新建地铁盾构法施工下穿既有运营地铁区间的研究与控制

摘要：随着盾构法施工下穿既有运营地铁技术广泛应用，确保既有线路正常运营以及盾构安全顺利穿越变得尤为重要，这对盾构法施工监理提出了更高要求。基于此，本文结合深圳地铁3号线某标段盾构法施工下穿1号线的工程实践，对盾构法施工监理的安全和质量控制方法进行了深入探讨和分析。通过本文，希望能为今后类似穿越工程提供监理工作经验。

关键词：地铁隧道；盾构法施工；监理；质量控制

前言

目前，地铁线网建设过程中，经常出现新建地铁线路施工下穿既有运营线路的情况，从而使得盾构法施工技术在地铁建设中应用日益广泛。为确保既有线路正常运营以及盾构安全顺利通过穿越，在盾构法施工下穿既有运营地铁过程中技术控制尤为重要，这对盾构法施工监理也提出了更高要求。在实施盾构法施工监理过程中，监理人员必须熟练掌握盾构法隧道施工质量监控重点及对策，才能为今后盾构法施工质量和安全提供有力的监督管理。

基于此，本文结合笔者多年工作经验，以深圳地铁3号线某标段盾构法施工下穿1号线工程为具体实例，对盾构法施工监理的安全和质量控制方法展开深入探讨。本文对穿越过程中的数据资料和经验进行总结，希望能为今后相关类似穿越工程提供监理工作经验和范例。

1、地铁盾构法及施工监理要点概述

1.1 地铁盾构法施工简述

盾构法施工下穿既有运营地铁技术在现有地铁建设中广泛应用，是暗挖隧道施工中的一种全机械化施工方法。具体而言，盾构法是将盾构机械从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，沿设计轴线向另一设计孔洞推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道及地面下沉，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，并靠盾构千斤顶在后部加压顶进，盾构每推进一环距离, 就在盾尾支护下拼装一环衬砌。

1.2 盾构法施工监理要点

1.2.1 盾构始发阶段施工监理要点

盾构始发阶段是控制盾构掘进施工的首要环节，监理人员应对以下内容进行重点控制：（1）盾构出洞土体加固。（2）盾构机及配套设备井下验收。为确保盾构掘进机及配套设备正常运转，监理需对设备主要部件和系统进行检查，并观察其试运转情况，验收合格后方可使用。（3）盾构始发出洞阶段，监理应注意观察割除围护结构迎水面钢筋后盾构机应迅速靠上洞口正面土体以及盾构出洞期间洞口有无渗漏的状况；同时应检查千斤顶的使用状况。

1.2.2 盾构试掘进和正常掘进阶段施工监理要点

在盾构试掘进和正常掘进阶段，监理人员应对以下三方面内容进行重点控制：（1）盾构机施工参数管理。监理可通过审查施工报表和观察控制室内监控设备等手段，及时收集和分析有关施工参数进行控制。（2）盾构掘进姿态控制。监理应重点对盾构姿态测量数据和盾构纠偏量进行控制，正确指导盾构安全推进。（3）管片拼装和注浆作业监控。

1.2.3 盾构进洞阶段施工监理要点

盾构进洞阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节，直接决定整个隧道掘进施工的成败。为了确保盾构顺利进洞，监理应重点对盾构进洞土体加固、盾构接收基座设置、进洞前盾构姿态监控、进洞侧洞门围护结构凿除四方面内容进行监督和控制。

1.2.4 盾构施工监控量测方面的监理要点

在盾构掘进施工监理过程中，还应确保监测范围和监测方式合理、监测项目满足要求以及监测数据的提交及时，并做好监测资料的整理。具体而言，在监控量测方面，监理人员应对以下三方面内容进行重点控制：（1）控制点的布置及施测，施工导线放样方法及程序、频率。（2）盾构机导向系统。（3）施工时的各项限差和质量保证措施。（4）隧道变形测量方法。（5）施工测量组织与管理制度以及监控量测仪器的投入与保养。

2、工程概况

新建深圳地铁3号线某标段盾构区间隧道下穿地铁1号线区间既有隧道，1号线是正在运营的地铁线路，运行频率高，该工程3号线与1号线隧道相交平面图具体如下图1所示。本标段下穿的1号线区间采用盾构法施工，该段隧道覆土厚度约为18m，管片外径6.0m，内径5.4m，每环管片长度1.2m。新建右线隧道与1号线隧道间净距为1.46 m，左线隧道与之净距为1.23 m。既有1号线隧道主要位于砾质粘土层和全风化花岗岩层中；新建区间隧道主要穿越全风化花岗岩层和强风化花岗岩层，两隧道之间所夹土体为全风化花岗岩。

图1 3号线与1号线隧道相交平面图

3、下穿地铁1号线主要施工方案

3.1掘进前盾构机的检查

为了确保盾构机在良好的状态下穿地铁1号线，应对以下设备进行彻底的检查和维修：（1）盾构机同步注浆系统、发泡系统。（2）土压平衡系统及数据传输系统。（3）盾构油脂注入系统。（4）刀盘的掘削性和刀具的耐磨性。

