盾构隧道近距离下穿既有运营隧道的施工技术

张文贺

（中国铁建大桥工程局集团第二工程有限公司 广东深圳 518000）

隧道下穿施工项目难度大、施工环境复杂，在施工中容易造成对周边环境如建筑物安全的影响。因此，我们需要采取适当的应对措施，对新隧道从既有隧道下面垂直穿过时产生的变形影响方面予以控制。近年来，笔者就盾构隧道穿越施工引起的土体扰动问题进行了诸多的研究，得出了相应的施工控制措施，既保证近距离叠交施工安全稳定，又能减少隧道扰动。对于城市地下轨道交通开发利用来说，该技术研究成果具有很大的应用指导价值。

一、工程概况

某城市轨道交通6号线工程第19个站，车站位于中新大道西与星海街的交叉路口，沿中新大道西布置，为地下二层岛式站。该站为工程中间站，往西为中新大道西站，往东为李公堤西站。车站大里程端盾构为始发、小里程端连接中新大道西站～星海街站明挖区间。该车站为地下二层岛式站，采用单柱双跨（局部为双柱三跨）现浇混凝土框架结构。经过现场勘察，对数据采用数值模拟分析，经过三维模型进行分析计算，通过数值模拟计算结果得到地铁盾构下穿临近已运营地铁隧道的扰动程度，用于指导施工，确保地铁隧道运营安全。相关参数获得之后，采用计算分析的方法，对已运营地铁隧道扰动影响进行分析，得出结论为经过开发之后，既有隧道结构位移最大的监测点产生了一定的沉降，地表竖向位移变化与既有隧道结构位移变化趋向一致，既有隧道右线结构和上方地表出现了较大沉降，尤其是在盾尾发生了突出，导致地表沉降数值超过预定范围。

二、盾构施工下穿隧道既有线路技术分析。

（一）进场前的准备工作

组装调试前，项目部整个过程进行周密的筹划，对所用设备材料进行详细的准备，对人员进行精心的组织。组装时按照既定的方案，结合现场的情况进行高质、高效、安全的组装工作。试验段进行围岩量测、地表建筑物监测、爆破地震波振动速度量测，根据测量结果及时修正施工方法、钻爆设计参数及循环进尺。隧道拱顶路面沉降观测采用电子水平仪、水准尺。收敛变形量测在隧道开挖后，周边点的位移是围岩和初期支护力学形态变化最直接、最明显的反映，净空的变化是围岩变形最明显的体现。

（二）施工阶段的技术应用

为了确保既有隧道的结构、运营和新建铁路隧道的施工安全，经过反复的方案论证和优化，将开挖爆破震动控制到最低限度，以保证既有隧道的安全，减少既有隧道下沉和变形量。为实现上述目的，Ⅴ级岩段采用中隔壁（CRD）法施工。为确保地表隧道及其行车的安全，有效控制爆破产生的振动对地表高速公路隧道的影响，爆破技术方案主要从两个方面考虑，一是采用爆破干扰降震技术降低爆破对围岩的震动；二是采用振动测试仪检测爆破震速，确保震动速度不超过安全震速（10cm/s）。为了更好地控制爆破规模，采用短进尺、控制一次性起爆药量的方法来减弱新建隧道爆破地震波的强度。同时，采用预裂爆破、阻隔减弱地震波向瑞坡隧道传播、扩散，利用微差爆破技术达到干扰降震的目的。

隧道初期支护及衬砌施作技术应用——初期支护紧随开挖工作面及时施做，尽量减少围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩松动。喷射混凝土采用湿喷法施工，严格控制各种原材料的掺配，保证砼施工的和易性及喷层强度稳定；钢支撑重点控制拱脚稳定，钢拱架锁脚锚杆均采用φ42钢花管。初期支护及衬砌施作严格按照“重地质、超前支护、弱爆破，短进尺，少扰动，早喷锚，勤量测，早成环，二次衬砌紧跟”的规则控制。[1]

1.平衡盾构背土以及地层沉降量，控制土仓压力

施工过程中根据出土情况进行监测数据的获取，对获得的数据如土体推力、出土数量、土体压力进行分析，得到压力波动差值、平衡土体压力等参数，为施工提供依据，便于施工环节进行技术调整。严格控制差值是为了降低平衡波动，防止超挖、欠挖发生。

2.严格控制盾构的推进速度

正确下达每班掘进指令，建议推进速度应控制在2.0～3.0cm/min，并在推进过程中保持匀速，减少扰动周围土体，根据实际情况和理论依据加以施工及时调整，如排土量控制在理论值的95%，即38.5～39.9立方米/环，施工中保持每日推进5～6环的推进速度，保持均衡施工，与出土速度匹配，尽量长时间停机事故发生，做到均衡施工。

