【摘 要】 文章以廣佛地鐵12標(biāo)盾構(gòu)機(jī)下穿地鐵1號(hào)線為例詳細(xì)介紹了盾構(gòu)機(jī)下穿既有地鐵線路的掘進(jìn)技術(shù)及掘進(jìn)管理，為以后類似的工程施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】 盾構(gòu)機(jī)；地鐵線路；掘進(jìn)

1、前言

進(jìn)入21世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展加速了城市化建設(shè)。隨著城市密集度的提高，城市建筑和人口的不斷增多，使得城市地面交通壓力的不斷增大。為了緩解這種壓力，人們把目光投向了對(duì)于地下空間的開(kāi)發(fā)，盾構(gòu)法隧道施工就是利用開(kāi)發(fā)地下空間是目前比較好的一個(gè)手段。由于城市地面情況非常復(fù)雜，盾構(gòu)機(jī)下穿各種建構(gòu)筑物都存在極大風(fēng)險(xiǎn)。本文以下穿廣州地鐵1號(hào)線為例，總結(jié)盾構(gòu)機(jī)下穿既有地鐵線路時(shí)的掘進(jìn)技術(shù)和掘進(jìn)管理方法。

2、工程概況

2.1 下穿地鐵1號(hào)線正線工程概況

本文以廣佛線菊樹(shù)至西朗地鐵盾構(gòu)區(qū)間線路為例，該施工區(qū)域位于廣州市荔灣區(qū)，為保證地鐵一號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)，下穿隧道的施工是整個(gè)隧道施工的重難點(diǎn)之一。菊西區(qū)間掘進(jìn)施工中，地鐵1號(hào)線正線位于里程YCK20+270～ YCK20+320范圍內(nèi)，在建西朗站位于地鐵1號(hào)線正線以東20米附近，此段隧道頂部距地面最小距離11m，最大縱坡為27.856‰，線路為直線，該段長(zhǎng)度約50m。

2.2 地面建（構(gòu)）筑物情況

在里程為YCK20+283～YCK20+315段，下穿地鐵一號(hào)線。地面有地鐵一號(hào)線三股軌道，右線隧道邊線至西朗車站最近距離僅為5.6m，隔音墻的樁基侵入隧道。線路平面布置如圖1；在YCK20+310處下穿地鐵一號(hào)線的隔音墻，隔音墻樁基布置如圖2。

2.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)通過(guò)地鐵1號(hào)線正線的地層情況，右線隧道主要穿越的地層為〈6〉全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、〈7〉強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、〈8〉中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、〈9〉微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層多種地層的混合地層，隧道覆土自上而下主要為2米厚〈1〉人工填砂、5米～10米厚〈2-1A〉淤泥，含水率70.9%，標(biāo)貫值最大為2、<2-2>淤泥質(zhì)粉細(xì)砂地層，標(biāo)貫值最大為10，隧道頂部距離〈2-1A〉淤泥層為1米～4米。

2.4 施工重、難點(diǎn)分析

地質(zhì)條件差，潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)高。盾構(gòu)區(qū)間經(jīng)過(guò)廣州地鐵1號(hào)線正線，根據(jù)該段詳勘資料、補(bǔ)勘資料以及咨詢相關(guān)1號(hào)線正線施工人員，此段隧道頂部存在8米左右的<2-1>淤泥層，該淤泥層含水量大，標(biāo)貫最大值為2擊，地表為地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)線路，在地鐵1號(hào)線正線施工期間，沒(méi)有對(duì)淤泥層進(jìn)行任何處理，地質(zhì)條件較差。由于地鐵運(yùn)行對(duì)軌道的沉降要求為±4mm，而該段又無(wú)法進(jìn)行地面加固或扣軌加固，因此盾構(gòu)掘進(jìn)施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

樁基侵入隧道，施工難度大。在里程為YCK20+310.5處為地鐵1號(hào)線隔音墻，其基礎(chǔ)為φ600mm樁基，根據(jù)樁基施工記錄表推斷，樁基侵入隧道15cm。盾構(gòu)通過(guò)時(shí)，隔音墻存在因樁基傾斜導(dǎo)致開(kāi)裂甚至倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

