李建設(shè)，陳慧超，李 政

（1.中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽 471009；2.中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450003）

深圳地鐵11號線車公廟站—紅樹灣站區(qū)間盾構(gòu)隧道小凈距上穿既有線區(qū)間隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

李建設(shè)1，陳慧超2，李 政2

（1.中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽 471009；2.中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450003）

新建隧道近距離穿越既有地鐵結(jié)構(gòu)施工已成為城市地鐵工程建設(shè)中的一種常見情況，如何有效地控制既有線的變形已成為目前研究的熱點問題。以深圳地鐵11號線車公廟站—紅樹灣站盾構(gòu)區(qū)間小凈距（1.5 m）上穿既有運營1號線竹子林站—僑城東站區(qū)間為例，采用既有線上方地層加固技術(shù)、上穿段盾構(gòu)掘進控制技術(shù)和既有結(jié)構(gòu)監(jiān)測施工技術(shù)，有效地控制了既有結(jié)構(gòu)的變形，確保盾構(gòu)施工安全和既有地鐵的正常運營。

深圳地鐵；盾構(gòu)隧道；既有隧道；小凈距；地層加固；掘進控制；監(jiān)控量測

0 引言

伴隨著城市地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，地鐵線相互交叉穿越的現(xiàn)象越來越多，出現(xiàn)新建地鐵線路穿越既有地鐵線的情況。穿越既有線一般分為上穿、下穿、側(cè)穿等方式，穿越施工過程中，新建地鐵施工不可避免地會對既有地鐵產(chǎn)生影響，如何確保既有地鐵線的正常運營是施工中的重點和難點［1］。工程界對新建交叉重疊盾構(gòu)隧道施工相互影響及下穿既有線期間的變形控制已有大量研究。文獻［2－4］對新建交叉重疊盾構(gòu)隧道施工技術(shù)及交叉影響進行了分析；文獻［5－7］主要闡述了新建暗挖、盾構(gòu)隧道下穿既有車站、區(qū)間、建筑物時對既有結(jié)構(gòu)的保護施工關(guān)鍵技術(shù)；文獻［8］通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析評價了盾構(gòu)近距離上穿對既有運營地鐵隧道的影響，得出上穿施工對下部隧道產(chǎn)生以隆起變形為主的影響。目前，國內(nèi)對新建盾構(gòu)隧道小凈距上穿既有運營礦山法隧道施工技術(shù)方面的研究主要側(cè)重于理論分析或?qū)扔薪Y(jié)構(gòu)進行預(yù)加固，理論分析主要通過數(shù)值模擬來分析既有結(jié)構(gòu)的變形和受力，未從盾構(gòu)施工技術(shù)方面來分析施工可能遇到和需要解決的問題，而采用對既有結(jié)構(gòu)進行預(yù)加固勢必增加工程實施難度和成本。本文以深圳地鐵11號線車公廟站—紅樹灣站盾構(gòu)區(qū)間小凈距（1.5 m）上穿既有運營1號線竹子林站—僑城東站區(qū)間為背景，采用既有線上方地層加固和上穿段盾構(gòu)掘進控制關(guān)鍵技術(shù)，輔助管片背后注漿，以確保盾構(gòu)掘進施工安全，控制盾構(gòu)施工對既有結(jié)構(gòu)的變形。實踐證明，在未對既有結(jié)構(gòu)進行預(yù)加固處理的情況下，采用可靠的技術(shù)手段，可以使盾構(gòu)安全順利地通過既有線，并降低工程投資。

1 工程概況

深圳地鐵11號線車公廟站—紅樹灣站區(qū)間（簡稱車—紅區(qū)間）隧道全長約5.5 km，采用直徑為6.98 m的盾構(gòu)掘進雙向單線隧道，左右分修，管片內(nèi)徑6.0 m，外徑6.7 m。

1.1 區(qū)間隧道與1號線平面關(guān)系及地面環(huán)境

左線隧道在ZDK5＋363～＋280上穿1號線竹子林站—僑城東站區(qū)間（簡稱竹—僑區(qū)間），上穿段長83 m；右線隧道在YDK5＋408～＋340上穿竹—僑區(qū)間，上穿段長68 m。上穿段平面線路位于半徑為800 m的圓曲線上，豎直線路在由上坡坡度為24‰到下坡坡度為13‰過渡的豎曲線上。

