盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术

盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术摘要：深圳地铁3号线购物公园站～福田站区间盾构施工需下穿已运行的1号线隧道，其中两隧道最小净距为1.23米。

通过对工程现场条件综合分析及力学模型研究和计算，综合各方论证结果，确定施工方案并进行盾构施工关键技术研究，为下穿施工中提供全面的技术参数，施工完成后，既有运行线内各项控制指标得到了有效控制，未对已运行线结构及道床、轨道产生不利影响。

关键词：盾构隧道；实时监测；控制指标；参数；沉降中图分类号：U456.3文献标识码：A文章编号：1前言1.1工程背景深圳地铁3号线购物公园站～福田站区间右线下穿隧道与正在运营的深圳地铁1号线隧道之间的最小净距为1.46 m，左线最小净距为1.23 m。

区间下穿隧道主要位于全风化花岗岩层和强风化花岗岩层，隧道覆土厚度约为18m，线路坡度为-5‰，采用通用型管片，管片外径6.0m，内径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块（一块封顶块、两块邻接块、三块标准块）。

1.2难点及风险分析1、技术难点新建地铁与下穿的既有运行线最小净距1.23米，盾构掘进对既有运行线影响较大，根据深圳市地铁公司《城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行）》规定，运营线路轨道竖向变形±4mm，两轨道横向高差<4mm，水平及水平三角坑高低差<4mm／10m，轨距+6mm~-2mm；控制指标严格，对盾构掘进控制要求高。

2、工程安全方面存在的风险正在运营的地铁1号线因沉降过大影响营运，甚至造成停运的风险，社会责任重大；下穿区域全强风化地层中存在球状风化体的风险；盾构机选型及后配套设备故障导致停机引起的安全风险。

2施工模型研究及方案确定2.1施工模型研究1、施工力学行为数值分析―力学模型1）正交段最小净距仅为1.2m，上洞埋深为10.6m；2）综合判定围岩级别为Ⅴ级，夹土体围岩按加固考虑；3）主要模拟新建隧道开挖对既有1号线运营线隧道的影响；4）采用FLAC3D进行力学分析。

图1力学模型示意图2、施工力学行为数值分析―计算结果1）地表沉降为7.7mm，既有隧道（1号线）最大沉降3.9mm，附加拉应力达到1.25MPa。

2）上下两洞之间地层的最大主应力值将达到0.25MPa，下洞（3号线）最大轴力为616kN，最大弯矩为28kN?m，均位于两侧边墙部位。

目标地表与既有1号线隧道随施工的下沉情况如图2和图3所示。

图2目标面地表随施工沉降情况图3既有隧道（1号线）随施工下沉情况2.2控制指标根据深圳市地铁集团《城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行）》的规定，参照多次专家论证会的论证意见，新建盾构隧道施工对既有1号运行线影响的控制指标按三级预警制度进行管理，即，预警值、报警值、控制值三级。

预警值取控制值的50%，报警值取控制值的80%，结构变形控制指标如下：表1结构变形控制指标（单位：mm）2.3施工方案由于新老两条隧道之间间距较小，提前对其加固可能会破坏原有土体的稳定性，不但起不到应有的加固效果，反而会造成所夹土体变形、沉降，加剧既有一号线运行线隧道的变形。

因此，结合地层条件采用严格控制盾构机掘进参数的方法，直接掘进通过既有1号线运行线。

左右线各采用1台海瑞克盾构机进行下穿地铁既有运行线的施工。

盾构通过该区域范围时列车限速（<25km/h）。

将进入交汇区前20m隧道设为试验段，按控制1号线隧道沉降标准的50%对地面沉降进行控制，以确定合理的盾构掘进参数。

进行下穿地铁1号线施工时，盾构机采用土压平衡模式，均衡、连续、匀速通过交汇区。

施工中在地表布设监测点及在地铁1号线隧道内布设自动监测系统反馈的监测数据指导下，结合地质情况，及时调整土仓压力，千斤顶推力等施工参数，做到信息化施工，确保盾构机安全下穿地铁1号线既有运行线。

3关键技术控制3.1盾构机改造在盾构机下穿过程中，为防止盾构机停机及设备故障造成既有运行线沉降，需对盾构机做如下改造：1、盾构机中盾12点位增设径向注浆孔。

当盾构机停机时，可用盾构机台车上提前准备好的二次注浆机通过盾构机中盾12点位上增设的径向注浆孔向盾体周围注入Na基膨润土。

2、在盾构机二号台车膨润土箱处加设高压水泵。

在盾构机下穿施工过程中，一旦发生盾构机泡沫管堵塞，且短时间内无法疏通时，则立即启动膨润土箱增设的高压泵，通过土仓壁3点位、9点位以上的注入孔向土仓内喷射泡沫剂，防止仓温过高及结泥饼。

3.2实时监测技术1、监测范围的确定自动化监测系统的监测范围是，深圳地铁1号线下穿交汇区域两侧各40m共80米的范围。

每5米一个断面，共布设17个监测断面。

每个断面在轨道附近的道床上布设两个沉降监测点，中腰位置布设两个水平位移监测点，隧道拱顶布设一个拱顶沉降监测点，即每个监测断面布设5个监测点。

为了更直观反映既有运行线结构与道床的变化，处于既有运行线隧道与新建隧道相交位置的5个断面的道床边缘管片上增设两个监测点，达到每个断面布设7个监测点。

各观测点采用连接件配小规格反射棱镜，使用膨胀螺丝及云石胶锚固于监测位置的管片侧壁及道床混凝土中，棱镜反射面指向工作基点，各观测点位的布设见点位布设图。

图4监测点布置平面图图5不同监测点断面布置图2、自动监测系统特点为了充分发挥TCA智能全站仪的优越性，减少作业人员的工作量，测距时不进行温度和气压的测定，直接得到变形点的三维坐标。

