盾构近距离下穿极既有运营地铁施工工法1.前言近年来，我国经济平稳较快发展，城市水平不断提高，地铁工程的广泛发展，一个城市中地铁网络往往由多条线路组成，随着线路的增多，线路相互交叉及下穿各种建构筑物将无法避免，城市地铁建设中将会有大量的地铁隧道下穿桥梁，用土压平衡盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、确保地面建构筑物结构安全等优点，成为地铁隧道施工的首选，研究好盾构法隧道下穿桥梁的施工功法，具有较强的技术经济效益和一定的社会效益，本文以昆明地铁4号线斗鲜区间下穿既有地铁1#线高架桥工程实践为依托，结合对此工程的数值分析及检测成果，以及本工程实际的工程特点，对施工中采取的关机技术进行总结，达到保护既有线路的目的，成功摸索出了盾构下穿运营线的施工工法，为今后工程施工提供了宝贵的意见和经验。

2.工法特点2.1对既有线运营影响小，沉降可控。

2.2应用工法操作简单，效果显著。

2.3减小工程投入成本。

3.适用范围本工法适用于在城市繁华地段盾构近距离下穿运营线，且施工线路在繁华处盾构下穿运营线。

4.工艺原理通过预先在受影响的运营地铁高架桥桩基周边注浆，填充管片周边的空隙，切断之前运营隧道周边可能存在的水流通道，降低受影响的桥梁桩基周边土体的渗透系数，提供周边土体的无侧向抗压强度，降低土体受扰动时产生影响的程度（包括应力变化及应变变化）。

其次利用足量的同步注浆及二次双液浆补浆大大减少了管片脱出盾尾时造成的土体沉降，使运营线路始终处于稳定状态。

该方法解决了盾构下穿建筑前准备施工工期较长，避免了工期延误。

5工艺流程及操作要点5.1工艺流程图5-1 工艺流程图5.2操作要点5.2.1前期调查在盾构穿越施工之前，需完成对运营线内下穿影响区的桥梁外观、桩基外观、桩基沉降情况有一个初步鉴定，另外可根据设计的详勘情况，适当增加对运营线周边土体的补堪，主要的目的一方面避免引起和运营单位不必要的责任纠纷，另一方面对后期的隧道内预注浆提供一些基本资料以优化注浆参数及盾构掘进参数，对于管片椭圆度及管片背后填充情况调查可间隔4米一个断面和自动化监测的断面尽可能一致。

盾构隧道与地铁1#线高架桥平面位置关系图盾构隧道与地铁1#线高架桥桩基剖面关系图（一）盾构隧道与地铁1#线高架桥桩基剖面关系图（二）5.2.2穿越工况数学模型分析在正式实施穿越施工前，对本工程进行了数学模型分析，采用ABAQUS非线性有限元分析软件进行计算，分工况模拟盾构穿越过程。

岩土工程中的数值分析有其本身的特点，结合土压平衡盾构开挖面稳定性及沉降控制的研究该数值模拟软件能较好的模拟盾构施工过程对周围环境的影响，能够较好的模拟岩土体材料的变形规律。

通过数学模拟分析得出土量的理论方量，壳体与土体之间填充物质的弹性模量、泊松比、粘聚力参数要求，盾构在穿越运营线各风险等级区段的盾构掘进参数用以指导施工。

5.2.3运营地铁桥梁上监测布点按照《城市轨道交通工程监测技术规范》中的相关要求在既有地铁高架桥墩上布设监测点。

竖向位移监测基准网（高程基准网），以昆明市城市轨道交通高程系统为基准建立，起始并附合于地铁施工精密水准点上。

高程基准网由高程基准点和工作基点组成，布设成局部的独立网，同观测点一起布设成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。

根据现场情况，选择施工区域附近的地铁施工精密水准点作为水准高程起算点，并兼做水准高程基准点。

5.2.4分阶段控制区划分根据地铁下穿既有地铁线路高架桥的工况特点，，将盾构穿越既有地铁高架部分为三个阶段，分别为盾构穿越前试掘进段、盾构穿越阶段和盾构穿越后阶段。

