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盾構法地鐵隧道近距離穿越地鐵既有運行線施工技術

文檔作者：樊華真		點擊數：	更新時間： 2025年05月08日
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上一篇：盾構分體始發技術在某地鐵施工中的應用

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DOI：10．7672／$gjs2014130103
盾構法地鐵隧道近距離矛越
地鐵既有運行線施工技術
樊華真
(中國中鐵一局集團有限公司，陜西
西安710054)
Lu瑚“一?
Q。h哪nv with Smau Distance
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萬方數據
施工技術第43卷
砂質黏土組成，表層O．1～0．6m為混凝土路面及砂
墊層，密度p=1．60—2．069／cm3，孔隙比e=0．47—
1．07，壓縮模量E州也2=3．43一14．83MPa，壓縮系
數口¨．。：=0．54MPa～，屬中一高壓縮性土。③，粗
砂中密，主要物質成分為石英質粗顆粒，含少量
黏性土，級配良好，p=1．84—2．079／cm3，e=0．43一
O．89，E日0．1一o．2 =4．49 —19．93MPa，口o．1一o．2 =
O．25MPa～，中壓縮性土。⑥。礫(砂)質黏性土可
塑狀，以黏粒為主，含少量角礫，巖芯呈土柱狀，黏
性較好，土質不均。⑥：礫質黏土層硬塑狀，土質
較均勻，含少量石英質粗砂礫，由下伏花崗巖殘積
而成，巖芯呈土柱狀，p=1．76—1．739／cm3，e=
1．03一1．04，E砷．1一o．2=3．15～4．12MPa，口o．1一o．2=
o．56MPa～，高壓縮性土。@，全風化花崗巖巖石
風化強烈，原巖結構可辨析，巖芯呈堅硬土柱狀，遇
水軟化，礦物成分除石英質殘留外，其他已基本風
化呈土狀，p=1．86—1．839／cm3，e=0．68～0．70，
E80．1一o．2=4．54～4．60MPa，口o．1一o．2=0．36MPa一1，中
壓縮性土。⑩：．。強風化花崗巖層巖石風化強烈，
巖芯呈堅硬土柱狀，微含約5％角礫狀強風化碎石，
手可折斷，遇水軟化崩解。
區間范圍地下水主要是第四系孔隙水。第四
系孔隙潛水主要賦存于沖洪積砂層及沿線砂(礫)
質黏土層中。地下水位埋深4—7．4m，以孔隙潛
水為主，局部地段呈微承壓，主要由大氣降水補
給。第四系孔隙水水量較豐富，水質易被污染。
／2施工設備
2．1盾構選型
從安全性、經濟性、適用性等方面綜合考慮，并
綜合考慮盾構區間的整體情況，區間隧道采用2臺
加泥式土壓平衡盾構機。主要技術參數：總推力
34 210kN，額定扭矩5 300kN·m，推進速度0～
10cm／min，刀盤開口率28％。刀盤上配置有齒刀64
把、單刃滾刀32把、雙刃滾刀4把，邊緣刮刀8把，
在刀盤面板上有8個注射口，用來注入泡沫或膨
潤土。
2．2土壓平衡模式機理
土壓平衡式模式的基本工作原理如下：盾構機
推進掘削開挖面土體使碴土充滿土倉，并使土倉內
的渣土密度盡可能與隧道開挖面上的土壤密度接
近。在推進油缸的作用力下，土倉內充滿的渣土具
有一定的壓力，渣土壓力與隧道開挖面上的水土壓
力實現動態平衡，隧道開挖面上的土壤就不會輕易
坍落，達到既完成掘進又不會造成開挖面土體失穩
的目的，如圖2所示。
機
圖2土壓平衡模式不葸
Fig．2 Earth pressure balance
3施工控制指標及施工難點
3．1 主要施工控制指標
根據深圳市地鐵公司《城市軌道交通安全保護
區施工管理辦法(暫行)》的規定，對既有地鐵線路
按三級預警制度進行管理，即預警值、報警值、控制
值。預警值取控制值的50％，報警值取控制值的
80％，結構變形控制指標如表l所示。
表1結構變形控制指標