上穿地鐵1號線段處于深南大道南側(cè)綠化帶內(nèi)，地面在左右線中間有既有1號線風(fēng)亭，地下有1根污水管道和3根給水管道，管線均為東西走向，與1號線平行。車—紅區(qū)間與1號線竹—僑區(qū)間隧道平面位置關(guān)系見圖1。

圖1 車—紅區(qū)間與竹—僑區(qū)間平面關(guān)系Fig.1 Relationship between shield-bored tunnel and existing Metro tunnel

1.2 隧道與1號線豎向關(guān)系及地質(zhì)條件

既有1號線埋深約19 m，線間距10～11 m。新建11號線隧道埋深約10.5 m，線間距11～13 m，與1號線左線隧道最小凈距僅為1.5 m。上穿段地層由上至下為素填土和黏土，洞身穿越礫質(zhì)黏性土。地下水位埋深1.2 m，主要為孔隙水和層間滯水。上穿段地質(zhì)縱斷面圖見圖2。

圖2 上穿段地質(zhì)縱斷面圖Fig.2 Longitudinal profile of geological conditions of the mentioned project

2 既有1號線隧道調(diào)查及對其影響要求

2.1 隧道設(shè)計調(diào)查

深圳地鐵1號線于2004年建成通車。查閱竣工圖可知：竹—僑區(qū)間隧道為錨噴構(gòu)筑法設(shè)計、礦山法施工，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，斷面6.2 m×6.6 m，初期支護厚度0.25 m，二次襯砌厚度0.3 m；拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置超前小導(dǎo)管L＝3.5 m，環(huán)距30 cm，打設(shè)角度10°～16°，按最大角度計算，超前小導(dǎo)管伸出開挖輪廓約0.8 m，未侵入盾構(gòu)掘進斷面內(nèi)；隧道周邊無徑向錨桿。

2.2 隧道內(nèi)現(xiàn)狀調(diào)查

在地鐵停運期間對上穿影響范圍內(nèi)進行了洞內(nèi)現(xiàn)狀調(diào)查，調(diào)查結(jié)果為：道床橫向裂縫較多，寬度為1～2 mm；隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)拱圈有少量裂縫，不貫通；隧道滲漏水點較少；軌道扣件無松動，軌距偏差在允許范圍內(nèi)；各種線纜、網(wǎng)架無松動；穿越段內(nèi)1號線無結(jié)構(gòu)變形縫；隧道結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)施無需加固處理。

2.3 上穿施工應(yīng)滿足的要求

為確保既有結(jié)構(gòu)的安全，滿足既有線正常運營的要求，設(shè)計及運營單位提出2點要求：1）上穿施工中造成的新增既有隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的裂縫不能貫穿，且寬度應(yīng)≤0.2 mm；若有掉塊，掉塊深度應(yīng)≤10 mm。2）既有隧道結(jié)構(gòu)絕對沉降量及水平位移量應(yīng)≤10 mm；軌距應(yīng)控制在－2～＋4 mm，軌道水平≤3 mm，軌道高低≤3 mm。

3 施工重難點及應(yīng)對措施

3.1 工程重難點分析

盾構(gòu)隧道上穿既有1號線竹—僑區(qū)間風(fēng)險大。主要存在以下重點和難點：1）上穿范圍內(nèi)地質(zhì)條件、既有結(jié)構(gòu)調(diào)查是重點；2）小凈距上穿既有隧道，盾構(gòu)掘進時，對土體的擾動會對既有線產(chǎn)生附加壓力；3）在既有隧道上方進行土體注漿加固，對施工工藝要求嚴(yán)格；4）小凈距上穿時，盾構(gòu)掘進技術(shù)要求高。

3.2 應(yīng)對措施

1）環(huán)境調(diào)查。①上穿范圍內(nèi)采用鉆孔補勘方式，摸清盾構(gòu)穿越的地質(zhì)條件。②對既有隧道進行洞內(nèi)現(xiàn)狀調(diào)查，若隧道內(nèi)有松動部件，則要進行緊固。

2）地層加固與工藝控制。①對重疊部位的地層進行注漿加固，改善土體密實度和承載能力，降低盾構(gòu)掘進時對既有隧道產(chǎn)生的附加應(yīng)力。②嚴(yán)格控制鉆孔精度，防止鉆穿既有隧道結(jié)構(gòu)。③嚴(yán)格控制注漿工藝參數(shù)，防止注漿施工對既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

