地铁盾构下穿既有隧道沉降控制技术研
究
摘要：随着经济社会飞速发展和城市化进程加快，城市轨道交通建设进入
高速发展期，其在缓解城市交通拥堵方面发挥着不可替代的作用。

地铁隧道穿越
道路、河流或者其他建筑物时，在实施施工技术方案后如何确保施工安全、不影
响正常使用和周边环境、不影响过往车辆及行人是地铁工程建设中面临并亟待解
决的问题。

基于此，本文首先针对既有隧道沉降影响因素进行分析，同时对地铁
盾构下穿既有隧道沉降控制技术防范进行探索，提高地铁工程施工效率、质量和
安全性，为后续类似工作的顺利实施提供参考和借鉴。

关键词：地铁；下穿既有隧道；沉降；控制
随着我国经济社会的快速发展，城市轨道交通建设进入高速发展期，随之而
来的是既有隧道沉降问题日益突出。

在实际施工过程中，由于施工过程引起既有
隧道沉降会导致车站、区间隧道出现变形过大等问题，甚至会造成对地面建筑物
产生破坏。

目前有关地铁盾构下穿既有隧道沉降的控制措施，已成为国内外工程
建设中比较成熟和广泛应用的技术之一，但在实际运用中针对同一工程区间内不
同时期，开挖出来的地表沉降变形值进行控制的研究并不多见。

因此，本文通
过调研国内外相关文献，对盾构下穿既有隧道沉降控制技术进行了总结和分析，
同时针对地铁区间隧道下穿既有隧道施工存在的问题进行探讨分析。

1地铁盾构受到既有隧道沉降影响因素分析
为确保地铁盾构下穿既有隧道施工的安全性和合理性，针对地铁盾构施工对
既有隧道沉降的影响进行了研究:1）对影响既有隧道沉降的关键因素进行了分析，提出了一种考虑变形影响的基于地表最大沉降量的控制标准，为地铁盾构下穿既
有隧道实施控制措施提供依据。

2）基于地表最大沉降量控制标准提出了一种用
于确定沉降控制极限值的计算方法，并对该方法中参数的取值和分析提出了具体
建议。

3）基于地铁盾构下穿既有隧道沉降控制标准提出了一种适用于地铁盾构
下穿既有隧道施工的控制措施，并通过现场实施得到验证。

4）针对该沉降控制
措施设计中出现对地铁盾构掘进工作产生不利影响的问题，分别提出了采用地面
注浆加固、降低掘进速度和加强监控量测等技术手段[1]。

通过对某地铁盾构下穿既有隧道施工案例进行研究分析，首先对区间隧道地
表最大沉降量预测值进行了研究，通过选取最优预测参数，得到如下计算公式：
D=k×dt；式中，k——预计沉降量；D——地面最大沉降量；d——预计地表最大
沉降深度；t——预测地表累计沉降变形量。

由式可知隧道开挖时，最小安全距离、隧道衬砌宽度以及衬砌厚度均会对既有隧道沉降产生影响。

其中衬砌厚度的
影响程度最低，在不同工况下的衬砌厚度取值为6m；其他三项关键参数对既有隧
道沉降影响均较小，随着盾构掘进速度增大，既有洞门宽度也会随之增加，若洞
门宽度较小则会使得既有隧道沉降变形不能满足安全要求。

当洞门宽度小于5m
时，隧道沉降控制指标取值为7d，洞门长度超过10m时取值为10e。

由于盾构直
径和土压力都会对既有隧道产生影响，因此通过计算不同工况下既有隧道的沉降
量来确定地铁盾构的最大容许直径和容许土压力。

2地铁盾构下穿既有隧道沉降控制技术方法
2.1控制标准及方法
为保证既有隧道在盾构施工期间不发生沉降，控制标准是依据地表最大沉降
量确定的，在施工前需通过对既有隧道进行地表沉降监测来确定地面最大沉降量。

一般情况下，地表最大沉降值越小，对既有隧道的影响也越小，因而也越容易控制；反之，地表最大沉降量则越大，对既有隧道造成的变形影响也就越小。

为了
保证既有隧道不发生变形，同时不影响周边建筑物的正常使用和居民生活等相关
活动，地面沉降控制标准采用了一种可以考虑工程造价的计算方法。

对于地铁
工程建设而言，采用该计算方法会在一定程度上降低投资和成本，考虑到施工的
安全因素以及对既有隧道造成影响这两个因素可能导致地表最大沉降不满足标准
要求，因此可以通过降低盾构机刀盘转速来满足安全要求。