（1）盾构穿越前试掘进段设定盾构距离桥梁基础前30环为推进试掘进段，在这段范围内主要收集盾构掘进参数，以及不同的施工参数对地面沉降的影响。

（2）盾构穿越段设定盾构切口到达既有线上行隧道前5环至盾构机盾尾推出下行隧道范围5环后定为穿越段。

该控制段施工时，主要根据穿越试掘进段总结的推进参数和施工数据来指导盾构的推进施工，在这个阶段主要任务是控制盾构掘进的施工参数，包括控制推进速度、上部土仓压力、同步注浆量、同步注浆压力等主要的施工参数，确保穿越过程中运营地铁的安全。

（3）盾构穿越后阶段设定盾构推出既有运营高架线路下行隧道范围5环后定为盾构穿越后阶段。

由于盾构穿越后，可能存在一定程度的工后沉降，会对地铁造成影响，必须在施工现场内准备充足的压浆材料以及设备，根据沉降监测情况进行后期的不压浆。

5.2.5穿越前的隧道内超前注浆加固穿越既有地铁高架线路之前需要对隧道穿越中线较近的上、下行线隧道土体进行注浆预加固，提高加固范围内地层的抗渗能力和承载能力，以确保施工安全顺利进行。

（1）根据地质情况分析，结合建构筑物保护要求高、地铁正常运营的重要性等特点，拟采用钢花管注浆加固地层，已达到盾构安全顺利穿越的目的。

（2）刀盘前方采用泡沫，通过对刀盘、刀具与碴土之间增加全方位的润滑作用（泡沫经充分膨胀后扩散到整个面板）。

泡沫溶液组成：泡沫添加剂2.0%，水98%。

每环注入量1.6m³。

（3）二次注浆盾构机穿越建构筑物区段，为了缩短浆液初凝时间，控制管片上浮、错台及隧道线型，二次注浆点位主要设在15点、1点、2点/14点四个点位上，按照此顺序依次调整注浆孔位。

二次注浆采用双液浆，水泥浆液（水泥：水）和水玻璃（水玻璃：水）配比：1：1。

二次注浆由底部向上依次压注。

采取注浆量、注浆压力双控，每环注浆量控制在0.4~0.8m3。

二次注浆压力为0.2～0.4Mpa。

注浆位置选择脱出盾尾4~6环。

（4）钢花管注浆注浆目的：下穿高架桥期间，由于上部桥身和桩基础自身荷载较大，推进的过程中可能超挖，导致洞侧土体侧移、临近基础沉降或扰动，对桥身造成安全隐患。

故穿越期间在隧道内全环采用钢花管壁后深层注浆对土体进行加固，控制地面沉降及建筑物的安全。

钢花管打孔注浆的具体施工步骤：1）管片要求邻块（L1、L2 ）和标准块（B1、B2、B3）吊装孔两侧各增加一个注浆孔，即除封顶块外每片均为3个注浆孔，每环管片总共为16个可用注浆孔，由于盾构机台车占位空间影响限制，每环注浆孔数量不少于4-8个。

在管片脱出盾尾4-6环位置根据管片各个注浆孔位置与连接桥、螺旋机不冲突的位置进行管片开孔，使用钢花管将注浆孔依次打通。

管片注浆孔布置图2）依次将φ32×3.5mm 的钢花管打入管片注浆孔内，长度要求伸出管片3m。

在钢花管进入土体端安装皮垫止回阀，注浆端安装球阀。

3）拌制壁后注浆的浆液和封孔浆液，连接管路并检查管路是否畅通，确保满足注浆要求。

4）通过安装在钢花管上的球阀进行壁后深层注浆，注浆材料采用水泥浆单浆液；初拟为水泥浆水灰比0.8:1～1:1，浆液浓度应根据地层情况调整，单孔每延米注浆量0.4～0.6m ³（可根据超挖情况调整），以压力控制为主，注浆压力0.4～0.8Mpa。

