地铁隧道盾构工程下穿既有地铁运行线路的施工技术.pdf

256工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工侧土体变形、隧道管片位移等严重问题，还会增加地铁2 号线的运行风险。为此在该地铁隧道盾构施工过程中，如何避免对地铁 2 号线的不利影响成为施工难点。破解该施工难点，必须加强对该地铁隧道盾构施工当中的土体变形进行控制。在该地铁隧道盾构机掘进到 2 号线地段之前，必须采取有效措施，保证该地铁隧道盾构施工期间地铁 2 号线地段的土体沉降值保持在允许数值之内。在保证地铁2 号线正常运行的同时，还要保证该地铁隧道盾构施工的安全和质量。3 质量控制指标城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行）中，将城市轨道交通安全保护区结构变形值，规定为预警值、报警值以及控制值等 3 级控制指标。城市轨道交通安全保护区结构变形控制指标的具体数值，如表 1所示。表 1 中，报警值表示结构变形量已经超过预警值，控制值是盾构施工变形量的极限值。在该地铁隧道盾构下穿0 引言在地铁隧道盾构工程下穿既有地铁运行线路的施工中，对施工安全和质量控制的难度较大，需要根据地形、地貌、地质和临近建筑物等情况，应用有针对性的隧道盾构施工技术，消除对既有地铁运行线路的不良影响，保证地铁隧道盾构施工安全，创造优质地铁工程。本文以某城市 A 地铁隧道盾构工程为研究对象，重点研究了地质勘察与施工方案、盾构施工过程控制、盾构机掘进控制、注浆控制等方面的关键施工技术，并对监测内容、监测方法、监测点位、监测数据和监测结果进行分析。1 工程概况某城市 A 地铁隧道盾构工程的左、右线长度分别为1979.711m 和 1971.906m，包括下穿既有运行的地铁 2 号线地段。地铁 2 号线地段的土体结构主要为中等风化砂岩，预制管片拼装盾构隧道外径为 9.3m，内径为 8.4m，施工坡度为 17%，地下埋藏深度为 15.58m。根据施工图纸可知，该地铁隧道盾构工程下穿地铁 2 号线盾构隧道时，其盾构隧道拱顶外径，与地铁 2 号线盾构隧道拱底外径的垂直距离仅为 1.09m。2 施工难点由于该地铁隧道盾构工程下穿既有运行地铁 2 号线盾构隧道的垂直距离很小，在该地铁隧道盾构施工过程中，会扰动地铁 2 号线盾构隧道外侧的土体，导致该地段土体产生松动。这不仅会导致地铁 2 号线盾构隧道外地铁隧道盾构工程下穿既有地铁运行线路的施工技术李虎（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京101300）摘要：简要介绍了某城市 A 地铁隧道盾构工程概况、施工难点和质量控制指标，重点阐述了在地质勘察与施工方案、盾构施工过程控制、盾构机掘进控制、注浆控制等方面的关键施工技术，阐述了在监测内容、监测方法、监测点位、监测数据和监测结果分析等方面的施工监测要点，可供相关工程技术人员参考。关键词：地铁隧道；盾构掘进；下穿地铁线路；施工技术表1 城市轨道交通安全保护区结构变形控制指标施工内容预警值报警值控制值道床平顺度/(mm/10m)2.03.24.0左右轨道差异沉降/mm2.03.24.0三角坑/(mm/18m)2.03.24.0结构绝对变形量/mm10.016.020.0隧道相对变形量1/50001/31251/2500CM&M 2023.04257地铁 2 号线隧道施工过程中，施工企业决定通过实时监控来保证隧道盾构施工安全。当控制指标达到预警值时，施工人员须增加观测频次，并采取相应措施予以纠正。4 关键施工技术4.1 地质勘察与施工方案针对该地铁隧道盾构工程，开展详细的地质以及临近建筑物的勘察工作，全面掌握该地铁隧道盾构工程的地形、地貌、地质以及地铁 2 号线运行情况，通过对地铁 2 号线的勘察和日常监测，分析和优化该地铁隧道盾构下穿地铁 2 号线的施工方案，提升施工方案的科学性，避免发生地铁 2 号线隧道管片变形等重大施工事故，确保地铁 2 号线的运行安全。