摘要：介绍了深圳北环电缆隧道工程土建Ⅱ标盾构成功近距离下穿既有运营地铁4号线隧道。通过对地铁4号线隧道结构以及现状的调查和梳理，盾构下穿前的方案多方审查，下穿施工过程中巧妙地动态地把盾构划分为3个施工段，果断地提前对既有线引进自动化信息监测技术指导施工。应急决策小组以及应急措施的及时跟进，盾构贯通后监测工作的延长以及稳定指标；对盾构机的提前维护和及时更换刀具的技术及对影响范围内既有地铁隧道内采用钢花管注浆的方法等。在采取相关措施后，既有运营地铁隧道的沉降可以有效控制，从而保证既有地铁线路运营安全，可以为类似工程提供借鉴。
关键词：盾构；近距离；下穿；既有地铁；施工
Abstract:This thesis discusses about the successful crossings beneath Metro Line4 in operation within short distance bythe shield machine in Bid 2 of Shenzhen Beihuan cable tunnel engineering project. By the investigation and sorting of the structure and status quo of tunnel for Line 4 and multireview of the plans before crossing of the shield machine，the shield construction is skillfully and dynamically divided into three stages during the construction process．Automatic information monitoring is decisively introduced to the existing metro lines in advance to direct the construction．Timely follow up of the decision making group for emergency and emergency measures，advance maintenance of shield machine，technology of timely cutter replacement and grouting with steel pipe in theMetro Line4tunnel are the technical measures. the settlement of the existing Metro Line can be effective controlled, consequently it ensure the safety of existing Metro Line. Also it provided reference for other similar projects.
Key words:shield; short distance; crossing beneath; existing metros; construction
1 引言
近年来，我国经济平稳较快发展，城市化水平不断提高，随着市政管网工程向城市大断面综合管廊的不断发展，新建管网隧道下穿既有地铁区间越来越多，盾构法因其施工速度快、施工效率高、对外界环境影响小、征地拆迁量小等优点而成为大直径市政管网地下隧道施工的新兴工法。采取合理的技术措施，控制穿越过程中引起的变形在可控范围内，确保地铁隧道结构的安全稳定，保障地铁运营安全，是管网隧道工程施工的重要工作。
本文以深圳北环电缆隧道WJ13~WJ14盾构区间下穿既有运营地铁4号线工程实践为依托，结合对此工程的数值分析[4]及监测成果，以及本工程的实际特点，对施工中采取的关键技术进行总结，达到保护既有建构筑物的目的。
2 工程概况
深圳北环电缆隧道工程WJ13~WJ14区间，采用盾构法施工，盾构由WJ13竖井始发，沿北环大道北侧中间绿化带东行，至WJ14竖井，途中下穿既有运营地铁4号线莲花北~上梅林隧道区间，WJ13号竖井离地铁4号线隧道最近水平距离为43.6m。
区间隧道在北环大道城市主干道下通过，地面交通流量大，需穿越既有运营地铁4号线莲花北~上梅林隧道区间左、右线2个隧道，地铁4号线莲花北~上梅林隧道区间采用盾构法施工，上行、下行线线间距19m，隧道埋深10.8m，电缆隧道顶距地铁4号线隧道底垂直间距5m。施工难度大，施工风险高。
WJ13竖井、电缆隧道与既有地铁4号线隧道位置关系如图1、图2所示：
2.1 工程地质情况
