盾构下穿城铁特级风险源的施工方法

摘要：近年来，随着国内地铁建设迅猛发展的步伐，盾构法施工在地铁建设活动中起着至关重要的作用。盾构施工下穿既有建（构）筑物的情况也越来越多，越来越复杂，所以要采取必要的施工方法，保证盾构机安全稳定的通过风险源。本案就北京地铁8号线下穿城铁13号线特级风险工程的成功案例为例，提出一些盾构穿越风险源的措施和建议。

关键词：地铁；盾构；下穿；风险源

中图分类号：U231文献标识码： A 文章编号：

1.工程概况

北京地铁8号线霍营站~西三旗站区间由东北向西南分别在城铁K20+296.823、K20+321.359两处下穿城铁13号线。本风险工程为特级风险工程。

2.水文地质情况

本区间工程风险处主要穿越土层自上而下主要为：粉土⑤2层、粉砂⑦3层、粉质粘土⑦层、粉土⑦2层。

3.风险源状况

城铁13号线在与霍~西区间相交处平面为直线，线间距5m，轨道为60kg钢轨，路基与地面相平，为有碴道床，采用第三轨供电方式。本段区间在两处下穿城铁13号线，城铁轨道岔尖位于左线盾构隧道上方。城铁13号线与霍西区间隧道平面位置关系见下图1。

图1城铁13号线与霍~西区间隧道平面位置关系图

3.1设计变形控制指标

按照城铁13号线运营管理部门的要求及评估单位北京交通大学土木建筑工程学院的评估报告建议值，道床沉降及桥墩变形控制值按照表1的指标执行控制，轨道几何尺寸控制指标按照《北京地铁工务维修规则》的要求执行，具体控制指标参照表2、表3及表4。本区间风险源轨道容许偏差管理建议按照经常保养一栏执行。

道床及桥墩控制指标建议表表2

碎石道床线路轨道静态几何尺寸容许偏差控制值表3

注：①轨距偏差不含曲线上按规定设置的规矩加宽值，但最大轨距（含加宽值和偏差）不得超过1456mm。

②轨向偏差和高低偏差为10m弦测量的最大矢量值。

③三角坑偏差不含曲线超高顺坡造成的扭曲量，检查三角坑时基长为6.25m，但在延长18m的距离内无超过表列的三角坑。

碎石道床道岔轨道静态几何尺寸容许偏差控制值表4

注：①支距偏差为现场支距与计算支差。

②导曲线下股高于上股的限值：计划维修为0，经常维修为2mm。

4.风险工程保护措施

为保证盾构施工时城铁13号线及工程自身的安全，采取地面与洞内结合的加固措施，具体为：

4.1地面措施

盾构穿越期间，对道岔进行临时锁闭，不再使用。

4.2洞内措施

根据盾构机与城铁的平面相对距离，将左右线隧道分为试验段、影响段、穿越段，分别采取针对性施工措施。

洞内措施主要包括优化盾构施工参数和深孔注浆。在试验段，根据实测监测数据调整与开挖地层相适应的掘进参数，控制同步注浆、及外加剂的材料使用及加注压力，使盾构在下穿城铁13号线掘进时能够有效控制地面沉降及隆起，并在试验段隧道对深孔注浆进行验证。

穿越城铁前后30米的范围内为影响区，城铁轨道下所对应的12米范围为穿越区。在影响区及穿越区均需采取洞内措施。即左右线各72米范围。

4.2.1试验段掘进

在左右线的试验段通过试掘进来验证暂定施工参数对地面沉降控制的效果，在试验段掘进期后需对盾构施工洞内措施施工效果进行评估，在试验段隧道内进行深孔注浆，对深孔注浆的效果进行验证。确认地面沉降控制符合要求后，盾构开始穿越影响区。穿越试验段盾构机施工参数见下表5：

本工程盾构机自霍营站始发后，左线掘进45环后，右线掘进70环后将进入对城铁的施工影响区。为在较短的试掘进段验证施工参数对沉降控制的有效性，需要在试验段对地表进行持续监测。掌握盾构机在通过监测点之前、之中和之后地面沉降变化的规律。根据试验段情况地面沉降情况评估施工参数对沉降控制的有效性，并据此预测穿越段的变形趋势。

4.2.2影响段、穿越段盾构机主要施工参数的设定

⑴土压设定值

土压设定的原则是维持开挖舱内的水土压力与设定土压力的吻合性，保持开挖面的稳定，即设定值P尽量接近自然土体侧向自重应力P0。

在掘进施工之前，根据沿线隧道埋深度、地质和水文参数，每隔5环计算出霍~西区间土压设定值，列盾构设定土压管理表以指导施工，每环掘进土压波动范围：0.2Bar以内。

⑵ 设定合理的掘进速度和相匹配的排渣土量

穿越风险源时应做到连续、平稳掘进，掘进速度控制在35mm/min；每环出土量总量控制55～60m3左右。

⑶同步注浆

注浆压力为保证足够注浆量的最小值，同时应与开挖舱内的土压力相匹，同步注浆压力计划为3bar。同步注浆采用注浆量与注浆压力双控，注浆速度与盾构掘进度一致。

⑷深孔注浆

在试验段隧道对深孔注浆进行验证，当地面监测到路基沉降值大于控制值的80%后，在盾构穿越城铁风险源段采取打穿管片上吊装孔或者用水钻在管片上钻孔的方式增加注浆孔，每环选取5个注入点。

⑸深孔注浆参数

注浆管采用φ32mm水煤气管，每节长1.1m，共4节，总长4.4m，采用管箍连接。每节水煤气管间距10cm梅花形开4个φ5mm小孔，形成花管，第一节前端开口形成一个30cm长的尖端以便插入土体，第四节靠近管片的一端40cm内不设注浆孔，末端内部加工丝扣，用于连接对丝及阀门。

注浆范围4米，注浆管露出管片10cm，注浆管采用风镐打入土体。浆液采用水泥—水玻璃双液浆，其中水泥浆采用水灰比1：1（质量比）水泥浆，双液浆配比为水泥浆：水玻璃=1：1(体积比)，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃的模数2.8。注浆压力初定为0.2～1Mpa，注浆时根据注浆的实际情况进行调整。

⑹ 针对穿越道岔的措施

在穿越道岔之前，联系城铁运营部门对道岔进行锁闭，地面准备渣石与扒渣机，万一出现道岔位置沉降超标，及时联系运营方对道床进行道渣调整。盾构机穿出影响区后，与设计及城铁运营部门共同确认道岔沉降和变形始发满足锁程要求。

适量储备盾构机及附属设施的易损件，确保盾构机连续穿越道岔区，如遇在岔区意外停机，通过不出土掘进或往土仓内注入膨润土液来保证土仓内压力不降低。

5.结语

在盾构穿越风险源的时候，施工前要对地上建（构）筑物进行调查，了解其周边情况并分析能产生的风险，有针对性地制订相应的施工措施，并做好施工过程中的监测工作， 依所测监测数据及时调整盾构参数。 同时，针对穿越障碍的风险，制订相应的应急预案， 以保证在出现意外情况时仍然可以按预案进行处理而不致于手足无措。

参考文献：

[1]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社,1997.

[2]周文波.盾构法隧道施工施工及应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3]胡新朋,孙谋,王俊兰.盾构隧道穿越既有建筑物施工应对技术[J].现代隧道技术,2006(6).