新建盾构隧道超近距离下穿既有运营地铁线路沉降及安全控制

新建盾构隧道超近距离下穿既有运营地铁线路沉降及安全控制摘要：随着城市轨道交通建设的推进与发展，城市地下空间的不断开发，地铁线路网状发展，新建地铁线路穿越既有运营线路的情况越来越多。

在新建地铁盾构隧道施工期间，为了确保既有运营线路的运营安全，对新建地铁盾构隧道沉降控制提出更高的要求。

本文以郑州地铁10号线医学院站～郑州火车站区间盾构近距离下穿既有运营1号线地铁隧道为例，重点分析研究盾构近距离穿越运营地铁线路的沉降及安全控制。

关键词：盾构隧道、运营地铁线路、沉降及安全控制引言随着国内盾构施工技术的蓬勃发展，广泛应用于地铁隧道施工，下穿河流、高大建筑、危楼、既有铁路及地铁线路等，这给地铁盾构施工沉降控制提出更高的要求，不断优化技术措施，将盾构施工引起的沉降控制在最小，减小对周边环境的影响，盾构掘进施工期间需超前筹划、精心组织与管理。

本文以郑州地铁10号线医学院站～郑州火车站区间盾构近距离下穿既有运营1号线地铁隧道为例，重点阐述盾构近距离下穿既有运营地铁线路的沉降及安全控制措施及方法。

1.项目概况：1.1工程概况新建郑州地铁10号线医学院站～郑州火车站区间盾构于ZK42+121.140～140.066（隧道中心线相交点）向下斜穿运营地铁1号线中原东路站～郑州火车站区间隧道，与既有运营1号线区间隧道斜交角度为41°～44°，竖向距离为2.18～2.31m。

1号线既有盾构区间直径6.0m，管片厚度0.3m，于2013年12月28日正式开通试运营。

隧道顶部既有西工房小区5层楼房1座，无地下室，条形基础，砖混结构，建于80年代。

图1-1盾构下穿段模型图1.2水文地质条件医学院站～郑州火车站区间地貌单元为黄河冲洪积一级阶地。

根据区间野外钻探、现场鉴定和原位测试结果，70m勘探深度内所揭露土层均由第四系堆积物组成。

区间下穿段段从上至下土层依次为：①杂填土、①1素填土、⑤1粘质粉土、⑤2粉砂、⑥2黏质粉土、⑦2粘质粉土、⑧11粉质粘土、⑧12粉质粘土，新建10号线区间主要穿越地层为：⑧11粉质粘土；既有1号线区间位于：⑥2黏质粉土、⑦2粘质粉土、⑧11粉质黏土。

本区间场地地下水类型属第四系孔隙潜水，场地勘察期间，稳定地下水位埋深14.24～15.60m，平均稳定水位埋深14.78m；稳定水位高程标高为90.01～90.76m，平均稳定水位标高90.38m。

地下水位年变化幅度约3.0～5.0m，历史最高水位约93～94m，西高东低，高于结构底板标高，既有1号线隧道顶位于水位下约2.38m，新建10号线隧道顶位于水位下约11.4m。

图1-2水文地质剖面图2.外部施工对运营线路变形控制标准通过结合《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB 50911-2013）以及《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T202-2013）以及郑州当地其它类似工程经验和现场监测数据，在综合考虑预测变形值和结构容许变形值的基础上考虑一定的安全系数，确定既有地铁结构变形的控制指标建议。

具体考虑下列几种因素：1）《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013）中对地铁结构控制值的要求；2）其它类似工程经验和现场实测数据的参考；3）地铁结构承载能力极限状态允许变形值、正常使用极限状态允许变形值；4）施工对结构的影响；根据以上结论和工程实际特点及郑州地区经验，同时依据现有常规测量仪器的监测精度，综合运营安全要求及变形预测结果，确定本次施工过程对既有地铁1号线区间隧道结构影响的变形控制值。