3.严格控制盾构的纠偏量

盾构施工过程中，工程技术人员会根据以往盾构穿越铁路的经验，精准获得地面荷载、地质变化、隧道沉降、地层埋深等参数，并且还要对各类设备进行检测，如刀盘扭矩、千斤顶的推力等，经过跟踪勘探、测量信息、跟踪调整，控制每次纠偏的量。小偏差应及时纠正，防止出现盾构过程中数据偏差严重的问题。这要求盾构机操作人员须操作得当、严格执行指令。

4.同步注浆和二次注浆

为控制地面沉降，进行同步和二次注浆。根据盾构的形式和地质情况，对地层进行甄别，如粘土层土压力作用要均匀，淤泥质土层注意迅速注浆，对砂层确保注浆稳定，对自稳性较差的地层确保使管片组成的衬砌环早期稳定，在盾尾间隙产生的同时迅速注浆以填充盾尾间隙，确保注浆及时。根据盾构的形式和掘削土层的性质，准确选用相应的注浆材料、注入时期、范围和施工工法选择是关键[2]。采取二次注浆的方法，确保盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大、过频。每隔5环检查管片的超前量，隧道轴线和盾构轴线折角变化不能超过0.4%。

为防止与管片间夹角过大造成土体损失，可采用稳坡法、缓坡法推进，随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化，推进时不急纠、不猛纠，避免盾构，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压注意动态变化以减少盾构施工对地表的影响[3]。

（三）施工安全措施

1.施工生产将建筑物安全及管线安全摆在首要位置。要加强施工管理，严格控制施工程序，防止因施工不当而对周边建筑物及管线产生不良影响。

2.结合本标段盾构穿越既有运营隧道这一特点，加强对桥河的调查排查，掌握其桥梁基础形式、河底标高、水流、深度等第一手资料，必要时根据实际情况制定针对性措施，保证其安全。

3.根据盾构施工要求，在盾构机选型时，选择了适应性强、性能良好的盾构机进行施工，从注浆、推力、扭矩、开口率等多个参数方面择优选择；同时，施工中将采用进口盾尾密封刷、进口油脂和优质的泡沫添加剂。这些都为顺利穿越奠定了坚实的基础。

4.对盾构机进行全面检修和围护，配置易损易坏的配件和备件，并制定好在隧道内检修的预案，一旦盾构机或后配套设备出现故障，按预案进行应急检修；检查盾尾密封系统的工作情况，必要时更换盾尾密封刷，确保不出现漏浆漏水现象。

5.盾构机掘进通过试推进摸索出与穿越房屋工况大致相同的各项最佳参数，确立通过建筑物的最妥善的掘进方法，提高变形的预测解析精度，布置合理的保护措施。

6.盾构机穿越阶段应低速、匀速掘进，控制盾构机掘进速度在2～3cm/min，防止因掘进速度快导致姿态变化量大而造成的土体扰动加大；严格控制盾构机的姿态，盾构机纠偏时，采取勤纠慢纠的原则；及时进行同步注浆和二次注浆，增设一台同步注浆泵，严格控制同步注浆量及注浆压力，根据注浆速度和注浆量调整推进速度，防止推进过快而注浆速度慢导致地层沉降[4]。

（四）加强施工监测

对周边环境进行全方位的监测，特别是报警值的设定，还要同有关管线的业主单位沟通，根据房屋的新旧程度、基础类型、年代、结构形式等综合确定，必要时要提高标准，确保万无一失。当监测数据异常时，应增设监测项目或监测点位、加大监测频率，为施工提供第一手资料。制定详细应急预案，准备充足的应急物资和设备，配备专业应急抢险队伍，加强演练，险情发生时做到快速处置，最大程度地减小对周边环境造成的不利影响。

三、盾构施工下穿隧道既有线路技术注意事项

（一）保持开挖面的稳定，解决土压带来的问题，需要对土体改良和图层处理，控制土体的塑性和泌水性、流动性。对土体进行处理，进行开挖，采用盾构掘进技术，可以增大土体流动性，确保开挖的土体和刀壁附和。

（二）盾构掘进注意保持盾构排土量控制螺旋输送机的额转速。

（三）注意注浆方式的选择，了解地面的沉降，利用盾构机管片脱出盾尾产生的缝隙进行注浆填充[5]。壁后注浆可以避免盾构推进产生强大的推动力传递到围岩上。

（四）管片施工中走向和管片姿态十分关键。对于管片拼接的姿态选择，要注意根据计算值，在允许的偏差内保持隧道设计轴线沿着盾构机推进的方向前进，严格控制环面的平整度。

四、结束语

隧道下穿既有线路施工中，对施工中引起地面和临近建筑物变形应提起重视。为防止塌陷等安全问题，更好地将安全问题解决措施等落在实处，就要做好地下穿隧道空间掘进，对当前盾构法不断进行技术创新和实践，为施工项目质量提升发挥作用。