在注浆施工过程中根据监测反馈信息进行优化注浆参数。

5）注浆完成后，采用水泥水玻璃双液浆对注浆孔进行封孔处理，注浆结束。

（5）环箍注入下穿建筑物采用多孔管片，当管片注浆孔脱出盾尾后一环将预留出来的注浆孔打开注入水玻璃，使水玻璃混入同步注浆浆液加快同步注浆凝结时间。

点位选择管片邻块L1、L2 ，标准块B1、B2、B3 上用于注浆孔。

注浆孔的注浆压力根据实际情况，左转弯曲线及管片姿态情况调整注入量及注入压力，当压力达到0.4Mpa时停止注浆。

（6）地面注浆加固1）袖阀管注浆施工流程图袖阀管注浆施工流程图5.2.6施工技术措施（1）推进速度土压平衡盾构机压力仓内土压大小还与盾构推进速度以及出土量有关：若推进速度加快而出土率较小，则土压仓土压力会增大，其结果将导致造成地面隆起。

反之推进速度放慢，出土量增加将令土仓土压力下降，引起地面下沉。

为此盾构推进过程中应做到：降低推进速度，严格控制盾构方向、姿态变化，减少纠偏，特别是杜绝大量值纠偏，保证盾构机的平稳穿越。

（2）盾构推进速度在穿越区施工过程中，盾构掘进速度控制在40mm/min~60mm/min，尽量保持推进速度稳定，确保推力均衡。

匀速的穿越高架桥，以减少对周边土体的扰动影响，以免对其结构产生不利影响。

（3）出土量出土量在控制在理论值的95%左右，即V=3.215*3.215*3.14*1.5*1.2×95%=52.4m3/环，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减少土体的后期沉降量。

（4）盾构姿态控制因盾构进行平面或高程纠偏的过程中，会增加对土体的扰动，因此在穿越过程中。

在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。

推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。

以减少盾构施工对港铁四号线和地面的影响。

将既有线道结构沉降控制在允许值内。

（5）设置土压力值在盾构穿越运营线过程中，设定土压力变化大致分为三个阶段：穿越前，随着与运营线之间的距离不断接近土压力值逐渐增加；穿越中，此时土压力基本保持在一个相对稳定值；穿出阶段，盾构头部脱出后土压力逐步恢复至正常。

（6）管片拼装在盾构进行拼装的状态下，由于千斤顶的收缩，必然会引起盾构机的后退，因此在盾构推进结束之后，不要立即拼装，等待2~3分钟之后，到周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶应尽可能少，以满足管片拼装即可。

拼装过程中，盾构操作手应注意土压力的变化，必要时通过反转螺旋机维持盾构前方土体平衡。

（7）同步注浆1）注浆量每环同步注浆量一般控制在“建筑空隙”的130%~180%，即5.5m3/环~6.5m3/环。

2）注浆压力为保证浆体较好的渗入周围土体中，注浆压力须大于隧道底部的土压力值。

而且必须控制在较好的范围之内，保证只是填充而不是劈裂。

根据经验可取为1.1~1.2倍的静止土压力,且注浆压力在在穿越段适当增大。

5.3施工组织保证措施（1）在盾构通过前对施工中使用的全部设备进行检修，确保门吊、砂浆搅拌机、二次注浆机、电瓶车等设备穿越时的零故障。

（2）在盾构通过4号线前选择在WJ13竖井内进行检查，对刀具进行全面的检查，并进行刀具的更换。

同时加强对盾构的其他部位维修保养，保证加压系统、泡沫系统、出碴系统在穿越施工时的运行良好。

（3）在施工过程中，保证盾构掘进、管片拼装、同步注浆等工序的有序衔接，以最短的时间通过地铁4号线既有隧道范围。

（4）施工过程中加强对地表以及地铁4号线隧道内部的监测力度和频率。

（5）项目各参建主体同地铁运营管理部、城管、交警、交委应急中心等部门进行充分的协商沟通，畅通应急响应机制，并与港铁公司组织24小时联合值班小组，应对可能发生的突发事件。