下穿地鐵1號(hào)線正線，沉降量控制要求高。該段主要穿越的地面建、構(gòu)筑物為地鐵1號(hào)線正線。根據(jù)詳勘資料顯示，該地段隧道上覆大面積淤泥，掘進(jìn)時(shí)存在上軟下硬地層，且地面為運(yùn)營(yíng)地鐵線路，一旦由于掘進(jìn)時(shí)超挖或?qū)τ倌喈a(chǎn)生擾動(dòng)產(chǎn)生地面沉降將影響地鐵1號(hào)線正線運(yùn)營(yíng)，產(chǎn)生不良社會(huì)影響。

3、準(zhǔn)備工作

1、停機(jī)保養(yǎng)，軌道加固，確保過(guò)1號(hào)線時(shí)設(shè)備完好性，力求快速通過(guò)。

2、準(zhǔn)備道砟，以備軌道沉降時(shí)起軌。

3、利用鋼絲繩將接觸網(wǎng)立柱加固。

4、隔音墻加固。

4、下穿地鐵1號(hào)線正線段技術(shù)措施

4.1 盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)的配置

根據(jù)過(guò)地鐵1號(hào)線地質(zhì)條件，既能通過(guò)土層，還需有一定的破巖能力。對(duì)上軟下硬等復(fù)雜地段能很好的控制地面的沉、隆。即使在同一隧道斷面上，巖土的分布也并非單一，斷面上的巖土強(qiáng)度不一，這些地方的隧道為堅(jiān)硬及上軟下硬的圍巖會(huì)使盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)受到不均衡的力和不同程度的磨損。隧道通過(guò)大部分巖層，使盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)容易造成刀具磨損。因此要求所選的盾構(gòu)機(jī)必須滿足以下要求：

1）、刀盤(pán)結(jié)構(gòu)的剛性好，變形量小，既能適應(yīng)土壓平衡掘進(jìn)的大扭矩工況，又能適應(yīng)在對(duì)硬巖地層和不均勻復(fù)合地層的大推力工況，還需保證有足夠的開(kāi)口率，能適應(yīng)粘土地層的出土要求。

2）、刀具布置主要考慮復(fù)合地層的需要，對(duì)軟土切削的刮刀以及對(duì)硬巖破碎的滾刀結(jié)合布置，中心區(qū)采用雙刃滾刀破巖，中心區(qū)外組合布置刮刀和滾刀，針對(duì)上軟下硬地層的特點(diǎn)，邊緣區(qū)滾刀密集，單位長(zhǎng)度上參予切削的刀刃多，可以增加邊緣滾刀的使用壽命，降低刀具的更換頻率。

3）、安裝專門(mén)的單刃滾刀23把、中心雙刃滾刀8把、切刀106把、周邊刮刀12把。

4.2 掘進(jìn)措施

此段地層主要特點(diǎn)是上覆地層為淤泥及軟土層，盾構(gòu)在其底部掘進(jìn)時(shí)極易引起隧道頂部軟弱而超挖，局部塌方，地表過(guò)量沉降甚至地表沉陷。在推進(jìn)過(guò)程中設(shè)法保持上部軟土的平衡是關(guān)鍵所在，施工中采用的主要措施如下：

結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真做好技術(shù)總結(jié)

認(rèn)真做好試掘進(jìn)及正常掘進(jìn)的總結(jié)工作，經(jīng)過(guò)該段前，盾構(gòu)機(jī)下穿地鐵公司試線段，此段地層與過(guò)地鐵1號(hào)線正線段相似，在軌行區(qū)下部都分布有6～8米厚度的淤泥層，并且都呈倒三角形分布，有部分淤泥侵入到隧道頂部，隧道開(kāi)挖斷面主要以〈6〉全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、〈7〉強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、〈8〉中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、〈9〉微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層為主。

盾構(gòu)在通過(guò)此段時(shí)，采用土壓平衡掘進(jìn)模式，中部土壓力比掌子面底部水土壓力大0.01MPa，掘進(jìn)速度保持在30～40cm/min，出土量嚴(yán)格控制在65方/環(huán)，注漿量確保每環(huán)6方以上。