4.2 盾构施工的过程控制加强对该地铁隧道盾构掘进施工的过程控制，要求数据监测人员严格开展掘进监测，以便实时掌握该地铁隧道盾构施工过程中的施工参数。调整盾构机掘进误差，保证下穿地铁 2 号线的施工安全。在该地铁隧道盾构施工结束后，及时对该地铁隧道盾构下穿地铁 2 号线施工情况以及地铁 2 号线运行情况进行监测，并将施工和运行数据反馈给技术人员，以便对潜在风险及时进行优化处理。数据监测人员定期对监测点进行检查，确保监测点工作正常。持续收集地铁 2 号线的运行信息，优化对下穿地铁 2 号线的该地铁隧道盾构施工的控制。适当延长该地铁隧道盾构下穿地铁 2 号线施工的监测时间，尤其是对该地铁隧道盾构掘进施工地点的监测，出现数据异常，技术人员要及时进行复查和处理。4.3 盾构机的掘进控制4.3.1 控制盾构机掘进参数在地铁隧道盾构施工过程中，要有效控制盾构机的掘进参数，提升对盾构机掘进质量的管理力度，降低盾构机在使用过程中发生故障或风险的概率，保证该地铁盾构机不停顿施工。在盾构机掘进过程中，要加强地面监测，降低盾构机在施工过程中发生突发事件的概率，保证该地铁隧道盾构施工的稳定性。4.3.2 控制盾构机掘进速度盾构机掘进速度的快慢，对施工区域地下土体的影响很大，为此控制盾构机掘进速度至关重要。需根据该地铁隧道盾构施工的具体情况，科学控制掘进速度。如果盾构机的掘进速度过快，可造成同步注浆无法完全弥补隧道外侧的缝隙，可导致该地铁隧道外侧发生坍塌病害。如果盾构机的掘进速度过慢，土体长时间处于振动形态中，可造成土体松散，导致土体结构失衡。因此，在该地铁隧道盾构施工中，一定要保持匀速、稳定的掘进速度，降低隧道盾构施工对周围土体的影响，提高该地铁隧道盾构施工的稳定性。4.3.3 合理设置盾构机土压力盾构机主要依靠盾构刀盘进行掘进，并将掘进过程中切削下来的渣土送入盾构机土仓内，再通过盾构机内部的螺旋输送机将渣土向外输送。科学、合理地设置盾构机的土压力，能够有效保证土仓内部土体与盾构机外部土体的压力平衡，避免盾构机排土施工时出现外部土体与土仓土体的压力失衡，造成盾构机外部土体及地下水涌入盾构隧道，引发盾构机外部土体发生沉降严重事故。在该地铁隧道盾构施工过程中，要持续监测盾构施工区域地下土体的变化情况，合理设置盾构机土压力，避免发生地铁 2 号线盾构隧道发生沉降事故。4.3.4 控制盾构机的掘进姿态地铁隧道盾构施工中，盾构机的掘进姿态直接影响该地铁隧道盾构的掘进质量，因此控制盾构机的掘进姿态非常关键。目前盾构机大都配置了激光自动导向系统，该系统可自动引导盾构机对土体进行精确掘进，根据工程地质情况自动调节盾构机的掘进方向和角度。在盾构机掘进过程中，准确控制盾构机的掘进姿态，能够延长盾构机使用寿命、提升盾构施工质量。在该地铁隧道盾构掘进到下穿地铁 2 号线地段时，要根据掘进的具体情况调整盾构机姿态。在下穿地铁 2 号期间，要进行盾构姿态实时监测，出现偏差及时纠偏，杜绝大幅度纠偏的错误纠偏现象，尽可能降低对原始土体的扰动程度。4.4 注浆控制4.4.1 同步注浆盾构机在掘进过程中，不断完成预制管片拼装形成隧道。隧道形成后，其外侧与土体之间会存在一定的缝隙，如果不及时采用注浆方式填补该缝隙，就会造成该地铁隧道外侧的土体发生不规则沉降。因此，为了保证该地铁隧道盾构施工安全稳定和地铁 2 号线的运行安全，提高隧道与洞壁之间的紧密性，必须随时进行同步注浆施工作业。同步注浆使用材料的性能非常关键。同步注浆的材料要具备防水性能，在凝结后不受地下水的影响，其膨胀率和收缩率要低。为了保证同步注浆材料的填充性能，要适当添加增稠剂，提升浆液的黏稠度。要加强同步注浆的压力控制，避免填充材料因压力过大而影响填充质量。4.4.2 二次注浆该地铁隧道盾构施工会对下穿地铁 2 号线地段的土体产生较大影响，为此在该地铁隧道盾构完成下穿地铁2 号线地段的施工后，需要对该地段的土体实施监测。如果监测数据显示土体有松散现象，要及时采用填充材258工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工料进行二次注浆，以保证 2 条隧道与土体结合的紧密性。