地铁区间近距离下穿既有运营线区间隧道设计分析

王 根，王 林

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公,，安徽 合肥 230088;2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

随着城市轨道交通的快速发展，城市新建地铁线路与已运营地铁线路不可避免地会出现近距离施工问题，因此确保新建地铁隧道的顺利施工以及既有隧道的安全运营尤为重要。盾构法施工是城市修建地铁隧道的首选工法，其中盾构区间近距离穿越建构筑物施工的风险控制是工程设计的重难点。本文以合肥5号线区间隧道下穿1号线运营隧道为例，从设计角度出发，对区间隧道平纵断面、附属结构设置及风险控制等内容进行优化设计和探讨分析。

1 工程概况

合肥地铁5号线高铁站-祁门路站区间于高铁站北端出发，由南向北下穿龙川路市政隧道(已通行)和1号线运营线区间隧道，进入祁门路站南端。区间单线长737.389 m，采用“V”形节能坡设计，埋深11.6～33.3 m。圆形区间隧道建筑限界Ф5 200 mm，盾构隧道内径Ф5 400 mm，管片厚度300 mm。标准衬砌环管片由1块封顶块、2块邻接块及3块标准块组成，采用弯螺栓连接成环。管片环宽1 500 mm，环间采用错缝拼装方式,如图1所示。

图1 区间管片结构设计

根据区间消防要求，长度超过600 m隧道应设置联络通道，同时为满足区间隧道防、排水要求，在线路最低点处设置废水泵房。本区间设置联络通道与废水泵房合建，采用矿山法施工，复合式衬砌结构。

2 平纵断面优化设计

高铁站为1、4和5号线换乘车站，土建部分均由1号线施工单位代建并已完成施工。5号线区间隧道出高铁站后与1号线区间隧道为平行布置，为增大两条线平面交角，同时减小正下穿距离，5号线区间直线段下穿龙川路市政隧道后分别衔接R=450 m和R=400 m平曲线接入祁门路站，线路呈“S”形。

龙川路市政隧道北侧为未规划地块，分布9～12 m多年建筑堆土，呈半固结-固结状态。为增大与1号线区间隧道净距，5号线区间线路出高铁站后以23.66‰的下坡到达最低点，再以29‰的上坡接至祁门路站，最小竖曲线半径R=3 000 m。经过线路优化设计，最终选定距离1号线隧道约12 m处设置联络通道及泵房，如图2所示。

图2 1、5号线区间平面设计

区间隧道采用1台盾构从祁门路站上行线始发，掘进至高铁站并在站内调头，高铁站上行线二次始发，掘进至祁门路站接收吊出。盾构隧道穿越地层为黏土层，盾构机在29‰的隧道纵坡下推进时，应采取以下相关措施。

(1)严格控制盾构机油缸推力，谨慎纠偏，避免盾构机“上浮”或 “磕头”，特别是在同步注浆浆液没有完全提供约束力的情况下。

(2)盾构机内所有设备应平稳和安全，电瓶车停车后，要采取防滑、防溜措施，保证施工过程中不出现任何运输上的安全事故。

(3)每环管片推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下一环推进时进行复紧，克服作用于管片上的推力所产生的垂直分力，减少隧道的上浮。

(4)应适当增加隧道测量的频率，通过多次测量来确保盾构测量数据的准确性。

3 风险控制设计

3.1 相对位置关系

5号线区间隧道在里程SK22+593-SK22+643(XK22+560-XK22+610)约50 m长度范围斜下穿1号线运营隧道望湖城站～高铁站区间上行线，平面交角约21°。由空间相对位置关系，两区间隧道外轮廓最小竖向高程差为2.65 m，最小结构净距约3.24 m。5号线区间正下穿段划分为重点影响区(上、下行线长度各50 m范围)，区间正下穿前后15环划分为次要影响区，影响区内5号线区间线间距10～11.0 m，隧道顶最小覆土厚度约27.8 m。

根据相关规范和地方管理条例，结合区间穿越建构筑物重要性等级分析，本次5号线区间隧道下穿1号线区间运营隧道风险等级为Ⅰ级，应进行专项设计并评估隧道施工对1号线运营隧道的影响程度和范围。

3.2 1号线区间运营隧道现状

1号线望湖城站-高铁站区间隧道采用盾构法施工，隧道内径Ф5400 mm，管片厚度300 mm，衬砌环结构设计同5号线。望湖城站-高铁站区间上行线于2015年初隧道贯通，2016年12月1号线全线开通运营。由竣工图资料显示，5号线高铁站-祁门路站区间下穿1号线区间上行线的里程为SK14+571-SK14+665，长约94 m。