試線段的掘進(jìn)參數(shù)、措施以及地面的沉降情況為過(guò)地鐵1號(hào)線提供了依據(jù)，得到較合理的掘進(jìn)參數(shù)，積累了成功經(jīng)驗(yàn)，使下穿1號(hào)線正線時(shí)地面沉降得到有效控制。

4.3 技術(shù)措施

a. 加強(qiáng)土體改良。單純采用較大的土壓力是一種理想的方法，但因?yàn)橄虏繛槟鄮r，會(huì)產(chǎn)生結(jié)泥餅的負(fù)面效應(yīng) ，增加泡沫的注入量至80%～100%。在掘進(jìn)過(guò)程中，土壓力基本控制在170Kpa左右，比隧道位置實(shí)際水土壓力略高，提高泡沫注入率后有效抑制了土倉(cāng)內(nèi)結(jié)餅。

b.重視盾構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的異常反饋，如推進(jìn)速度、推力、扭矩、土艙壓力增大、油溫升高、出土閘門(mén)噴涌、渣土的含水量變化、渣樣的判斷、實(shí)際出渣量與理論出渣量的比較等等，認(rèn)真分析異常原因，并采取果斷措施，以免貽誤戰(zhàn)機(jī)。

嚴(yán)格控制出土量，每環(huán)控制在65m3左右，最多不能超過(guò)70 m3 ，如果出現(xiàn)4.5斗土已裝滿，但是千斤頂?shù)男谐涛茨苓_(dá)到1800mm時(shí)，停止螺旋機(jī)出土，繼續(xù)掘進(jìn)達(dá)到拼管片為止。下一環(huán)開(kāi)始就要憋土保壓，視刀盤(pán)扭距而定。停機(jī)前也要憋土保壓，防止掌子面坍塌。出土量的嚴(yán)格控制使盾構(gòu)機(jī)通過(guò)該區(qū)域時(shí)，刀盤(pán)位置的沉降量得到了有效控制。

c.優(yōu)化壁后注漿配比參數(shù)，

調(diào)整同步注漿配合比，提高水泥摻加量使之大于160kg/m3，或加入適量早強(qiáng)劑，使?jié){液凝膠時(shí)間縮短到3～5h，使同步注漿盡快發(fā)揮其止水作用；保證同步注漿每環(huán)6方以上，由于盾構(gòu)機(jī)已掘進(jìn)1500米，盾尾刷有不同程度磨損，盾尾存在漏漿現(xiàn)象，通過(guò)在管片外壁上粘貼海綿條，減小了盾尾漏漿現(xiàn)象，由于盾尾刷損壞，海綿條阻擋了部分漿液外溢，但在掘進(jìn)過(guò)程中，仍有漏漿現(xiàn)象，并且直接導(dǎo)致了盾尾后期沉降的發(fā)生。

d.為了進(jìn)一步減少盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)地面產(chǎn)生的沉降量，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的同時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)盾尾后部第2環(huán)管片位置進(jìn)行二次雙液注漿。

雙液漿凝膠時(shí)間只有幾十秒，能夠有效填充同步注漿不飽滿造成的盾尾間隙，減少盾構(gòu)機(jī)通過(guò)軟土地層后的后期沉降。但由于雙液漿凝結(jié)時(shí)間較快，為了防止其竄入刀盤(pán)前、盾殼外凝固后將盾構(gòu)機(jī)困住，因此必須嚴(yán)格控制二次注漿的操作。

1）、注漿時(shí)間控制在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，雙液漿難以將盾構(gòu)機(jī)困死。注漿位置在盾尾后部第2環(huán)管片處，距刀盤(pán)約10米，在雙液漿注入并凝結(jié)時(shí)難以竄入刀盤(pán)前方，不影響盾構(gòu)施工。

