盾构机下穿既有地铁线路技术

浅谈盾构机下穿既有地铁线路技术【摘要】文章以广佛地铁12标盾构机下穿地铁1号线为例详细介绍了盾构机下穿既有地铁线路的掘进技术及掘进管理，为以后类似的工程施工提供参考。

【关键词】盾构机；地铁线路；掘进1、前言进入21世纪，世界经济的迅猛发展加速了城市化建设。

随着城市密集度的提高，城市建筑和人口的不断增多，使得城市地面交通压力的不断增大。

为了缓解这种压力，人们把目光投向了对于地下空间的开发，盾构法隧道施工就是利用开发地下空间是目前比较好的一个手段。

由于城市地面情况非常复杂，盾构机下穿各种建构筑物都存在极大风险。

本文以下穿广州地铁1号线为例，总结盾构机下穿既有地铁线路时的掘进技术和掘进管理方法。

2、工程概况2.1 下穿地铁1号线正线工程概况本文以广佛线菊树至西朗地铁盾构区间线路为例，该施工区域位于广州市荔湾区，为保证地铁一号线正常运营，下穿隧道的施工是整个隧道施工的重难点之一。

菊西区间掘进施工中，地铁1号线正线位于里程yck20+270～ yck20+320范围内，在建西朗站位于地铁1号线正线以东20米附近，此段隧道顶部距地面最小距离11m，最大纵坡为27.856‰，线路为直线，该段长度约50m。

2.2 地面建（构）筑物情况在里程为yck20+283～yck20+315段，下穿地铁一号线。

地面有地铁一号线三股轨道，右线隧道边线至西朗车站最近距离仅为5.6m，隔音墙的桩基侵入隧道。

线路平面布置如图1；在yck20+310处下穿地铁一号线的隔音墙，隔音墙桩基布置如图2。

2.3 工程地质及水文地质条件根据地质勘察报告，对于盾构机通过地铁1号线正线的地层情况，右线隧道主要穿越的地层为〈6〉全风化泥质粉砂岩、〈7〉强风化泥质粉砂岩、〈8〉中风化泥质粉砂岩、〈9〉微风化泥质粉砂岩层多种地层的混合地层，隧道覆土自上而下主要为2米厚〈1〉人工填砂、5米～10米厚〈2-1a〉淤泥，含水率70.9%，标贯值最大为2、淤泥质粉细砂地层，标贯值最大为10，隧道顶部距离〈2-1a〉淤泥层为1米～4米。

2.4 施工重、难点分析地质条件差，潜在的施工风险高。

盾构区间经过广州地铁1号线正线，根据该段详勘资料、补勘资料以及咨询相关1号线正线施工人员，此段隧道顶部存在8米左右的淤泥层，该淤泥层含水量大，标贯最大值为2击，地表为地铁1号线运营线路，在地铁1号线正线施工期间，没有对淤泥层进行任何处理，地质条件较差。

由于地铁运行对轨道的沉降要求为±4mm，而该段又无法进行地面加固或扣轨加固，因此盾构掘进施工风险极大。

桩基侵入隧道，施工难度大。

在里程为yck20+310.5处为地铁1号线隔音墙，其基础为φ600mm桩基，根据桩基施工记录表推断，桩基侵入隧道15cm。

盾构通过时，隔音墙存在因桩基倾斜导致开裂甚至倒塌的风险。

下穿地铁1号线正线，沉降量控制要求高。

该段主要穿越的地面建、构筑物为地铁1号线正线。

根据详勘资料显示，该地段隧道上覆大面积淤泥，掘进时存在上软下硬地层，且地面为运营地铁线路，一旦由于掘进时超挖或对淤泥产生扰动产生地面沉降将影响地铁1号线正线运营，产生不良社会影响。