并将控制值的80%作为报警值，60%作为预警值，给出控制指标，如下表3.4-3所示。

表2-3 区间结构与轨道变形控制指标3.盾构下穿施工主要控制措施盾构下穿运营地铁1号线主要分为三个阶段：盾构穿越前试验段施工（含克泥效注浆、同步注浆、二次注浆、施工监测）；盾构下穿既有线施工（含克泥效注浆、同步注浆、二次注浆、施工监测）；穿越后洞内补充注浆加固（施工监测）。

盾构下穿1号线期间阶段划分3.1盾构掘进参数控制盾构掘进姿态控制：盾构下穿运营地铁1号线期间严禁进行盾构纠偏作业，盾构到达前试验段期间将盾构机姿态调整至规定要求。

根据线路参数及前期成型管片测量结果，下穿期间盾构机姿态控制为：水平0（±5mm）；竖直-20（﹣5～0mm），竖直前点姿态高于后点5mm，盾构机处于昂头状态。

3.2土仓压力控制盾构下穿运营地铁1号线区间，拱顶埋深h＝23.1m，下穿段段从上至下土层依次为：①杂填土、①1素填土、⑤1粘质粉土、⑤2粉砂、⑥2黏质粉土、⑦2粘质粉土、⑧11粉质粘土。

上部土仓压力控制为2.0bar，考虑盾构距离1号线区间距离较近（2.18m），盾构施工期间土仓压力波动范围为-0.3～0bar。

3.3同步注浆控制每环的建筑空隙为：(6.44²-6.2²)×1.5=3.27m³/环每环注浆量控制在理论值的1.0～1.3倍，即每环的注浆量为3.27～4.25m3同步注浆应及时、连续，严格卡控浆液指标，实行注浆压力及注浆量进行双控，做好注浆记录，出现漏浆、浆液质量不合格、浆液不足时应及时汇报当班领导。

3.4出土量控制每环理论出渣量：Q实方＝π×(D/2)2×L=3.14×10.43×1.5=49.3m³；其中：D——盾构机刀盘直径L——每循环掘进距离渣土膨松系数取110%～120%之间，即1.5m管片出渣54m³/环～60 m³/环，严格卡控出土量，及时做好记录。

出渣异常情况下必须上报当班领导。

采取实际出土方量与龙门吊称重双重控制标准。

3.5盾构主要掘进参数控制盾构主要掘进参数控制表3.6二次注浆控制盾构下穿运营地铁1号线期间，管片脱出盾尾后5～7环开始启动二次注浆，根据掘进环数持续跟进，注浆间隔为2环，选择顶部注浆孔，注浆量0.8～1.5m³/环。

二次注浆浆液为瞬凝性且具有较高早期强度的水泥一水玻璃双液浆。

水泥浆水灰比为1:1，水玻璃浓度为42波美度，试验室凝固时间控制在35s～50s以内。

二次注浆主要采用压力控制，压力控制在0.2～0.3MPa。

瞬间最大压力大大于0.45MPa，以免对管片及运营1号线既有隧道结构造成损坏。

3.7克泥效注浆工艺盾构在试验段掘进期间，即启动“克泥效”注浆，克泥效是由合成钠基黏土矿物、纤维素衍生剂、胶体稳定剂和分散剂构成。

克泥效工法是将高浓度的泥水材料（克泥效水溶液，常用浓度为350～500kg/m³）与塑强调整剂（水玻璃40be’）两种液体分别以配管压送到盾体径向孔处，再将该两种液体以体积比20：1的比例混合，形成高黏度塑性具有支撑力挡水性胶化体后，填充盾体与土体之间的间隙，达到有效控制盾构掘进期间盾体范围内的地层沉降控制。

“克泥效”注浆范围为：61～111环。

注入量＝（D²-d²）π/4×1.5m＝（6.422-6.22）π/4×1.5m＝0.76 m³/环“克泥效”注入率取1.3，最终注浆量＝0.76×1.3＝1.0 m³/环在前20环试验段掘进时加强地面监测，及时对监测数据进行分析，同步调整盾构机同步注浆压力和注浆量，确保填充效果，控制地层浆液损失，同时应保证同步注浆的及时性，密切关注同步注浆浆液储量，及时通知进行放料补充，保证下穿安全。