电缆隧道下穿地铁4号线区段地层自地表而下至盾构区间顶板分别为：,<1-1>人工填土层、<4>含砾粉质粘土层、<6-2a>可塑性粉质粘土层、<6-2b>硬塑性粉质粘土层、<8-1>全风化花岗片麻岩层、<8-2>土状强风化花岗片麻岩层。
电缆隧道与地铁4号线之间地层分布主要为<8-1>和<8-2>。电缆隧道盾构开挖范围内主要为<8-2>和<8-4>中风化花岗片麻岩。
隧道顶部的地层具有遇水易软化和自稳能力差等特点。盾构开挖范围内的地层主要成分为土状花岗片麻岩，下部少量为中风化花岗片麻岩，上软下硬，刀具易产生偏磨和渣土超排情况。
2.2 地铁4号线原设计施工情况分析
既有地铁4号线为盾构法隧道，隧道内径5400mm，隧道外径6000mm，管片厚度为300mm，环宽1500mm。管片采用错缝拼装，弯曲螺栓柔性连接。管片端面外侧设弹性密封槽，内侧设嵌缝槽，整个环面不设凹凸槽，环纵缝之间均采用M24螺栓连接。管片混凝土设计强度等级为C50，抗渗等级为P12，每环管片由六块三种不同型号的管片组成，一块封顶块，两块邻接块，三块标准块。
3主要技术措施
3.1 施工前准备
3.1.1建筑物调查及地质补勘
进场后立即对盾构掘进影响范围内的建筑物进行详细的调查和对区间隧道地质进行针对性的补充地表勘探、核实。盾构到达地地铁4号线前，对地铁4号线隧道表面、渗漏点和裂 缝等及隧道的现状情况(包括隧道的表面情况和维修情况)进行检测并记录。
3.1.2 技术准备
根据对既有线的调查与补充地质勘探成果，紧密结合工程条件，评估盾构施工的特点和水平，提前编制施工技术方案，并通过内部讨论、专家会审等程序对技术方案进行优化。最后形成施工技术交底，召开专门技术交底会，将施工方案向现场施工人员、盾构掘进司机及现场值班技术人员进行详细交底。
3.1.3 设备物资准备
提前做好盾构机等施工设备的检查与维修，开仓更换刀具，保证以良好的状态投入过建构筑物段施工。同时，按照施工方案、技术交底以及应急预案做好施工所需物资准备。
3.1.4 施工预案
针对施工过程中可能出现的地面变形过大甚至坍塌、既有线沉降超限或不均匀沉降等风险，提前制定应急预案，同运营等单位做好协商，并做好相应的机具材料和人员准备。
3.1.5 监控量测
引入自动化监测系统，在地铁4号线隧道内采用第三方自动采集数据系统数据为依据，分别对垂直沉降、水平位移、轨道左右侧高差、隧道断面收敛变形等进行详细监测，做到数据的快速采集，确保及时反馈。
地铁4号线内监测频率为：穿越初期0.5次/小时，穿越过程中1次/小时，穿越后2次/天，如遇变形超过报警值，将进行实时跟踪监测（盾构穿越地铁4号线结构沉降警戒值为±10mm，相对位移量±5mm，轨道高差±4mm）。
3.2 分阶段控制区划分
根据盾构穿越地铁线的工况特点，将盾构穿越既有地铁4号线分为3个阶段，分别为盾构穿越前试推进阶段、盾构穿越阶段和盾构穿越后阶段。
（1） 盾构穿越前试推进阶段
设定13#竖井始发后至盾构机切口环距离地铁隧道上行线5环共31环为推进试验段。在这段范围内主要收集盾构推进参数，以及不同的施工参数对周围环境的影响大小。
（2） 盾构穿越阶段
设定盾构切口到达地铁4号线上行隧道前5环至盾构机盾尾推出地铁4号线下行隧道范围5环后定为穿越段。
该控制段施工时，主要根据穿越试推进阶段总结的推进参数和施工数据来指导盾构的推进施工。在这个阶段主要任务是控制盾构的施工参数，包括控制推进速度、正面土压力、同步注浆流量、同步注浆压力等主要施工参数，确保穿越过程中运营地铁的安全。
（3） 盾构穿越后阶段
设定盾构推出地铁4号线下行隧道范围5环后的50m定为盾构穿越后阶段，共42环。
由于盾构穿越后，可能存在一定程度的工后沉降，会对地铁造成影响。必须在施工现场内准备充足的补压浆材料以及设备，根据沉降监测情况进行后期补压浆。
3.3地铁4号线隧道内超前注浆加固
穿越地铁4号线之前需对既有运营隧道穿越中线较近的上、下行线隧道隧道土体进行注浆预加固，提高加固范围内地层的抗渗能力和承载能力，以确保施工安全顺利进行。
根据地质情况分析，结合建构筑物保护要求高、地铁4号线正常运营的重要性等特点，拟采用钢花管注浆加固地层，已达到盾构安全顺利穿越的目的。
拟利用管片吊装孔对管片周围土体进行注浆填充加固，注浆范围为地铁4号线莲花北站-上梅林站区间与北环电缆隧道交叉处中线两侧各10m范围内，盾构管片每一环共有6个吊装孔。每环选取4点、8点2个点位埋设钢花管，埋设深度为2m，采用水泥-水玻璃双液浆注浆，在一个注浆断面上，同时对管片对称面两处注浆孔进行对称注浆，注浆参数为：水灰比0.75~1:1，注浆压力初压0.3~0.5MPa、稳压0.8~1.0MPa。注浆平、剖面图如图3、图4.
