城市地下盾構通道施工對既有地下結構影響及保護研究

摘" 要：隨著國內各大城市的快速發展，現代城市車站人流量逐漸增大，由于車站較大且投入使用時間較早，造成東、西廣場旅客不能互通，常需繞行較遠距離才能到達。解決這一問題的有效途徑之一，就是修建連接東西廣場的地下通道。該研究以鄭州市鄭州火車站東、西廣場北通道為工程實例，利用有限元軟件對地下盾構通道的影響進行受力分析和驗證，因為地下軌道交通的快速發展，地鐵隧道和其他地下結構四通八達，所以連接東、西廣場的地下人行盾構通道施工對現有地鐵隧道的影響需要進行詳細分析和驗證。從而有效保障現有地鐵結構的使用安全，使新結構的建筑質量和安全性都有較大的提高。

關鍵詞：克泥效；同步注漿；加固注漿；有限元；應力分析

中圖分類號：U455.43" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0157-04

地下人行通道施工能夠有效利用地下空間，避開地面復雜的交通線路，有效緩解人流壓力。鄭州市鄭州火車站東、西廣場北通道地下盾構通道與地下既有地鐵隧道結構相近，采用克泥效工法，同步及二次注漿加固等施工保護技術對既有結構干擾較小，采用這種技術施工，可以有效地節約工期，提高施工質量和安全，具有顯著的經濟效益和社會效益。在暗埋隧道中可廣泛使用既有結構的保護施工。

1" 工程概況

北通道全長435.41 m，其中涉鐵段274.06 m，明挖段161.35 m。盾構襯砌采用盾構法施工的上跨地鐵段上跨鄭州地鐵1號線火車站至二七廣場站區之間：隧道內徑5 500 mm，外徑6 200 mm，襯砌厚度350 mm。采用單層拼裝襯砌，由6片拼裝而成，環面寬度為1 500 mm。在此北通道盾構段上跨地鐵1號線鄭州火車站至二七廣場站區，穿越位置地鐵左線區間隧道里程為ZDK18+262.490，右線區間隧道里程為YDK18+296.054，北通道與地鐵左線、右線隧道平面夾角分別為34.2°、37.1°。北通道垂直凈距最小為2.79 m，隧道左、右線與地鐵區間垂直凈距最小為3.34 m（圖1）。

2" 施工難點分析及解決措施

2.1" 北通道盾構施工存在以下難點問題

1）距離既有地鐵隧道較近，北通道盾構施工過程中對隧道變形控制難度大。

2）由于北通道盾構施工影響，地鐵區間隧道受力發生變化，在附加應力作用下，對地鐵區間盾構管片內力、裂縫造成較大影響。

2.2" 具體解決措施

1）北通道上跨地鐵隧道需采用克泥效施工，其原理是將濃度較高的泥水類材料（克泥效水溶液，常用濃度在380～420 kg/m3）和可塑性調節劑（水玻璃 40 be'），2種不同的液體分別泵至前盾徑向孔位置處進行加壓。然后用量比取兩液為20∶1的比例混合在一起，形成具有擋水性的膠化體，具有高黏性塑性和支撐力，盾構機通過徑向注漿孔在盾體和巖層之間通過一邊掘進的同時向盾體內部注入液體，形成有效填充物，防止第三階段掘進時的沉降，也可以對第四階段的沉降進行有效控制（圖2）。

克泥效漿液注點為1點位、15點位的徑向孔洞持續注漿。克泥效注漿管在盾構前護盾和中護盾的前后點位上，根據試驗階段的泥效施工經驗總結，可根據監測情況加裝三通球閥，同步注入克泥效，強化盾殼外部的包裹性（圖3）。

2）結合克泥效工法，在盾構機掘進過程中，管片脫離盾尾后，需即刻注入足量且高質量的同步注漿漿液。由于同步注漿完成后，漿液在凝固時會發生體積收縮，部分丟失，管片背面形成空腔，使該區域地層容易發生坍塌變形，造成地面沉降，對周圍的建筑構筑物造成危害。對此，可通過二次注漿迅速填補管片后的空腔，限制地層變形空間，并加速同步注漿的凝結速度，從而切實有效控制地面下沉情況（圖4）。

2.3" 設計參數

1）克泥效將高濃度的泥水材料（克泥效水溶液，常用濃度為380～420kg/m3）與塑性調整劑（水玻璃 40be'）2種液體分別送至前盾形孔洞，按壓高濃度的泥水材料，然后將2種液體按體積比為20∶1的比例混合。

2）各方用量水泥的同步漿液配比。水泥∶砂∶粉煤灰∶膨潤土∶水=120∶680∶380∶90∶380；將注漿量控制在5 m3左右，初凝時間控制在4～6 h左右。

3）二次注漿先填單漿，再填雙漿（1∶1水泥漿、1∶0.5水玻璃漿），注漿壓力控制在3 bar左右，注漿時長25～36 min。

2.4" 既有地下隧道變形分析

通過采用巖土工程有限元軟件模擬分析本項目施工對下穿區間隧道工程的影響。模擬隧道的動態掘進施工過程對既有區間隧道工程的變形。

根據東、西廣場地下人行聯絡通道與地鐵隧道的空間位置關系，采用MIDAS-GTS軟件對北通道盾構隧道穿越地鐵區間隧道建設進行模擬分析，土體采用三維實體單元，本構模型采用摩爾庫倫模型（圖5），模型計算所需土層參數依據地勘報告中的土層物理力學指標取值，盾構管片的計算參數按建設期混凝土標號選取。因區間隧道與軌道之間為剛性連接，故將測點布置在隧道上（圖6）。

