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盾構(gòu)法地鐵隧道近距離穿越地鐵既有運行線施工技術(shù)

文檔作者：樊華真		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月08日
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DOI：10．7672／$gjs2014130103
盾構(gòu)法地鐵隧道近距離矛越
地鐵既有運行線施工技術(shù)
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(shù)據(jù)
施工技術(shù)第43卷
砂質(zhì)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(shù)口¨．。：=0．54MPa～，屬中一高壓縮性土。③，粗
砂中密，主要物質(zhì)成分為石英質(zhì)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(zhì)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(zhì)不均。⑥：礫質(zhì)黏土層硬塑狀，土質(zhì)
較均勻，含少量石英質(zhì)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(fēng)化花崗巖巖石
風(fēng)化強烈，原巖結(jié)構(gòu)可辨析，巖芯呈堅硬土柱狀，遇
水軟化，礦物成分除石英質(zhì)殘留外，其他已基本風(fēng)
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(fēng)化花崗巖層巖石風(fēng)化強烈，
巖芯呈堅硬土柱狀，微含約5％角礫狀強風(fēng)化碎石，
手可折斷，遇水軟化崩解。
區(qū)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(zhì)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(zhì)易被污染。
／2施工設(shè)備
2．1盾構(gòu)選型
從安全性、經(jīng)濟性、適用性等方面綜合考慮，并
綜合考慮盾構(gòu)區(qū)間的整體情況，區(qū)間隧道采用2臺
加泥式土壓平衡盾構(gòu)機。主要技術(shù)參數(shù)：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(gòu)機
推進掘削開挖面土體使碴土充滿土倉，并使土倉內(nèi)
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(nèi)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(xiàn)動態(tài)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(wěn)
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(biāo)及施工難點
3．1 主要施工控制指標(biāo)
根據(jù)深圳市地鐵公司《城市軌道交通安全保護
區(qū)施工管理辦法(暫行)》的規(guī)定，對既有地鐵線路
按三級預(yù)警制度進行管理，即預(yù)警值、報警值、控制
值。預(yù)警值取控制值的50％，報警值取控制值的
80％，結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)如表l所示。
表1結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)
TabIe l Control indexes of structure defbrmation
表l中，監(jiān)測控制值是指既有運行線地鐵列車
正常運行的極限值，預(yù)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(gòu)
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(nèi)，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(guān)鍵技術(shù)
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(fēng)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(yù)加固
措施可能會破壞原有土體的穩(wěn)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(jīng)研究決定：采用嚴(yán)格控制盾構(gòu)機掘進參數(shù)的方
法，不預(yù)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(gòu)機進行下穿地鐵
萬方數(shù)據(jù)
樊華真：盾構(gòu)法地鐵隧道近距離穿越地鐵既有運行線施工技術(shù)105
既有運行線的施工。盾構(gòu)機由石廈站始發(fā)，施工完
成石廈一購物公園站區(qū)間后，在購物公園車站過
站，二次始發(fā)進行下穿地鐵1號線盾構(gòu)施工。
在盾構(gòu)機下穿既有隧道前，對盾構(gòu)機進行維修
保養(yǎng)，確保盾構(gòu)機以最佳狀態(tài)下穿交匯區(qū)。進行下
穿地鐵1號線施工時，在自動監(jiān)測系統(tǒng)反饋的監(jiān)測
數(shù)據(jù)指導(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)
4．2．1掘進前盾構(gòu)機檢查
盾構(gòu)機在下穿既有隧道前，對所有設(shè)備進行徹
底的檢查和維修(刀具、注漿系統(tǒng)、盾尾刷等)，特別
是土壓傳感器的檢查，以確保盾構(gòu)機在絕對良好的
狀態(tài)下穿地鐵l號線。
1)盾構(gòu)機同步注漿系統(tǒng)、發(fā)泡系統(tǒng)維修
對盾構(gòu)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(fā)泡管路進行疏通，確保發(fā)泡系
統(tǒng)可用。
2)土壓平衡系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
為指導(dǎo)盾構(gòu)掘進，土壓力的顯示必須正確，掘
進數(shù)據(jù)必須可以傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，以便值班人員
了解盾構(gòu)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(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，確?？捎?。
3)盾構(gòu)油脂注入系統(tǒng)
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(tǒng)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(gòu)始發(fā)前，對盾構(gòu)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(xù)作業(yè)
根據(jù)下穿區(qū)域的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)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(yè)面水土壓力的動態(tài)平衡，
同時利用螺旋輸送機進行與盾構(gòu)推進量相應(yīng)的排
土作業(yè)，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(wěn)定。另外，做好掘進、拼裝
等各工序的銜接以及盾構(gòu)隊作業(yè)班的交接工作，盡
量減少非工作時間。在掘進過程中，各關(guān)鍵崗位
(盾構(gòu)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(jīng)驗的人員，定崗定人。在施工過
程中加強對機械設(shè)備的維修保養(yǎng)，盡量保證不因機
械故障而停機，保證盾構(gòu)機連續(xù)掘進。
4．2．3選用合理盾構(gòu)施工參數(shù)，嚴(yán)控施工過程
盾構(gòu)機開始下穿既有隧道區(qū)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(gòu)施工參數(shù)，最終施工參數(shù)選
定如下：理論排土量46．4m3／環(huán)；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(zhuǎn)速1．5r／
min；注漿壓力350～450kPa。
4．2．4加強注漿