3、准备工作1、停机保养，轨道加固，确保过1号线时设备完好性，力求快速通过。

2、准备道砟，以备轨道沉降时起轨。

3、利用钢丝绳将接触网立柱加固。

4、隔音墙加固。

4、下穿地铁1号线正线段技术措施4.1 盾构机刀盘的配置根据过地铁1号线地质条件，既能通过土层，还需有一定的破岩能力。

对上软下硬等复杂地段能很好的控制地面的沉、隆。

即使在同一隧道断面上，岩土的分布也并非单一，断面上的岩土强度不一，这些地方的隧道为坚硬及上软下硬的围岩会使盾构机刀盘受到不均衡的力和不同程度的磨损。

隧道通过大部分岩层，使盾构掘进时容易造成刀具磨损。

因此要求所选的盾构机必须满足以下要求：1）、刀盘结构的刚性好，变形量小，既能适应土压平衡掘进的大扭矩工况，又能适应在对硬岩地层和不均匀复合地层的大推力工况，还需保证有足够的开口率，能适应粘土地层的出土要求。

2）、刀具布置主要考虑复合地层的需要，对软土切削的刮刀以及对硬岩破碎的滚刀结合布置，中心区采用双刃滚刀破岩，中心区外组合布置刮刀和滚刀，针对上软下硬地层的特点，边缘区滚刀密集，单位长度上参予切削的刀刃多，可以增加边缘滚刀的使用寿命，降低刀具的更换频率。

3）、安装专门的单刃滚刀23把、中心双刃滚刀8把、切刀106把、周边刮刀12把。

4.2 掘进措施此段地层主要特点是上覆地层为淤泥及软土层，盾构在其底部掘进时极易引起隧道顶部软弱而超挖，局部塌方，地表过量沉降甚至地表沉陷。

在推进过程中设法保持上部软土的平衡是关键所在，施工中采用的主要措施如下：结合施工经验，认真做好技术总结认真做好试掘进及正常掘进的总结工作，经过该段前，盾构机下穿地铁公司试线段，此段地层与过地铁1号线正线段相似，在轨行区下部都分布有6～8米厚度的淤泥层，并且都呈倒三角形分布，有部分淤泥侵入到隧道顶部，隧道开挖断面主要以〈6〉全风化泥质粉砂岩、〈7〉强风化泥质粉砂岩、〈8〉中风化泥质粉砂岩、〈9〉微风化泥质粉砂岩层为主。

盾构在通过此段时，采用土压平衡掘进模式，中部土压力比掌子面底部水土压力大0.01mpa，掘进速度保持在30～40cm/min，出土量严格控制在65方/环，注浆量确保每环6方以上。

试线段的掘进参数、措施以及地面的沉降情况为过地铁1号线提供了依据，得到较合理的掘进参数，积累了成功经验，使下穿1号线正线时地面沉降得到有效控制。

4.3 技术措施a. 加强土体改良。

单纯采用较大的土压力是一种理想的方法，但因为下部为泥岩，会产生结泥饼的负面效应，增加泡沫的注入量至80%～100%。

在掘进过程中，土压力基本控制在170kpa左右，比隧道位置实际水土压力略高，提高泡沫注入率后有效抑制了土仓内结饼。

b.重视盾构基础数据的异常反馈，如推进速度、推力、扭矩、土舱压力增大、油温升高、出土闸门喷涌、渣土的含水量变化、渣样的判断、实际出渣量与理论出渣量的比较等等，认真分析异常原因，并采取果断措施，以免贻误战机。

严格控制出土量，每环控制在65m3左右，最多不能超过70 m3 ，如果出现4.5斗土已装满，但是千斤顶的行程未能达到1800mm时，停止螺旋机出土，继续掘进达到拼管片为止。