TabIe l Control indexes of structure defbrmation
表l中，監測控制值是指既有運行線地鐵列車
正常運行的極限值，預警值是指引起警戒措施的起
始值，報警值是指需提出警告的初始值。
3．2施工難點
新建地鐵與下穿的既有運行線距離較小，盾構
掘進對既有運行線影響較大。如何在施工過程中
減小地層沉降，從而將1號線隧道變形控制在允許
范圍之內，避免因沉降過大而影響既有1號線隧道
的正常運營是施工過程中的難點。
4施工關鍵技術
4．1施工總體方案
由于新老隧道之間間距不足1．5m，且新老隧道
之間所夾土體為⑥．全風化花崗巖，存在遇水軟化的
特點。如果提前對夾層土體采用管棚加固等預加固
措施可能會破壞原有土體的穩定性，造成所夾土體變
形、沉降，甚至有可能影響既有1號線隧道的安全，所
以經研究決定：采用嚴格控制盾構機掘進參數的方
法，不預先加固直接掘進下穿既有1號線隧道。
左右線各采用1臺海瑞克盾構機進行下穿地鐵
萬方數據
樊華真：盾構法地鐵隧道近距離穿越地鐵既有運行線施工技術105
既有運行線的施工。盾構機由石廈站始發，施工完
成石廈一購物公園站區間后，在購物公園車站過
站，二次始發進行下穿地鐵1號線盾構施工。
在盾構機下穿既有隧道前，對盾構機進行維修
保養，確保盾構機以最佳狀態下穿交匯區。進行下
穿地鐵1號線施工時，在自動監測系統反饋的監測
數據指導下，采用了向盾體周圍注入膨潤土的方
法，土壓平衡模式直接掘進通過既有運營隧道。
4．2施工關鍵技術
4．2．1掘進前盾構機檢查
盾構機在下穿既有隧道前，對所有設備進行徹
底的檢查和維修(刀具、注漿系統、盾尾刷等)，特別
是土壓傳感器的檢查，以確保盾構機在絕對良好的
狀態下穿地鐵l號線。
1)盾構機同步注漿系統、發泡系統維修
對盾構機同步注漿管路進行清理，保證4條注
漿管均可用。對注漿泵進行維修，保證2臺泵均可
用。對注漿壓力傳感器進行維修，保證每個傳感器
壓力顯示正確。對發泡管路進行疏通，確保發泡系
統可用。
2)土壓平衡系統及數據傳輸系統
為指導盾構掘進，土壓力的顯示必須正確，掘
進數據必須可以傳輸到地面監控室，以便值班人員
了解盾構施工情況，所以需要做好如下工作：清理
土壓傳感器，檢查傳感器的連線，確保土壓力在面
。板顯示正確；維修數據傳輸系統，確保可用。
3)盾構油脂注入系統
為確保盾尾注漿時不漏漿或少漏漿，必須對盾
尾油脂注入系統進行檢查維修，檢查油脂泵、油脂
管路，確保油脂管路暢通。
4)刀盤和刀具
在盾構始發前，對盾構機刀盤磨損的地方要用
耐磨合金進行補焊，確保刀盤的掘削性。刀具全部
更換，確保刀具的耐磨性，避免因刀盤或刀具原因
而影響下穿地鐵1號線隧道施工。
4．2．2采用合理掘進模式，確保下穿過程連續作業
根據下穿區域的工程地質與水文地質條件，采
用土壓平衡模式進行該段隧道掘進。掘進過程中
始終保證土倉壓力與作業面水土壓力的動態平衡，
同時利用螺旋輸送機進行與盾構推進量相應的排
土作業，掘進過程中始終維持開挖土量與排土量的
平衡，以保持正面土體穩定。另外，做好掘進、拼裝
等各工序的銜接以及盾構隊作業班的交接工作，盡
量減少非工作時間。在掘進過程中，各關鍵崗位
(盾構司機、管片拼裝工、電瓶車司機、龍門吊司機)
選用有豐富施工經驗的人員，定崗定人。在施工過
程中加強對機械設備的維修保養，盡量保證不因機
械故障而停機，保證盾構機連續掘進。
4．2．3選用合理盾構施工參數，嚴控施工過程
盾構機開始下穿既有隧道區域前20m作為試
驗段，按控制l號線隧道沉降的50％控翩地面沉
降，以確定合理的盾構施工參數，最終施工參數選
定如下：理論排土量46．4m3／環；掘進速度15—
25mm／min；土倉壓力200～240kPa；推力15 000—
17 000kN；扭矩800～1 200kN·m；刀盤轉速1．5r／
min；注漿壓力350～450kPa。
4．2．4加強注漿
當管片脫離盾尾后，在管片與土體之間會形成
一道寬度為115～140mm的環形空隙，此間隙采用
同步注漿的措施來填充。同步注漿的目的主要是