在二次注浆施工中，须将该地铁隧道轴线 180以上的土体，继续进行大面积加固。采用二次注浆手段，能够避免轨道线路附近土体发生大面积沉降，有效提升该地铁隧道盾构施工和地铁 2 号线运行的安全性。5 施工监测要点5.1 监测内容施工监测内容主要分为地铁结构变化、水平位移情况以及变形收敛趋势等。5.2 监测方法该地铁隧道盾构施工下穿地铁 2 号线运行线路属于高危施工项目，施工期间人工监测的时间相对较短，需要依靠仪器设备进行长时间监测。该地铁隧道盾构施工监测仪器，选用测量机器人进行三维坐标监测，并结合人工监测的模式，定期将该地铁隧道盾构施工下穿地铁2 号线运行线路的施工监测数据进行校对，确保施工监测数据的精准度。5.3 监测点位该地隧道盾构施工下穿地铁 2 号线运行线路的监测间隔，为每 5m 设置 1 个监测断面，每个监测断面中有 5 个监测点位，以此对该地铁隧道盾构施工进行全方位监控。5.4 监测数据为了保证监测数据的准确性，监测频率要与盾构机掘进速度（动态掘进里程）相吻合，监测数据可分为测量机器人自动化监测频率、静力水准自动化监测频率、人工监测频率数据审核等 3 个方面。测量机器人自动化监测频率统计如表 2 所示，静力水准自动化监测频率如表 3 所示，人工监测频率数据审核如表 4 所示。5.5 监测结果分析以上 3 种监测方法的监测目的一致，在实际检测中起到了相互监督、相互证实的作用。实际监测数据表明，下穿地铁 2 号线运行线路盾构施工后，左、右轨道的最大沉降数值为 3.9mm，道床发生沉降的数值为 3.8mm，地下水位上移深度为 1.4mm。将上述监测数据与城市轨道交通安全保护区结构变形控制指标（见表 1）进行对比，由表 1 可知，监测数据均在标准数值范围之内。这说明该地铁隧道盾构施工下穿地铁 2 号线运行线路施工效果良好，保证了地铁2 号线的安全运行。6 结束语在地铁隧道盾构工程下穿既有地铁运行线路的施工中，需要根据地形、地貌、地质和临近建筑物等情况，应用有针对性的隧道盾构施工技术，消除对既有地铁运行线路的不良影响，保证地铁隧道盾构施工安全，创造优质地铁工程虽然 A 地铁隧道盾构下穿地铁 2 号线运行线路的施工较为复杂，但是通过应用关键施工技术，强化前期地质勘察工作，全面掌握工程地形、地貌、地质和水文条件，通过数据分析制定科学、全面的下穿地铁 2 号线的施工方案，落实施工病害防治措施，做好施工监测工作，可以有效保证地铁隧道盾构施工的质量和安全。参考文献1 李祖仁.盾构下穿既有线路的施工技术措施J.低碳世界,2018(6):284-285.2 岳志坤.地铁盾构侧穿高铁桥梁桩基变形分析及关键技术研究 D.北京:清华大学,2018.3 任涛.地铁盾构施工下穿既有线路施工技术J.建筑技术开发,2017,44(1):97-98.4 王岩.某盾构隧道下穿既有盾构隧道变形超限原因解析及控制 研究 D.北京:北京交通大学,2018.5 樊华真.盾构法地铁隧道近距离下穿地铁既有运行线施工技术 J.施工技术,2017,43(13):103-106+110.6 刘莎莎.地铁隧道施工对既有铁路路基稳定性影响研究 D.北 京:北京交通大学,2016.7 张振中,关于盾构在粉质黏土体中下穿铁路既有线路的施工技 术研究 J,科学之友,2021(14):58-60.8 杨广武.地下工程下穿既有地铁线路变形控制标准和技术研究 D.北京:北京交通大学,2020.表2 测量机器人自动化监测频率统计序号项目 监测频率备注1监测点检测内容分析1/6h根据该地铁隧道盾构施工情况适当调整检测频率，保证监测数据安全21/2h31/6h表3 静力水准自动化监测频率序号项目盾构施工进度监测频率备注1监测点检测内容分析影响 30m 外1/10min根据该地铁隧道盾构施工情况适当调整检测频率，保证监测数据安全2影响范围内1/10min3跟踪监测1/30min表4 人工监测频率数据审核表序号项目盾构施工进度监测频率备注1监测点检测内容分析影响 30m 外1/2 周根据该地铁隧道盾构施工情况适当调整检测频率，保证监测数据安全2影响范围内1/1 周3跟踪监测1/2 周