3）掘進控制。①遵循“連續(xù)掘進、勻速通過”的原則，做好上穿前各項準(zhǔn)備工作。②選用經(jīng)驗豐富的主司機、專業(yè)水平較高的土木技術(shù)值班人員。③合理選擇掘進參數(shù)，并做到及時動態(tài)調(diào)整，做好渣土改良，控制出土量。④加強二次注漿。

4 上穿段施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 既有線上方地層加固技術(shù)

上穿部位覆土深度10～12 m，盾構(gòu)掘進過程中，土倉壓力容易損失，根據(jù)地面和工程地質(zhì)條件，采用袖閥管注漿加固方式來改善隧道重疊部位的土體密實度，以降低盾構(gòu)淺埋段冒頂?shù)氖┕わL(fēng)險，并有利于降低盾構(gòu)掘進過程中對既有隧道產(chǎn)生的附加應(yīng)力。

4.1.1 加固實施方案

1）加固范圍。橫向為隧道開挖面及輪廓線外3 m，縱向為與既有隧道重疊部位并向外擴張3 m。加固范圍如圖3所示。

圖3 加固范圍橫斷面圖（單位：mm）Fig.3 Ground reinforcement scope（mm）

2）注漿參數(shù)。注漿材料采用P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰質(zhì)量比為0.75∶1～1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，袖閥管布孔間距為2 m×2 m，梅花型布置。

3）注漿施工。采用后退式分段注漿，分段長度為0.6～1.0 m。加固后土體28 d無側(cè)限抗壓強度≥0.8 MPa。

4.1.2 既有線上方加固技術(shù)要點

1）既有線隧道上方與兩側(cè)注漿孔深度不一致，應(yīng)分別測放出各施工區(qū)的注漿孔位，用打木樁或鋼筋的方式做標(biāo)記，逐一編號，準(zhǔn)確計算孔位深度。

2）開孔、終孔前嚴(yán)格執(zhí)行“三方”確認(rèn)手續(xù)，即：值班技術(shù)人員、工班長和鉆機操作手對孔位、終孔深度、下管長度等技術(shù)參數(shù)進行確認(rèn)，確保不破壞地下管線、不鉆穿既有線隧道。

3）1號線隧道正上方范圍內(nèi)成孔時，鉆孔深度以1號線隧道頂部0.5 m為控制點。遇到異?？ㄣ@、堅硬物、鉆入度突然增大等異常情況時，應(yīng)及時停機分析原因。

4）嚴(yán)格控制注漿壓力，并由下而上逐漸減小，注漿工作應(yīng)遵循注漿間隔分層、慢速靜壓和一孔多注，從而滿足加固土體的要求。

地層加固后，從監(jiān)控量測結(jié)果及洞內(nèi)調(diào)查情況來看，地層加固未對既有隧道產(chǎn)生影響。

4.2 上穿段盾構(gòu)掘進控制技術(shù)

4.2.1 上穿前施工準(zhǔn)備

1）在盾構(gòu)到達4＃聯(lián)絡(luò)通道加固區(qū)（聯(lián)絡(luò)通道區(qū)已從地表進行了加固）時進行開倉，對刀具進行檢查和更換。

2）在穿越前對盾構(gòu)及后配套設(shè)備進行一次全面、細致地檢修。重點對盾構(gòu)的螺旋機系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、二次注漿設(shè)備、控制電路及液壓系統(tǒng)、龍門吊剎車系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、電瓶車剎車及電路進行檢修。更換被損壞的部件，及時排除存在故障隱患的部位，各潤滑部位及時加注潤滑脂或潤滑油，特別是對注漿管路進行清洗疏通，避免輸送管在盾構(gòu)穿越地鐵1號線時堵塞，導(dǎo)致漿液供應(yīng)中斷，從而造成盾構(gòu)停機。

4.2.2 盾構(gòu)上穿施工要點

1）土壓控制。上穿段隧道埋深為10～12 m，根據(jù)隧道覆土埋深計算每環(huán)的土倉壓力，掘進時土壓比計算壓力提高0.01 MPa，保持均勻性，波動范圍在±0.005 MPa，防止忽高忽低。

2）掘進速度控制。淺埋段掘進速度過快、出渣不及時，易造成土壓增大，導(dǎo)致前方隆起；速度過慢則給地層充分的應(yīng)力釋放時間，延長了對地層的擾動時間，從而引起較大的地層位移。上穿段地層均一，為礫質(zhì)黏性土，掘進時適當(dāng)提高掘進速度，以達到快速通過的目的，把對地層的擾動降至最小。