采用极坐标法进行施测，然后对施测结果进行差分处理。

自动监测系统原理如下图：图6自动监测系统原理图TCA全站仪的主要优点包括：无人值守，完全自动；监测精度高；实时处理，可视化显示；可靠性高，运行成本低；变形点增减灵活，成本低廉。

3、自动监测系统的实施根据施工要求，为满足下穿期间实时监测要求，采用远程自动化实时监测，同时，为满足施工期间及工后一定周期的日常维修安全监测要求，对本工程辅以人工监测的方法。

具体监测项目内容和频率如下表。

表2监测项目内容和频率一览表3.3盾构掘进技术控制1、施工组织及工序管理1）施工顺序：根据左右线工期安排，先施工左线隧道，再施工右线隧道。

2）施工范围确定本次下穿地铁1号线既有运行线的施工分为3个施工区域，既有1号线与3号线交汇区域为危险区，危险区两侧各6米范围为风险区，风险区域两侧各20米为预警区。

由交汇段里程ZDK5+477.17～ZDK5+497.25和YDK5+476～YDK5+496.3，并考虑到盾构机千斤顶行程为0时，千斤顶底座与盾尾距离2.8m，与刀盘距离5.55m，确定为左线在交汇区的施工范围为17~38环，右线为16~37环。

3号线盾构掘进至预警区时，1号线既有运行线开始实行自动化监测。

图6施工风险区域划分3）进度分析盾构掘进段循环时间计算，依据以往类似工程经验，盾构掘进按60min/每环考虑，管片安装按40min/每环考虑，每6m一次的接水管施工与管片拼装施工平行作业，每6m一次的接钢轨施工与盾构掘进施工平行作业，其他出渣、管片运输等影响时间按20min/每环考虑，则每循环需时间为2h，每天进度指标为12环。

4）盾构掘进施工工序主要包括：轴线控制、管片防水、管片安装、同步注浆、盾尾油脂的压注、泡沫剂的压注及二次注浆等，每道工序均有成熟的程序，施工过程中需严格按程序进行。

2、盾构掘进参数的确定1）土压平衡状态下的设定土压力P＝kγH （k：土压力的侧向系数，视覆土性质和厚度而定，一般在0.5～0.7之间；γ：土的容重；H：隧道中心埋深），在工程实施过程中，根据实际情况可作适当调整。

2）推进出土量控制，理论出土量＝/4×D2×L＝/4×6.282×1.5＝46.4m3/环。

考虑岩土的松散系数，盾构掘进时的实际出土体积约为67.5 m3/环。

现场实际计量时，出土量控制可采用掘进300mm出渣1车来控制。

过程中一旦有超量现象，必须对该区段进行处理，包括二次补浆，乃至地面注浆加固等措施。

3）道宽度为115～140mm的环型空隙。

为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地层变形过大而危及1号线安全需要进行注浆。

同步注浆采用盾尾壁后注浆方式，通过控制同步注浆压力和注浆量（注浆压力控制在0.25Mpa左右，每环注浆量6.5m3左右）来确定注浆时间。

具体注浆参数需通过试验段地面沉降情况进行确定。

注浆配合比采用如下设定，在施工中可适当调整。

表3同步注浆配合比3.4沉降观测结果在左线盾构机下穿施工完毕后，1号线既有运行线的上行线结构监测点最大沉降稳定在-6.5mm，下行线结构监测点最大沉降-5.0mm，轨床最大沉降-4.4mm（下行线），轨床差最大为0.66mm（上行线）。

各项监测指标均在控制值范围内。

在右线盾构机下穿施工完毕后，1号线既有运行线的上行线结构监测点最大沉降稳定在-13.6mm，下行线结构监测点最大沉降-11.05mm，轨床最大沉降-11.55mm（下行线），轨床差最大为2.05mm （上行线）。

各项监测指标均在控制值范围内。

4结论1、下穿施工完成后，既有运行线内各项控制指标得到了有效控制，未对既有运行线结构及道床、轨道产生不利影响。

2、在右线盾构下穿1号线既有运行线过程中，1号线地铁列车未进行任何限速及其他控制措施，下穿施工未对列车营运造成不利影响。

3、此次下穿组织模式已被深圳市政府当做典范成功进行推广使用。

参考文献：[1]刘建国. 深圳地铁盾构隧道技术研究与实践[M]. 人交通出版社, 2011.[2]马福东, 石伟强. 复杂条件下结构穿越既有线设计与施工技术[J]. 现代轨道交通, 2008(3).[3]科峰. 盾构法隧道施工技术简介[J]. 人民珠江, 2003(5).[4]何焕雄. 盾构法施工技术及其在我国的发展和应用[J]. 建筑技术开发, 2004(4).[5]邵华, 张子新. 盾构近距离穿越施工对已运营隧道的扰动影响分析[J]. 岩土力学, 2004, 25(增刊2)------------最新【精品】范文。