為了盡快填充環形間隙使管片盡早支撐地層，防止
地面變形過大而危及周圍環境安全。
同步注漿采用盾尾壁后注漿方式。壁后注漿
裝置由注漿泵、清洗泵、儲漿槽、管路、閥件等組成，
安裝在第l節臺車上。同步注漿速度與掘進速度匹
配，按盾構完成一環掘進的時間內完成當環注漿量
來確定其平均注漿速度。為確保既有隧道安全，通
過控制同步注漿壓力和注漿量(注漿壓力控制在
0．4MPa左右，每環注漿量6．5m3左右)雙重標準來
確定注漿時間。注漿量和注漿壓力達到設定值后
才停止注漿，否則仍需補漿。注漿配合比如下：水
泥250kg／m3，膨潤土75kg／m3，粉煤灰50kg／m3，砂
400kg／m3，水根據實際情況調整，初凝時間180min。
盾構機穿越后考慮到同步注漿漿液收縮的因
素，為確保既有隧道安全，防止既有隧道產生后期
沉降，將下穿區及下穿區前后10m范圍設定為施工
區域，進行渝內二次注漿，充填管片背后同步注漿
漿液收縮產生的空腔。當臺車全部脫出1號線區域
后，將下穿區域的每環管片頂部注漿孔打開注雙液
漿。注漿壓力為0．4MPa，注漿配合比如下：水泥
1509，水60mL，水玻璃108．4mL，初凝時間2min40s，
終凝時間14min30s。
4．2．5徑向注膨潤土
1)在盾構機下穿對沉降敏感的建(構)筑物之
前，疏通中盾徑向注漿孔管路，以確保管路暢通，徑
向注漿孔布置如圖3所示。
2)事先將膨潤土攪拌桶、二次注漿機、膨潤土
等注漿設備材料運輸至隧道內并安放在盾構機臺
車的適當位置。
3)當盾構機刀盤抵達既有建(構)筑物的下方
時，打開中盾徑向注漿孔的球閥，將二次注漿機用
接頭與徑向注漿孔連接在一起。
萬方數據
施工技術第43卷
中盾盾殼徑向孔
a縱斷面b橫斷面
圖3徑向注漿孔布置示意
Fig．3 Layout of radial grouting hOle
4)當盾體處于既有線隧道的下方時，用二次注
漿機向盾體外側注入高稠度膨潤土，以填充土體與
盾體之間環形間隙。注漿壓力不超過土倉壓力，如
土倉壓力明顯升高，則立即停止注膨潤土。
4．2．6施工監測措施
1)地面沉降監測按國家二等水準測量規范的
要求，用精密水準儀、條碼銦鋼尺由高程控制網的基
準點對預先設置在地面的監測點逐點進行量測，并將
各沉降點沉降值存入計算機監測管理系統匯總成沉
降變化曲線、沉降速度變化曲線以備施工需要。
2)既有隧道監測方案該系統以徠卡全站儀
TcAl800為數據采集設備，配以計算機及相應的通
訊機后處理軟件，以實現對既有隧道變形的自動化
監測，測量系統構成如圖4所示。
圖4自動監測系統構成
Fig．4 Autom囊廿c mom協血g sys蛔
工作基站設置在隧道側壁，同時設置4個基準
點以校核工作基點。全站儀安裝于基站上，通過
cDMA模塊與后臺建立通訊聯系，由后臺控制全站
儀對基準點和監測點按照一定順序進行掃描、記
錄、計算機自校，并將測量結果發送至后臺計算機
入庫存儲并進行整編分析。
基準點位于盾構施工影響區域之外，最外觀測
點以外40m左右的隧道中，既有隧道位移監測數據
只反映監測區域相對基準點的位移量。工作基站
布置于監測區域中部，離道床1．2m左右，便于全站
儀自動尋找目標。
沿軸線5m設1個監測斷面，每斷面5個監測
點，如圖5，6所示。其中2個監測點布置于中腰位
置附近，1個監測點布置于既有隧道頂部，剩下2個
監測點在既有隧道與新建隧道相交位置的斷面道
床邊緣管片上。各監測點用膨脹螺栓固定安裝小
規格反射棱鏡，棱鏡反射面指向工作基點。
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圖5 既有線隧道監測點平面布置
Fig．5 Monitoring pOints layout Of the exiting tunnel
C30
預制鋼筋混凝土管片
圖6 隧道斷面監測點布置
Fig．6 Monitoring points layout of the tunneI section
5實施效果分析
項目部在2010年先后兩次成功下穿既有地鐵