3.2采用土压平衡模式，均衡、连续、匀速通过交汇区

根据交汇区域的工程地质条件，采用盾构机土压平衡模式进行隧道掘进，土压平衡模式示意图如图2所示。刀盘开挖下来的碴土充填满泥土仓，并被装在切削刀盘后面及隔板上的搅拌臂强制搅拌，借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压作用于整个作业面，刀盘切削下来的碴土量与螺旋输送机向外输送量相平衡，维持泥土仓内压力稳定。另外，在盾构通过交汇区过程中，应匀速、连续、均衡进行施工。

图2 土压平衡模式示意图

3.3采用合理的掘进参数，严格控制施工过程

根据穿越前100米模拟段的施工经验，盾构机穿越既有1号线时掘进参数选定如下：推力：1600±100T；扭矩：100±20T.m；刀盘转速：1.5 rpm；掘进速度：20±5mm/min；土仓压力：2.0～2.4bar；理论排土量：46.4m3/环；注浆压力：3.5～4.5bar。其中，土压平衡状态下，上述设定的土压力可适当调整；出土量控制可采用掘进300mm出渣1车来控制；同步注浆量最终要视注浆压力、隧道的稳定情况以及地面沉降情况而定。

3.4加强注浆

在盾构施工中，当管片脱离盾尾后，在土体与管片之间会形成一道宽度为115mm～140mm的环型空隙，应对其进行注浆填充环形间隙。同步注浆采用盾尾壁后注浆方式，要做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆配合比采用如下表1设定，并在施工过程中根据实际情况进行调整。

表1同步注浆配合比

名称 水泥 膨润土 粉煤灰 砂 水 初凝时间

材料用量(kg/m3) 250 75 50 400 根据实际情况调整 180min

同步注浆浆液凝固后体积会产生一定收缩，为防止既有一号线产生后期沉降，在交汇区及交汇区前后10m范围进行洞内二次注浆，充填管片背后的空腔。整个注浆过程中要对1号线既有隧道进行实施监测，以监测结果指导注浆施工。二次注浆配比如表2。

表2二次注浆配合比

水泥（g） 水（ml） 水玻璃（ml） 初凝时间 终凝时间

150 60 108.4 2min40s 14min30s

3.5施工中的监测措施

新建地铁隧道盾构法施工过程中，监理人员应共同对施工期间监控量测负责，及时将监测数据收集整理并反馈给施工方的盾构机操作室和设计人员，根据监测结果指导施工，做到真正的“信息化施工”。

（1）地面隆陷监测方案：按变形测量规程中测站高差中误差≤0.5mm的精度要求，用精密水准仪、铟钢尺由高程监测网的控制水准点按二等水准测量的技术要求对监测点进行逐点量测，量测所采集的数据均为深圳市统一高程，对此数据进行处理、分析可得地面隆陷值。

（2）隧道断面监测方案：本工程采用徕卡TCA1800全站仪和配件及隧道断面自动监测系统软硬件结合来实现对地铁隧道的全自动监测；工作基站布置于监测点中部，基准点布设在最外观测点以外约40m的隧道中，沿轴线5m一个监测断面，每断面5个监测点。

5、结束语

综上所述，新建地铁盾构法施工下穿既有运营地铁区间的施工控制，需要运营、施工、设计和监理部门的全力配合，才能保证线路安全运营以及盾构安全顺利通过穿越。本文结合深圳地铁3号线某标段盾构法施工下穿既有1号线区间工程实践，在介绍工程概况和施工方案基础上，分析探讨了盾构法施工区间隧道监理工作要点及施工监理安全和质量控制方法。

结合本文下穿地铁1号线的主要施工方案，掘进前需要对盾构机进行认真检查，本工程采用土压平衡模式，均衡、连续、匀速通过交汇区；采用合理的掘进参数，严格控制施工过程；此外，还应注意加强注浆。新建地铁隧道盾构法施工过程中，采用地面隆陷监测和隧道断面监测相结合的方案，监理人员共同对施工期间监控量测负责，及时将监测数据收集整理并反馈给施工方的盾构机操作室和设计人员，根据监测结果指导施工，从而真正做到信息化施工。希望通过本文，能为今后相关类似穿越工程监理工作提供一定的参考和借鉴。

参考文献：

[1] 李翔. 盾构法隧道下穿既有地铁线风险及其控制措施[J]. 山西建筑， 2011（17）.

[2] 李昊勇，黄绘慧. 深圳地铁穿越铁路的区间隧道盾构法施工技术[J]. 中国市政工程， 2009（01）.

[3] 宋天田. 盾构法隧道在深圳地铁的应用实践[J]. 深圳土木与建筑， 2010（04）.

[4] 阮景章. 苏州地铁1号线盾构隧道施工质量监理控制重点[J]. 现代城市轨道交通， 2008（04）.

[5] 张原平. 浅析地铁盾构法施工技术要点及质量控制措施[J]. 中国新技术新产品， 2010（23）.

[6] 魏贤坤. 新建盾构下穿既有运营线路及城市建筑群施工控制技术[J]. 城市建设， 2011（02）.