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摘要：以广州市综合管廊某区间盾构工程中，顺利下穿距离仅3.43m的运营地铁五号线区间隧道，盾构掘进施工中所遇到的难点与处理措施进行简述，以供日后同类施工参考。
关键词：下穿运营地铁区间；近距离；盾构
1.工程概况
广州中心城区综合管廊支线工程主要沿科韵路敷设，起于广州员村热电有限公司地块内，终止于棠下变电站。线路全长约3.0km，线路全部采用地下敷设方式，全线共设 4 座地面井，支线段平均井间距为0.98km。管廊区间采用盾构工法，工作竖井采用明挖工法。
其中支1~支2号井盾构区间将以94°~95°的平面夹角垂直下穿运营地铁5号线。根据详勘报告与补勘资料，地铁5号线隧道上方埋深10.8m，支线隧道上方埋深20.4m，5号线底部距离支线顶部最小距离为3.4m。下穿5号线范围为：支CK1+831.4～支CK1+855.6，对应353环~377环，共计24m。见图1、2、3。
图1 项目隧道与地铁五号线隧道平面关系图 图2项目隧道与地铁五号线隧道空间关系图
2.安全评估
根据CJJT/T202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》，从接近程度判断，本项目盾构隧道下穿地铁五号线隧道，相对净距小于0.1D（D为本项目盾构隧道的外径），属于“非常接近”；从外部作业的工程影响分区判断，属于“强烈影响区（A）”，由此综合判定本项目对地铁结构的影响等级属于特级。
盾构隧道对地铁隧道的不利影响主要体现为盾构隧道施工诱发地铁隧道产生的位移变化。因此，结合国内已运营地铁的保护经验和相关规范，并结合地铁隧道结构现状初步分析结果，初步拟定综合管廊盾构下穿过程中地铁五号线隧道结构的总位移控制值为6mm。同时地铁五号线监测范围为综合管廊盾构隧道东、西两侧各40m，重点监测范围为综合管廊盾构隧道东、西两侧各20m，见图4。
图4 地铁隧道沉降槽
3．重难点分析及应对措施
3.1 管廊隧道在<7-3>、<8-3>、<9-3>泥质粉砂岩中进行下穿，在推进过程中需要保压掘进，而泥质粉砂岩易结泥饼，其决定盾构在穿越过程中对既有线保护的好坏，所以穿越地铁时解决土仓结泥饼是本工程控制的重点。
3.2 本区段下穿既有运营地铁5号线，根据广州地铁保护管理办法规定，保护等级为一级，对隧道结构、行车轨道的沉降、变形控制要求高。对即有地铁线路的变形量的控制是本工程的难点。
3.3 对盾构机结泥饼的应对措施
3.3.1 在到达试验段前进行开仓，检查刀盘是否有泥饼粘着的情况，对掌子面地层状况和刀具的磨损情况进行检查。在正式下穿前10环再进行一次开仓，确保穿越段刀具完好，刀盘未结泥饼。
3.3.2 在穿越段选用进口品牌泡沫剂，确保渣土改良效果。
3.3.3 密切关注渣土温度，以34℃为控制标准，超过34℃时对渣土进行取样分析，必要时加入分散型泡沫剂。
3.3.4 如在掘进过程中，出现“推力大、扭矩小”现象，根据掘进具体位置选择不同处理方案：①在穿越段时，可往刀盘土仓内注入分散性泡沫剂转动刀盘，降解刀盘泥饼；②如盾构刀盘在试验段或保护段范围，可依据现场情况进行开仓清理泥饼。
3.4 对穿越运营地铁的应对措施
3.4.1 加强开挖面土压和渣土管理，形成良好的、稳定的土压平衡模式。
3.4.2 严格控制盾构推进油缸分区油压差、铰接油缸行程差等推进参数，重视盾构姿态控制。当姿态发生偏差时，坚持勤纠偏的原则，且每环纠偏量宜小。
3.4.3 高度重视浆液拌制质量，同步注浆应确保足量6.29m³，且与盾构推进行程相匹配。管片脱出盾尾后，根据沉降监测数据及时组织二次注浆。
3.4.4 采用全自动监测对运营地铁进行全程监测，根据监测数据及时调整推进参数；
3.4.5 在盾构机3号台车上设置一组双液浆二次注浆设备，以满足对二次注浆的要求。
4．技术参数控制
4.1 施工策划
本次穿越五号线分为三段，分别为试验段、穿越段和保护段；穿越段范围为刀盘到达地铁边线10m至盾尾脱出边线10m区域，共计54m，具体如下图5：
图5 施工段划分
4.2 盾构掘进参数设置
掘进控制是盾构顺利穿越五号线的关键，盾构掘进应坚持“控制扰动，安全、连续、平稳通过”的原则。结合隧道目前掘进参数，给出管廊支线<7-3>、<8-3>两种典型地层情况下掘进参数，见下表1、表2：
表1 <7-3>地层下盾构参数设置表
表2 <8-3>地层下盾构参数设置表
4.3 盾构姿态调整
穿越段平面线性为直线段，纵断面为32%的上坡，盾尾间隙单侧为30mm为保证穿越地铁5号线的安全及成型隧道质量，盾构水平姿态控制在±30mm以内；考虑到管片后期上浮等情况，垂直姿态控制在+10~-30mm以内，以此严格要求盾构机掘进，有效减小盾构机对地层的扰动。同时坚持“勤调、量小”的原则，每环姿态不易变化过大，每环调整量在5mm以内。同时根据管片姿态测量的情况调整掘进方向。