4.盾构下穿卡控要点4.1盾构掘进参数卡控盾构下穿期间严格卡控各项施工参数，尤其注意：注浆压力、土仓压力。

压力必须稳定，严禁上下波动范围过大，可能导致运营1号线既有结构造成上浮或下沉，情况严重会导致列车停运。

（1）土压波动范围在0.3bar，（-0.2～+0.1bar）；（2）盾构不推进，停机期间压力损失后，及时启动建立土压，减压需少量、多次。

（3）注浆量与注浆压力进行“双控”，交叉点正下方以压力为主，注浆必须匀速，与推进速度相匹配。

（4）严格卡控浆液指标：稠度、泌水率、初凝时间。

4.2渣土管理可控盾构下穿既有1号线期间，严格执行渣土管理措施，严格统计出渣情况，出渣异常情况时，第一时间汇报当班领导，严禁私自处理。

出渣超方将导致地层形成空洞，严重将导致塌方，影响1号线既有结构及列车运行安全。

（1）出土量通过方量核算、龙门吊称重进行双控。

（2）地面渣土坑及时清空，防止环保管控后，渣土外运受阻，影响盾构向前掘进。

（3）螺旋机出土应于盾构推进速度相匹配，严禁出土波动过大。

4.3工序衔接管理盾构下穿既有1号线期间，盾构需匀速向前推进，快速通过下穿段，远离风险源是最好的措施，盾构通过后，后续补充注浆、深孔注浆（预留措施）才能跟进。

（1）专人专职，守岗尽责，严格抓控每一个环节，确保工序衔接的连续性。

（2）盾构下穿前双车推进，严格卡控运输环节，材料提前备足。

（3）所有管理人员、作业工人，实施现场交班制度，交接清楚。

（4）每天盘点现场材料消耗，及时进行补充，重点关注：砂浆站、管片供应。

（5）现场工序必须做到“忙而不乱”、人人尽职尽责。

5.盾构下穿施工主要预防措施盾构下穿既有1号线期间，施工难度极大，风险极高。

需制定详细的预防措施，规避风险，降低施工难度，超前考虑全面预防，确保既有1号线运营安全，根据风险识别，主要预防措施如下：（1）盾构下穿既有1号线前，对设备进行全面检修，评估设备性能，防止盾构下穿期间因设备故障停机，确保一次性顺利穿越既有1号线区间。

（2）梳理现场应急物资及应急设备，避免因应急准备不足，导致失去最佳抢险时机，造成更大的结构损害。

（3）盾构下穿前将地面渣土坑出空，确保渣土坑寸土量可满足盾构下穿段掘进，一次性连续穿越下穿段施工。

（4）对所有参与一线施工人员进行培训，宣贯施工风险及卡控要点，提高一线施工人员风险认识，稳步推进，完成盾构下穿段施工。

（5）做好方案交底工作，过程中技术监督与卡控，技术方案100%落实到位。

（6）盾构下穿段施工前，召开动员大会，进行全面部署，人员分工明确，分工不分家，众志成城，齐心并进完成施工。

（7）加强施工监测频率，监测数据及时反馈指导盾构掘进，做好信息化施工。

（8）建立微信交流管理群，参与各方做到信息沟通畅通。

结束语通过郑州地铁10号线医学院站～郑州火车站区间盾构近距离下穿既有运营1号线区间隧道交叉段的应用，效果明显，对盾构掘进施工引起的沉降起到决定性作用，大大减小了对既有运营1号线区间隧道的影响。

通过既有1号线自动化监测结果显示：最大沉降只有3.65mm。

作者简介：曹超超 (1991-) 本科学历，工程师，主要从事城市地铁及盾构掘进施工。