵隧道盾構施工下穿地鐵2號線運行線路施工效果良好，保證了地鐵2號線的安全運行。

6 " 結束語

在地鐵隧道盾構工程下穿既有地鐵運行線路的施工中，需要根據地形、地貌、地質和臨近建筑物等情況，應用有針對性的隧道盾構施工技術，消除對既有地鐵運行線路的不良影響，保證地鐵隧道盾構施工安全，創造優質地鐵工程

雖然A地鐵隧道盾構下穿地鐵2號線運行線路的施工較為復雜，但是通過應用關鍵施工技術，強化前期地質勘察工作，全面掌握工程地形、地貌、地質和水文條件，通過數據分析制定科學、全面的下穿地鐵2號線的施工方案，落實施工病害防治措施，做好施工監測工作，可以有效保證地鐵隧道盾構施工的質量和安全。

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