在控制方法方面考虑
到地铁盾构下穿既有隧道施工是整个过程较长、涉及因素较多、影响区域较广的
过程，且在地面沉降控制中需要对既有隧道造成的变形进行监测，为保证地表变
形满足标准值的要求，所以采用一种可以考虑工程造价的计算方法作为计算标准[2]。

2.2基于地表最大沉降量的控制措施
采用注浆加固措施对管片衬砌后再进行注浆加固，并结合现场实际情况，采
取合理的注浆加固设计参数，在管片衬砌前进行注浆的主要目的是提高衬砌后的
强度和密封性，采取适当的支护措施，避免在管片衬砌后发生沉降，结合现场情况，在盾构下穿前对管片衬砌层进行合理的保护，防止管片衬砌后发生沉降。

根
据地铁盾构下穿既有隧道施工过程中，对既有隧道产生的影响大小以及影响时间
长短等因素综合考虑，选择合理的管片衬砌方式和注浆加固参数进行设计。

依据
施工方案所采取的控制措施，对盾构掘进工作产生的影响大小来进行综合分析预测，采取适当措施尽量减少对既有隧道产生沉降变形。

基于地表最大沉降量指标
设计了控制标准，该标准是在参考已建设和在建地铁工程中，地表沉降值及变形
趋势后综合考虑而确定的，可供地铁盾构施工使用。

2.3施工设计和验证分析
结合上述地铁盾构下穿既有隧道沉降控制标准，考虑到施工期间既有隧道结
构不会发生变形破坏，因此本文在对上述参数进行计算分析后，提出了一种适用
于地铁盾构下穿既有隧道的施工技术方案，该技术方案具体内容如下：1）盾构
机选型，采用国产进口盾构机进行下穿施工，根据工程实际情况进行计算，在对
该参数进行分析后发现，盾构施工参数分析和计算：根据上述参数的分析和计算，提出了一种适用于地铁盾构下穿既有隧道施工的控制措施，即将既有隧道结构设
计为拱形以减小地面沉降，同时考虑到在地铁盾构掘进过程中既有隧道结构可能
会发生变形破坏等不利影响因素，提出一种地表最大沉降控制标准[3]。

地层地质条件及加固处理：地层主要包括砂土、粉砂岩和中风化花岗岩等，
其强度在0.4~0.6 MPa之间。

既有隧道变形监测工作，结合已建成的地铁工程监
测数据和实测数据对该控制措施进行验证分析。

首先，是在施工过程中对既有隧
道沉降变形进行监测和分析。

为了避免由于地表沉降而导致的结构失稳等情况发生，需采用沉降观测仪器对其变形进行长期观测。

施工过程控制工作中，为防止
开挖面沉降以及土体流失和坍塌问题发生，需对盾构机的姿态进行实时控制。

在盾构掘进过程中采取了地面注浆加固、降低姿态控制、加强监控量测等技术手段提高了该区域地表沉降的控制效果，但同时也导致部分隧道出现变形破坏现象并带来了一定的安全隐患。

3结语
综上，在本次地铁盾构施工中，根据工程经验提出了一种在地铁盾构下穿既有隧道施工过程中应用的地面注浆加固方案和一种在盾构施工全过程中控制施工误差及地面沉降范围的施工方案，并根据计算结果分析了地表最大沉降量与盾构推进速度之间的关系，提出采用降低掘进速度、注浆加固地面和加强监控量测等技术手段来，保证地表最大沉降量控制标准下地铁穿越既有隧道安全、质量和工期目标得以实现。

参考文献：
[1]杨艳玲,韩现民,李文江.地铁盾构区间近距离下穿顶管隧道力学响应及沉降控制标准研究[J].铁道标准设计,2022,66(03):118-123+149.
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[3]邓文武,宋彦杰.大直径地铁盾构隧道下穿高铁明挖隧道方案研究[J].铁道勘察,2021,47(01):119-123+127.。