當(dāng)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(huán)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(huán)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(huán)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(jié)臺車上。同步注漿速度與掘進速度匹
配，按盾構(gòu)完成一環(huán)掘進的時間內(nèi)完成當(dāng)環(huán)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(huán)注漿量6．5m3左右)雙重標(biāo)準(zhǔn)來
確定注漿時間。注漿量和注漿壓力達到設(shè)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(jù)實際情況調(diào)整，初凝時間180min。
盾構(gòu)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(chǎn)生后期
沉降，將下穿區(qū)及下穿區(qū)前后10m范圍設(shè)定為施工
區(qū)域，進行渝內(nèi)二次注漿，充填管片背后同步注漿
漿液收縮產(chǎn)生的空腔。當(dāng)臺車全部脫出1號線區(qū)域
后，將下穿區(qū)域的每環(huán)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(gòu)機下穿對沉降敏感的建(構(gòu))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(shè)備材料運輸至隧道內(nèi)并安放在盾構(gòu)機臺
車的適當(dāng)位置。
3)當(dāng)盾構(gòu)機刀盤抵達既有建(構(gòu))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(shù)據(jù)
施工技術(shù)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(dāng)盾體處于既有線隧道的下方時，用二次注
漿機向盾體外側(cè)注入高稠度膨潤土，以填充土體與
盾體之間環(huán)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(jiān)測措施
1)地面沉降監(jiān)測按國家二等水準(zhǔn)測量規(guī)范的
要求，用精密水準(zhǔn)儀、條碼銦鋼尺由高程控制網(wǎng)的基
準(zhǔn)點對預(yù)先設(shè)置在地面的監(jiān)測點逐點進行量測，并將
各沉降點沉降值存入計算機監(jiān)測管理系統(tǒng)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(jiān)測方案該系統(tǒng)以徠卡全站儀
TcAl800為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，配以計算機及相應(yīng)的通
訊機后處理軟件，以實現(xiàn)對既有隧道變形的自動化
監(jiān)測，測量系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。
圖4自動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成
Fig．4 Autom囊廿c mom協(xié)血g sys蛔
工作基站設(shè)置在隧道側(cè)壁，同時設(shè)置4個基準(zhǔn)
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(lián)系，由后臺控制全站
儀對基準(zhǔn)點和監(jiān)測點按照一定順序進行掃描、記
錄、計算機自校，并將測量結(jié)果發(fā)送至后臺計算機
入庫存儲并進行整編分析。
基準(zhǔn)點位于盾構(gòu)施工影響區(qū)域之外，最外觀測
點以外40m左右的隧道中，既有隧道位移監(jiān)測數(shù)據(jù)
只反映監(jiān)測區(qū)域相對基準(zhǔn)點的位移量。工作基站
布置于監(jiān)測區(qū)域中部，離道床1．2m左右，便于全站
儀自動尋找目標(biāo)。
沿軸線5m設(shè)1個監(jiān)測斷面，每斷面5個監(jiān)測
點，如圖5，6所示。其中2個監(jiān)測點布置于中腰位
置附近，1個監(jiān)測點布置于既有隧道頂部，剩下2個
監(jiān)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(jiān)測點用膨脹螺栓固定安裝小
規(guī)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(jiān)測點平面布置
Fig．5 Monitoring pOints layout Of the exiting tunnel
C30
預(yù)制鋼筋混凝土管片
圖6 隧道斷面監(jiān)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(gòu)機下穿施工完畢后，在左
線盾構(gòu)機下穿施工完畢后，1號線既有運行線的上
行線結(jié)構(gòu)監(jiān)測點最大沉降穩(wěn)定在一6．5mm，下行線
結(jié)構(gòu)監(jiān)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(jiān)測指標(biāo)均在控制值范圍內(nèi)。在右線盾
構(gòu)機下穿施工完畢后，1號線既有運行線的上行線
結(jié)構(gòu)監(jiān)測點最大沉降穩(wěn)定在一13．6mm，下行線結(jié)構(gòu)
監(jiān)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(jiān)測指標(biāo)均在控制值范圍內(nèi)。
6結(jié)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(zhuǎn)第110頁)
砭始粥
《嚳醐 蔫壺)l∽
線
器嚼刪霧
萬方數(shù)據(jù)
110 施工技術(shù)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(shè)計預(yù)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(dǎo)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(zhì)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(jù)圍巖開挖后自穩(wěn)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(huán)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(guī)連接方法是在作業(yè)面定位后采用
連接筋通過焊接與上一榀鋼架連接固定，現(xiàn)場焊接
速度慢，在圍巖穩(wěn)定性差的情況下，增加了人員在
危險區(qū)的暴露時間，同時在滲水量大的作業(yè)面進行
焊接作業(yè)，存在安全隱患。經(jīng)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(yù)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(xù)
工序爭取了時間。
6．2多工序平行施工
分臺階平行作業(yè)，在圍巖的自穩(wěn)時間內(nèi)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(yè)，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(yè)。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(fù)噴混凝土施工
和下臺階的鋼支撐、錨桿作業(yè)同時進行，最后復(fù)噴
下臺階的初支混凝土。
6．3提高出碴效率
合理利用現(xiàn)有設(shè)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(cè)裝碴，縮短洞碴的裝運時間。
7 結(jié)語
1)為穩(wěn)定黃土隧道掌子面，防止塌方，上臺階
預(yù)留核心土，保證了掌子面穩(wěn)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(huán)，以有效控制地表沉降。
3)在地下水發(fā)育區(qū)段通過“搶堵+固堵”的辦
法，隔斷地下水的滲流路徑，設(shè)置導(dǎo)水孔來減小地
下水對已建支護結(jié)構(gòu)的作用。
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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(gòu)近距離下穿既有線隧道施工，在自動監(jiān)
測系統(tǒng)反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)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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