1號線隧道。在左線盾構機下穿施工完畢后，在左
線盾構機下穿施工完畢后，1號線既有運行線的上
行線結構監測點最大沉降穩定在一6．5mm，下行線
結構監測點最大沉降一5．Omm，軌床最大沉降
一4．4mm(下行線)，軌床差最大為O．66mm(上行
線)，各項監測指標均在控制值范圍內。在右線盾
構機下穿施工完畢后，1號線既有運行線的上行線
結構監測點最大沉降穩定在一13．6mm，下行線結構
監測點最大沉降一11．05mm，軌床最大沉降
一11．55mm(下行線)，軌床差最大為2．05mm(上行
線)。各項監測指標均在控制值范圍內。
6結語
1)本工程左線下穿施工中地鐵列車采取了限
速措施(<25km／h)，右線下穿施工地鐵列車未采取
限速措施，同樣確保了既有線安全。
(下轉第110頁)
砭始粥
《嚳醐 蔫壺)l∽
線
器嚼刪霧
萬方數據
110 施工技術第43卷
表4變形管理等級
Table 4 Defbma蛞0n management level
注：U為買測位移值；￡，。為最大允許位移值(設計預留變形量)
三臺階開挖的施工變形中，上、中臺階開挖引
起的拱頂沉降和位移較大，變形控制措施：①保證
小導管長度、外插角和搭接長度；②保證上臺階鎖
腳錨桿和拱腳的施工質量；③中、下臺階支撐及時
落地，避免鋼拱架拱腳懸空；④及時施做仰拱，保持
合理施工步距。
6快速施工
根據圍巖開挖后自穩時間短以及雙線鐵路隧
道斷面較大的特點，選用臺階法開挖、支護，仰拱緊
跟的施工方案，輔以以下組織措施縮短循環時間，
加快施工進度，從而達到快速封閉的效果。
6．1鋼架快速安裝¨叫
鋼架的常規連接方法是在作業面定位后采用
連接筋通過焊接與上一榀鋼架連接固定，現場焊接
速度慢，在圍巖穩定性差的情況下，增加了人員在
危險區的暴露時間，同時在滲水量大的作業面進行
焊接作業，存在安全隱患。經過試驗后的快速安
裝，采用套管連接，即鋼架在制作過程中，在連接筋
的安裝位置預先焊接1根套管，連接筋加工成“u”
形，鋼架在掌子面拼接好后，將連接筋插入套管即
可將兩榀鋼架連接牢固。套管連接較焊接方便快
捷，可靠性高，加快了鋼架的連接固定速度，為后續
工序爭取了時間。
6．2多工序平行施工
分臺階平行作業，在圍巖的自穩時間內做到及
時封閉。雙線鐵路隧道斷面大，臺階法施工時臺階
間施工相互干擾少，可多工序平行作業，由上至下
順序進行，上臺階洞碴扒完后，對上臺階開挖面進
行初噴，初噴完可進行鋼支撐及錨桿施作，同時進
行中臺階扒碴作業。中臺階扒碴以及初噴后，開始
施作中臺階的鋼支撐及錨桿，下臺階出碴。出完洞
碴及下臺階初噴后，上、中臺階的復噴混凝土施工
和下臺階的鋼支撐、錨桿作業同時進行，最后復噴
下臺階的初支混凝土。
6．3提高出碴效率
合理利用現有設備，通過兩項措施提高出碴速
度：①扒碴與裝運洞碴平行施工，在確保安全的情
況下，挖掘機在扒上臺階洞碴時，裝載機及運輸車
跟進，裝運部分洞碴運出隧道；②充分利用好雙線
鐵路隧道的寬度，采用2臺裝載機同時裝碴，加快裝
運速度，具體操作時運輸車居中，裝載機分列左、右
側裝碴，縮短洞碴的裝運時間。
7 結語
1)為穩定黃土隧道掌子面，防止塌方，上臺階
預留核心土，保證了掌子面穩定，對控制圍巖松弛
效果明顯。
2)人工配合機械開挖，快速封閉仰拱，使開挖
斷面及時閉合成環，以有效控制地表沉降。
3)在地下水發育區段通過“搶堵+固堵”的辦
法，隔斷地下水的滲流路徑，設置導水孔來減小地
下水對已建支護結構的作用。
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(上接第106頁)
2)本工程事先未提前對夾層土體進行加固，同
樣確保了既有線安全。
3)盾構近距離下穿既有線隧道施工，在自動監
測系統反饋的監測數據指導下，采用了向盾體周圍
注入膨潤土的方法，土壓平衡模式直接掘進通過既
有運營隧道取得了較好的效果。
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