下一环开始就要憋土保压，视刀盘扭距而定。

停机前也要憋土保压，防止掌子面坍塌。

出土量的严格控制使盾构机通过该区域时，刀盘位置的沉降量得到了有效控制。

c.优化壁后注浆配比参数，调整同步注浆配合比，提高水泥掺加量使之大于160kg/m3，或加入适量早强剂，使浆液凝胶时间缩短到3～5h，使同步注浆尽快发挥其止水作用；保证同步注浆每环6方以上，由于盾构机已掘进1500米，盾尾刷有不同程度磨损，盾尾存在漏浆现象，通过在管片外壁上粘贴海绵条，减小了盾尾漏浆现象，由于盾尾刷损坏，海绵条阻挡了部分浆液外溢，但在掘进过程中，仍有漏浆现象，并且直接导致了盾尾后期沉降的发生。

d.为了进一步减少盾构机掘进过程中对地面产生的沉降量，在盾构机掘进的同时，在盾构机盾尾后部第2环管片位置进行二次双液注浆。

双液浆凝胶时间只有几十秒，能够有效填充同步注浆不饱满造成的盾尾间隙，减少盾构机通过软土地层后的后期沉降。

但由于双液浆凝结时间较快，为了防止其窜入刀盘前、盾壳外凝固后将盾构机困住，因此必须严格控制二次注浆的操作。

1）、注浆时间控制在盾构机掘进时，因为盾构机掘进时处于活动状态，双液浆难以将盾构机困死。

注浆位置在盾尾后部第2环管片处，距刀盘约10米，在双液浆注入并凝结时难以窜入刀盘前方，不影响盾构施工。

2）、控制注浆压力，如注浆压力较大，双液浆更容易窜入刀盘前方，并且二次注浆因无法计算衬背空隙量，现场注浆时以注浆压力来控制，超过控制压力即停止注浆。

注浆前需在孔内装入单向逆止阀，并凿穿其外侧保护。

5 、下穿地铁1号线正线段联动机制右线下穿地铁1号线采取高效的联动机制，及时、有效地收集、反馈各种信息，集中分析，及时作出决策应对。

1）、领导值班，地铁公司建设总部、运营总部、监理单位、第三方监测单位、施工单位领导24小时值班，现场指导。

2）、现场办公，将地铁公司第四会议室设为现场办公地点，也是整个系统的指挥中心，建总、运营、监理、第三方监测、施工单位集中现场办公。

3）、运营部门人员现场待命，根据沉降情况随时准备地铁限速、起道、捣固作业、接触网加固调整等应急措施。

4）、监测数据与掘进参数联动，利用短信等形式，监测数据从测量现场传到指挥中心，根据沉降情况，给盾构施工现场下达指令，及时调整掘进参数及掘进措施。

盾构现场将掘进情况发到指挥中心，指挥中心根据现场的要求及时调整检测频率，实现了真正意义上的监测、掘进以及决策的联动。

6 、过地铁1号线正线地面监测由于轨行区西侧为栅栏、东侧为隔音墙，南侧为运营西朗地铁车站，因此监测点布置的范围主要集中在这些构筑物范围内。

监测的里程范围，上行线（右线）：ydk20+276.573～ ydk20+309.573；总监测范围为33m，包括西朗地铁站房屋监测，当盾构机通过时，只对可能产生沉降的机头以及机尾的部分监测点进行监测。

监测仪器设备及监测精度：1、徕卡tcrp1201全站仪1台，测量精度1″，2+2ppm。

2、徕卡na2型精密水准仪及测微仪1套，测量精度0.3mm/km，最小读数0.01mm。

水准测量按二级水准施测，两次读数差<0.5mm，两次高差较差<0.7mm。

测量路线按实际情况可取闭合或附合水准。

7 、地面沉降情况右线下穿地铁一号线地面沉降大致可以分为三个阶段1）、沉降阶段，累计沉降达到31mm。

2）、隆起阶段，地面沉降已超出报警值，设法加大注浆量，轨道隆起6～7mm，沉降基本稳定。

3）、平衡阶段，减小注浆量，沉降趋于平衡，轨道累计隆起6mm。

8、结语盾构机下穿既有地铁线路，地质调查和既有线路调查是前提，合理的掘进参数是基本，掘进和监测联动是关键，做好应急预案是保障。

参考文献[1] 地下铁道、轻轨交通工程测量规范（gb50308-1999）.[2] 铁路隧道施工规范（tb10204-2002）[3] 地下铁道工程施工及验收规范（gb50 299-1999）.。