4.4 碴土改良
通过向刀盘前方加膨润土、泡沫剂和聚合物，与外加剂以及刀盘切削下来的渣土拌和，增大渣土的流动性、和易性，以达到避免结泥饼、避免喷涌、控制出土量、提高推进效率的目的，渣土塌落度控制220mm。
在正式穿越5号线过程中，为保证最好的渣土改良效果，项目改选用进口的品牌泡沫剂。本工程使用的盾构机改良系统采用2根刀盘面板注水管路、2根刀盘切口注水管路和4根泡沫管路，拟定采用<7-3>、<8-3>两种典型地层流量参数进行控制，掘进中依据改良效果调整发泡倍率，见表3：
表3 碴土改良参数表
4.5 出土量控制
每掘进1环进尺的理论出土量为：V=L×πd²/4=46.4m³，根据以往施工经验和查阅《建筑施工手册》，泥岩类取松散系数k=1.40~1.45是比较合理的，故每掘进1环进尺的出土量应控制在65m³（五箱土），67m³是上限，每掘进300mm出一箱土。同时依据目前龙门吊称重统计，每环出土量在120~124吨。
4.6 同步注浆
隧道掘进过程中，注浆量应根据不同的地质情况和地表隆陷监测情况进行调整和动态管理。一般情况下以满足控制地表隆陷为原则。盾构通过五号线时，每环的压浆量应大于建筑空隙的150%，注浆压力渐近增加以满足注浆量为上限值，原则控制在0.3MPa。根据中交天和盾构机刀盘外径可算得理论注浆量为：V=（π6.29²/4-π6²/4）×1.5×1.5=6.29m³。
对浆液配合比进行不同的试调配及性能测定比较，优化出满足不同条件下使用要求的配合比。同时在试掘进施工过程中对浆液的配合比核对，根据地表沉降监测情况进行相应的优化及调整。
对于穿越段，可通过现场试验进一步调整配比（例如增加水泥含量）和加入早强剂或减水剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。
为保证穿越段施工质量，本工程对同步注浆配合比重新进行试验，选择最优配合，目前初凝时间控制在7小时，管片上浮量在20mm以内。
4.7 二次注浆
根据以往经验，同步注浆难以完全填充管片背后的空隙，为控制土体后续沉降，施工过程中应根据监测数据对脱出盾尾的管片进行二次补强注浆，使隧道周围土体彻底固结，确保地铁运营安全。因此管片脱出盾尾第3~4环，每环进行二次注浆，注浆点位选择在1点、2点、10点、11点位置。
为提高同步注浆质量、避免已成环管片背后的地下水大量涌入土仓，每隔6~8环对管片背后进行整环二次注浆，形成一个由凝固双液浆构成的止水环，截断管片背后来水。
二次注浆终孔按照双控原则，注浆压力达到0.3MPa以及盾尾开孔检查。
4.8 盾尾密封
为保证盾尾密封质量，严格控制盾尾油脂注入情况，加大盾尾油脂注入量。正常施工情况下平均盾尾油脂注入量为30kg~34kg/环之间，为保证盾尾密封效果，盾尾油脂注入量增加至40kg/环。
同时控制同步注浆的压力，以免浆液进入盾尾，造成盾尾密封装置被击穿，引起土体中的水渗入隧道，使得盾尾密封性能降低。
4.9盾构掘进参数预警制度控制
4.9.1 严格控制出碴量，每箱土掘进距离在渣量超标无法有效控制时，立即保压停机。每环掘进完成后出渣量大于规定值得±2m3，或门吊承重大于规定值得10t，需分析原因并制定后续施工方案，确保运营地铁安全。
4.9.2 每环检测渣温至少两次，碴温34℃时为警戒值，当碴温达到警戒值或每环温度变化超过3℃时，现场人员立即分析判断原因并采取措施；如渣温持续上涨，立即保压停机。
4.9.3 每掘进一环同步注浆量保证注浆量在6.29m³以上，同时确保注浆管路畅通，原则上必须保证4管注浆。出现一根注浆管堵塞时，立即进行疏通，如在当环掘进完成后仍未疏通时，必须在疏通后再进行下一环掘进，一旦出现两根以上管路堵塞时。必须立即保压停机进行疏通。
4.9.4 在运营隧道中实施自动化监测，通过24小时不间断地开展现场监测工作，及时调整施工参数，第一时间应对突发事件。
5.穿越成果
盾构按计划先后顺利下穿运营地铁五号线，未发生长时间停机等异常情况，掘进进度维持7.5环/天，按要求快速、连续顺利下穿五号线，未出现沉降监测报警超限等异常情况，具体穿越详见下表4。
表4 穿越成果一览表
6．结束语
本文通过对综合管廊项目盾构隧道成功近距离下穿运营中的轨道交通五号线区间隧道的案例进行总结，本项目采取的措施与施工参数，是适合应用在类似环境与地层中的。随着城市轨道交通以及市政综合管廊的发展，未来城市地下空间必定会出现有更多的隧道项目相互穿越，如何能确保重要建（构）筑物的安全，只有在施工的各个环节都能认真组织，事前有针对性地设置技术参数，并加强过程中的控制，才能确保把对周边环境影响降到最低。
论文作者:梁怡星
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/9
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