3.4盾构下穿时关键施工技术
盾构施工的相关参数对周边地层影响程度非常重要，主要为土仓压力、推进速度、总推力、出土量、刀盘转速、注浆量和注浆压力等，掘进中随时根据地铁4号线内的自动监测数据以及地表的监测数据来科学合理的调整掘进参数，确保通过时地铁4号线变形在可控范围内。
（1）对前期掘进情况进行分析研究，找出适合本段地层特点的各种推进参数和控制重点，选择符合施工情况的掘进模式。
（2）通过控制出碴量，加气保压使土仓内压力值保持恒定，尽量将其波动值控制在最小的范围内，以确保开挖面的稳定，需严格控制出土量，根据本标段类似地层施工经验以及地层情况，出碴量应控制在≤30m3。
（3）加强碴土改良，适当增加泡沫剂用量以及刀盘加水量，防止堵仓、泥饼现象发生。
（4）控制掘进速度，盾构下穿地铁4号线过程中，需严格控制掘进速度，避免出现较大的速度波动，防止由于速度过快造成土仓压力增大，注浆欠饱满等一系列问题，减少对地层的扰动。掘进时需制定适宜的掘进速度，保证盾构机匀速的通过地铁4号线，把对地层的扰动减少到最小。
（5）对盾构掘进进行严格的线形控制和姿态控制， 姿态调整不宜过大、过频，减少纠偏，姿态调整控制在± 5 mm 范围内，避免对土体的超挖和扰动。
（6）确保同步注浆量，注浆措施主要作用为防止地表变形、提高结构的抗渗性、改善结构受力情况等，施工时应设定合理的注浆量和注浆压力，确保管片与围岩之间的间隙能被及时充填密实，每环理论注浆量为3m3，基于对地面及地铁4号线隧道的保护，防止发生较大沉降，同时结合下穿段具体地质情况，注浆量不得少于4m3。
3.5 施工组织保证措施
（1）在盾构通过前对施工中使用的全部设备进行检修，确保门吊、砂浆搅拌机、二次注浆机、电瓶车等设备穿越时的零故障。
（2）在盾构通过4号线前选择在WJ13竖井内进行检查，对刀具进行全面的检查，并进行刀具的更换。同时加强对盾构的其他部位维修保养，保证加压系统、泡沫系统、出碴系统在穿越施工时的运行良好。
（3）在施工过程中，保证盾构掘进、管片拼装、同步注浆等工序的有序衔接，以最短的时间通过地铁4号线既有隧道范围。
（4）施工过程中加强对地表以及地铁4号线隧道内部的监测力度和频率。
（5）项目各参建主体同地铁运营管理部、城管、交警、交委应急中心等部门进行充分的协商沟通，畅通应急响应机制，并与港铁公司组织24小时联合值班小组，应对可能发生的突发事件。
4 结论
深圳北环电缆隧道工程土建Ⅱ标盾构成功近距离下穿既有运营地铁4号线隧道，首先是对地层的充分、清晰的认识，并对地铁4号线隧道结构和穿越前现状进行了技术、结构、影响程度、风险等全方面的分析和评估。其次是地铁4号线内布设了自动化监测系统。第三是组织、协调方面非常重视、达成安全共识，成立了工作小组24小时联合值班。第四是根据监测结果和地铁4号线的变形情况，对盾构施工进行了动态指导，及时调整施工参数和施工方案。
参考文献
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论文作者:何明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/12
标签：盾构论文; 隧道论文; 地铁论文; 管片论文; 注浆论文; 地层论文; 范围内论文; 《基层建设》2017年第18期论文;