3）姿態(tài)控制。姿態(tài)調(diào)整應(yīng)遵循“及時、連續(xù)、限量”的原則，調(diào)整不宜過大、過于頻繁，減少糾偏，避免較大糾偏造成對土體的超挖和擾動。嚴(yán)格控制4個推進油缸分區(qū)油缸行程差及鉸接油缸行程差，確保盾構(gòu)推進軸線與設(shè)計軸線相吻合，姿態(tài)調(diào)整控制在±50 mm。

4）總推力、刀盤轉(zhuǎn)速和刀盤扭矩。上穿既有線時，應(yīng)控制總推力，減少盾構(gòu)前方土體的擠壓力。為減小對既有線結(jié)構(gòu)的擾動，保證開挖面的穩(wěn)定，刀盤轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在1.5 r/mim。推進時，通過減小總推力、掘進速度、刀盤貫入度及做好渣土改良來降低刀盤扭矩。

5）渣土管理。上穿段應(yīng)動態(tài)調(diào)整泡沫用量，使渣土具有良好的流動性。掘進時應(yīng)勤量渣溫，當(dāng)環(huán)渣溫升高于基礎(chǔ)溫度2℃時，應(yīng)立即檢查加水系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)是否完好；當(dāng)渣溫超過35℃時，應(yīng)立即停機，找到原因后再恢復(fù)掘進。出渣量按油缸行程進行控制，本區(qū)間采用φ6 980盾構(gòu)，刀盤比標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)φ6 280大70 cm，根據(jù)上穿的地層特性，出渣虛量比標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)多15～20 m3。

6）同步注漿。必須保證6路注漿管同時注漿。為減小注漿壓力對既有線的影響，應(yīng)減小底部注漿流速，降低底部注漿孔壓力，減少底部注漿孔注漿量；同時，應(yīng)增加中部及頂部注漿孔注漿量，保持總注漿量不變。

7）二次注漿。為防止既有隧道上浮及地表過大沉降，對上穿段實施加強型二次注漿。上穿段前后10環(huán)范圍內(nèi)管片背后注雙液漿，使隧道周圍土體快速滿足強度需求，并起到止水效果，其余管片背后注單液漿。二次注漿壓力控制在0.3～0.6 MPa。上穿段盾構(gòu)掘進參數(shù)見表1。

表1 上穿段盾構(gòu)掘進參數(shù)Table 1 Shield boring parameters

5 監(jiān)控量測分析

施工時，主要采取了地表沉降監(jiān)測和既有線隧道內(nèi)自動化監(jiān)測來監(jiān)控地表及隧道內(nèi)變形。

5.1 地表監(jiān)測

5.1.1 地表布點

主要在新建隧道和既有隧道線路中心線上方布置地表變形監(jiān)測點，測點間距為10 m，交叉段測點間距為5 m。

5.1.2 沉降分析

從地表變形監(jiān)測結(jié)果可以看出：盾構(gòu)通過前，刀盤前方0～10 m范圍內(nèi)為微隆起，證明掘進參數(shù)恰當(dāng)；盾構(gòu)上穿過程中，地表隆起量加大，但基本控制在10 mm以內(nèi)，地表無明顯變化；盾構(gòu)上穿完成后，隆起量基本穩(wěn)定。監(jiān)測結(jié)果見圖4。

圖4 累計變形值與盾構(gòu)上穿施工關(guān)系曲線（2013年）Fig.4 Total deformation Vs shield boring phase in 2013

5.2 既有隧道內(nèi)自動化監(jiān)測

自動化監(jiān)測項目主要包括地鐵1號線竹—僑區(qū)間地鐵隧道的結(jié)構(gòu)及道床沉降、水平位移監(jiān)測，分析隧道結(jié)構(gòu)、收斂、扭曲的變化情況，綜合判斷變形情況對地鐵運營的影響。

5.2.1 監(jiān)測布點

處于盾構(gòu)上穿正下方的監(jiān)測斷面按每5 m布置1個，其余區(qū)段按每10 m布置1個；每個監(jiān)測斷面布置4個監(jiān)測點，共布置監(jiān)測斷面42個，左線20個，右線22個。測點布置如圖5所示。

圖5 區(qū)間隧道自動化監(jiān)測點布置Fig.5 Layout of automatic monitoring points of existing Metro tunnel