1）地鐵隧道豎向變形分析。在北通道盾構施工穿越地鐵隧道過程中，對地鐵區間的豎向變形產生一定的影響。地鐵左、右線最大豎向變形為上浮，變形量為1.645 mm和1.683 mm，均滿足豎向變形小于5 mm的變形控制要求。如圖7、圖8所示。

2）地鐵隧道橫向變形分析。根據計算結果，地鐵左、右線橫向變形表現為遠離北通道盾構方向，最大變形量為-0.409 mm和0.338 mm，均滿足橫向變形小于5 mm的變形控制要求。如圖9所示。

3）根據計算分析結果，在施工全過程中選擇變形較大處進行統計，地鐵區間管片徑向收斂變化趨勢如圖10、圖11所示。

由圖10、圖11數據可得，地鐵區間隧道最大徑向收斂均發生在北通道與地鐵相交位置，最大徑向收斂值分別為0.435 mm和0.569 mm，均小于10 mm，滿足變形控制要求。

3" 現場施工過程中應注意的事項

3.1" 穿越段克泥效施工控制措施

1）依據試驗段狀況，精確調控土倉壓力，使其波動維持在極小范圍，并優化渣土改良，保障掌子面的穩定狀態。

2）科學規劃推進速度，確保全程穩定，起止階段應平緩增速或減速，避免速度突變。

3）嚴格把控出土量，基本遵循理論出土量，必要時適度欠挖，維持土體緊密程度，防止超挖引發地層松動。

4）同步監測刀盤正上方與前方的地面狀況，實時掌握沉降或隆起數據，據此靈活調整土倉壓力與出土量，確保地層穩定。

5）管片脫離盾尾瞬間，迅速注入足量優質的同步注漿漿液，加速膠結過程，降低漿液損耗，以壓力控制為主、注入量為參考，保證填充效果，減少地層損失，穩固盾構周邊土體結構。

6）根據試驗段掘進情況，及時調整盾構機掘進姿態。

3.2" 同步注漿及二次注漿施工控制措施

1）嚴格按照制定的注漿施工方案和有關注漿的規范進行施工。

2）嚴格按照配比進行漿液配制。

3）注漿前，需仔細檢查管片狀況，注漿時全程跟蹤觀察。一旦發現管片破損、位移等異常，即刻停止注漿，并迅速向相關部門報告。

4）注漿中若壓力過高但效果不佳，應馬上檢查注漿泵及管路有無堵塞，及時清理，確保注漿順利進行。

5）注漿期間發生停機，無論何種原因，都要對注漿泵和管路進行清洗。注漿結束后，必須做到“工完料清”，將所有機具清潔干凈并歸位擺放。

6）開始注漿前，要確保同步注漿管路的所有球閥處于關閉狀態，防止漿液泄漏等問題。

7）注漿前查看盾尾油脂腔壓力，若壓力不足，適量注入盾尾油脂，保證注漿時盾尾有足夠壓力，防止漏漿。若注入時出現盾尾漏漿，暫停5～10 min后再重新注入，確保注漿質量與施工安全。

4" 現場實際效果

本項目已施工完成段結構監測數據顯示既有地鐵隧道豎向、橫向變形及徑向收斂均在設計控制變形值范圍內，施工效果良好。

5" 結論

通過本項目的研究及實踐經驗，可以得出以下結論：

1）為減小對地下既有結構影響，盾構施工采用克泥效注漿加固頂進及同步注漿、二次注漿等補償措施，增加土體剛度、承載能力及變形能力，保證地下既有結構使用安全，此方法可應用到其他結構施工中。

2）保障施工整體過程的安全可靠，可通過應用仿真計算、結構設計與工程實際相結合，有效控制施工過程中地表沉降、管線沉降、地下既有結構變形等各工序施工技術、質量控制。

3）以上措施均應進行理論計算和現場試驗后實施，以滿足預設的施工效果及安全。

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Abstract： With the rapid development of major cities in China， the flow of people at modern urban stations has gradually increased. Due to the large size of the stations and their early operation， passengers in the east and west squares cannot communicate with one another， and they often have to detour long distances to reach them. One of the effective ways to solve this problem is to build an underground passage connecting the east and west squares. This study takes the north passage of the east and west squares of Zhengzhou Railway Station in Zhengzhou City as an engineering example， and uses finite element software to analyze and verify the impact of the underground shield passage. Because of the rapid discovery of underground rail transportation， subway tunnels and other underground structures extend in all directions， the impact of the construction of the underground shield pedestrian passage connecting the east and west squares on the existing subway tunnel needs to be analyzed and verified in detail. This effectively ensures the safety of the existing subway structure and greatly improves the building quality and safety of the new structure.

作者簡介：紀彥飛（1983-），男，高級工程師，副總經理。研究方向為城市區域施工對既有地下結構影響及保護。