根据1号线望湖城站-高铁站区间竣工报告及运营位移监测报告显示，区间穿越段局部位置最大累计沉降为3.9 mm(监测数据截至2018年12月)。由第三方检测报告显示，区间穿越段实测衬砌管片存在错台、环缝渗漏及表面混凝土剥落等缺陷，局部管片裂缝最大宽度0.4 mm，最大错台15 mm；实测道床混凝土存在少量裂缝，裂缝最大宽度0.6 mm；其中，检测缺陷仅存在于隧道内极少数位置，并不影响隧道安全运营。

3.3 盾构掘进沉降分析

5号线区间下穿1号线区间运营隧道施工重难点是控制盾构机掘进过程中引起的地层沉降及隧道自身沉降。根据大量现场监测数据表明，盾构施工引起的地层沉降大致可分为5个阶段：

(1)盾构机到达前的隆沉，测点离盾构切口3～20 m范围内所发生的隆沉变化，一般沉降量很小，认为是隧道开挖导致的应力释放、重分布所致。

(2)盾构机到达时的隆沉，测点离盾构切口0～3 m范围内所发生的隆沉变化。当盾构机设定土压力较大、推力较大、出土量小于100%时，地表呈隆起变化；当设定土压力较小、推力较小、出土量大于100%时，地表呈沉降变化。

(3)盾构通过时的沉降，从开挖面到达观测点的正下方直到盾构机尾部通过观测点为止期间产生的沉降，表现为沉降显著增大的过程，主要是盾构推进过程中对土的扰动所致。

(4)盾构通过后的沉降，盾尾通过观测点的正下方到盾尾距离观测点1～3环期间产生的沉降，表现为沉降急剧增大的过程。主要是盾壳脱离隧道管片后，管片与地层间形成盾尾空隙，地层向盾尾空隙产生径向收敛，造成地层损失而引起的沉降。盾构机掘进过程中通过同步注浆方式来充填盾尾空隙，控制沉降。

(5)后期固结沉降，土的固结和次固结(蠕变残余变形)引起的沉降，一般沉降量较小。

由上分析可知，盾构机掘进施工过程中，地层沉降主要发生在盾构机通过时、通过后和工后沉降三个阶段。按照上述5个阶段划分的地面纵向变形曲线如图3所示。

图3 地表纵向沉降历时曲线

3.4 风险控制措施

穿越影响区地层均为黏土层，地层均匀且含水量小，推荐采用土压平衡盾构机施工。穿越重点影响区前设置长度约100 m的试验段，由试验段成果优化下穿段的推进参数。

(1)应结合工程实际情况，计算掘进压力，施工中实时调整盾构掘进压力参数。

(2)盾构机匀速掘进，禁止在下穿段停机，控制每循环的出碴量，保持开挖土量和出土量的平衡，密切关注碴土的物理性能，以计算优化控制碴土量。

(3)土压平衡盾构机掘进时应密切注意涌水量，若掌子面有水溢出时，应立即封闭螺旋输送机仓门，给掌子面或土仓室内注入泡沫或膨润土止水。

(4)盾构机在曲线上掘进时，盾构轴线控制较困难，应放慢掘进速度、小幅度纠偏、减少超挖及加大注浆量，同时加强纠偏测量工作，以减少地层损失和沉降。

穿越段施工时，需考虑若严格控制盾构掘进参数不能满足沉降变形要求的风险，因此必须采取合理的措施对地层进行渣土改良和加固处理。综合穿越段水文地质情况和相关工程经验，5号线盾构区间穿越施工过程中推荐采用“洞内注浆”加固方案。

首先通过盾体超前注浆填充盾体与土体之间的间隙，控制盾体通过时的沉降；然后在盾构管片拼装时进行同步注浆，管片与盾壳之间的间隙填充密实，控制盾尾间隙下沉，即盾构通过后的沉降；最后根据监测结果，实施管片二次注浆，控制工后沉降。“洞内注浆”加固方案对注浆参数和浆液配比有严格的技术要求。

施工过程中应加强监控量测，尤其穿越影响区应加密监控量测的监测点和监测频率，及时处理监测数据指导施工。1号线区间运营隧道内采用实时监测系统，实现监测数据采集、上传、分析，超限警报等自动化、及时化，且不影响1号线正常运营。

4 结束语

5号线盾构区间下穿1号线区间运营隧道是合肥地铁建设首个新建线路区间下穿既有运营线区间工程项目，随着合肥城市轨道交通的长远规划和建设发展，本工程成功实施累计的设计经验和工程经验可为后期越来越多、越来越复杂的类似下穿工程提供参考。