5.2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

以車—紅區(qū)間左線盾構(gòu)通過既有線竹—僑區(qū)間左線隧道為例，選取左線隧道監(jiān)測點（1號點）橫向（X方向）位移和隧道底板道床上監(jiān)測點（2號點）沉降變形為對象，上穿過程變形曲線如圖6和圖7所示。X方向為隧道橫向，Y方向為隧道縱向，位移值為“＋”時表示向隧道掘進方向右方位位移，位移值為“－”時表示向隧道掘進方向左方位位移。

分析以上2個測點及其他測點的變形時程曲線可知，盾構(gòu)上穿施工中對既有隧道的變形影響較小，各測點X方向的變形基本在±2 mm，沉降變形在－0.5～＋2 mm（呈微上浮狀態(tài)）。監(jiān)測結(jié)果滿足設(shè)計及運營要求。

圖6 左線隧道監(jiān)測點（1號點）X方向位移時程曲線（2013年）Fig.6 Time-dependent displacement measured at No.1 monitoring point along X direction on left tunnel tube in 2013

圖7 左線隧道監(jiān)測點（2號點）Y方向沉降時程曲線（2013年）Fig.7 Time-dependent settlement measured at No.2 monitoring point along Y direction on left tunnel tube in 2013

6 結(jié)論與體會

車—紅區(qū)間左右線盾構(gòu)分別于2013年12月6日和2013年12月11日開始上穿1號線，在2013年12月9日和2013年12月14日順利完成上穿。穿過后既有線洞內(nèi)裂紋無增加，結(jié)構(gòu)無掉角，軌道扣件、接觸網(wǎng)支架等無松動現(xiàn)象；地表變形在可控范圍內(nèi)；上穿段盾構(gòu)隧道管片無錯臺、無漏水、無破損；達到了安全穩(wěn)步掘進、不影響既有線運營的施工目的，對類似盾構(gòu)小凈距上穿既有地鐵線施工有一定的參考價值。

1）在盾構(gòu)小凈距上穿既有地鐵1號線施工中，在既有隧道不進行支架加固的情況下，盾構(gòu)小凈距上穿既有線是安全可靠的。

2）在盾構(gòu)施工過程中，為了減小盾構(gòu)施工對交叉重疊部位土體的擾動，改善盾構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力，對交叉重疊部位的土體進行加固是必要的。若上穿凈距稍大且地質(zhì)條件較好，也可不進行地基處理。

3）盾構(gòu)掘進參數(shù)控制是施工的關(guān)鍵，上穿前應(yīng)分析前段類似掘進參數(shù)、地表沉降控制情況，提前制訂上穿時擬采用的參數(shù)，并在施工過程中動態(tài)調(diào)整。

4）施工前應(yīng)做好地表、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查及既有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀調(diào)查，并與運營單位進行充分溝通和協(xié)調(diào)，做好應(yīng)急預(yù)案。

5）施工過程中應(yīng)加強監(jiān)控量測，選擇科學(xué)的監(jiān)測手段，做到實時監(jiān)測。

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Key Construction Technologies for Shield-bored Tunnel of Chegongmiao Station-Hongshuwan Station Section on No.11 Line of Shenzhen Metro Crossing Closely above Existing Metro Line

LI Jianshe1，CHEN Huichao2，LI Zheng2
（1.China Railway Tunnel Group Co.，Ltd.，Luoyang 471009，Henan，China；2.China Railway Tunnel Stock Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，Henan，China）

In recent years，it is normal that tunnels under construction cross closely above existing Metro structure in urban areas.As a result，studies on the control of the deformation of the existing structure become a hot topic.In the construction of the shield-bored tunnel of Chegongmiao station-Hongshuwan station section on No.11 line of Shenzhen Metro，which crosses closely above the existing Zhuzilin station-Qiaochengdong station of No.1 line of Shenzhen Metro，technologies，such as reinforcement of ground above the existing Metro line，shield boring control technology and existing structure monitoring technology，are used.In the end，the deformation of the existing structure has been brought under effective control，and the safety of the shield-bored tunnel and the operation of the existing Metro line have been guaranteed.

Shenzhen Metro；shield-bored tunnel；existing tunnel；small spacing；ground reinforcement；boring control；monitoring

10.3973/j.issn.1672－741X.2014.04.014

U 45

B

1672－741X（2014）04－0374－06

2013－12－25；

2014－03－10

李建設(shè)（1979—），男，河南開封人，2004年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院，土木工程專業(yè)，本科，工程師，現(xiàn)從事隧道及地下工程技術(shù)管理工作。