2）、控制注漿壓力，如注漿壓力較大，雙液漿更容易竄入刀盤(pán)前方，并且二次注漿因無(wú)法計(jì)算襯背空隙量，現(xiàn)場(chǎng)注漿時(shí)以注漿壓力來(lái)控制，超過(guò)控制壓力即停止注漿。注漿前需在孔內(nèi)裝入單向逆止閥，并鑿穿其外側(cè)保護(hù)。

5 、下穿地鐵1號(hào)線正線段聯(lián)動(dòng)機(jī)制

右線下穿地鐵1號(hào)線采取高效的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，及時(shí)、有效地收集、反饋各種信息，集中分析，及時(shí)作出決策應(yīng)對(duì)。

1）、領(lǐng)導(dǎo)值班，地鐵公司建設(shè)總部、運(yùn)營(yíng)總部、監(jiān)理單位、第三方監(jiān)測(cè)單位、施工單位領(lǐng)導(dǎo)24小時(shí)值班，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

2）、現(xiàn)場(chǎng)辦公，將地鐵公司第四會(huì)議室設(shè)為現(xiàn)場(chǎng)辦公地點(diǎn)，也是整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，建總、運(yùn)營(yíng)、監(jiān)理、第三方監(jiān)測(cè)、施工單位集中現(xiàn)場(chǎng)辦公。

3）、運(yùn)營(yíng)部門(mén)人員現(xiàn)場(chǎng)待命，根據(jù)沉降情況隨時(shí)準(zhǔn)備地鐵限速、起道、搗固作業(yè)、接觸網(wǎng)加固調(diào)整等應(yīng)急措施。

4）、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與掘進(jìn)參數(shù)聯(lián)動(dòng)，利用短信等形式，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)傳到指揮中心，根據(jù)沉降情況，給盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)下達(dá)指令，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)及掘進(jìn)措施。盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)將掘進(jìn)情況發(fā)到指揮中心，指揮中心根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求及時(shí)調(diào)整檢測(cè)頻率，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的監(jiān)測(cè)、掘進(jìn)以及決策的聯(lián)動(dòng)。

6 、過(guò)地鐵1號(hào)線正線地面監(jiān)測(cè)

由于軌行區(qū)西側(cè)為柵欄、東側(cè)為隔音墻，南側(cè)為運(yùn)營(yíng)西朗地鐵車站，因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置的范圍主要集中在這些構(gòu)筑物范圍內(nèi)。監(jiān)測(cè)的里程范圍，上行線（右 線）：YDK20+276.573～ YDK20+309.573；總監(jiān)測(cè)范圍為33m，包括西朗地鐵站房屋監(jiān)測(cè)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)，只對(duì)可能產(chǎn)生沉降的機(jī)頭以及機(jī)尾的部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備及監(jiān)測(cè)精度：1、徠卡TCRP1201全站儀1臺(tái)，測(cè)量精度1″，2+2PPm。

2、徠卡NA2型精密水準(zhǔn)儀及測(cè)微儀1套，測(cè)量精度0.3mm/Km，最小讀數(shù)0.01mm。

水準(zhǔn)測(cè)量按二級(jí)水準(zhǔn)施測(cè)，兩次讀數(shù)差<0.5mm，兩次高差較差<0.7mm。

測(cè)量路線按實(shí)際情況可取閉合或附合水準(zhǔn)。

7 、地面沉降情況

右線下穿地鐵一號(hào)線地面沉降大致可以分為三個(gè)階段

1）、沉降階段，累計(jì)沉降達(dá)到31mm。

2）、隆起階段，地面沉降已超出報(bào)警值，設(shè)法加大注漿量，軌道隆起6～7mm，沉降基本穩(wěn)定。

3）、平衡階段，減小注漿量，沉降趨于平衡，軌道累計(jì)隆起6mm。

8、結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)機(jī)下穿既有地鐵線路，地質(zhì)調(diào)查和既有線路調(diào)查是前提，合理的掘進(jìn)參數(shù)是基本，掘進(jìn)和監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)是關(guān)鍵，做好應(yīng)急預(yù)案是保障。

參考文獻(xiàn)

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[2] 鐵路隧道施工規(guī)范 （TB10204-2002）

[3] 地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50 299-1999）.