关键词：地铁施工；既有结构；盾构；下穿；保护技术
引言
对于地铁盾构法而言，它是一种全机械化的施工方法。该方法应用时的主要优势体现在施工速度方面，同时对于周围环境与工程的影响较小。但是，应用盾构法进行地铁工程的施工环节中，也会导致周围的土体出现一定的变形与位移问题，进而导致周边建（构）筑物发生沉降变形等现象。在进行地铁新线与既有线叠交施工时，一旦既有线结构出现沉降问题，由此所引起的轨道变形问题将对地铁工程的运营造成极为不利的影响。因而，要加强对此类下穿问题的研究，提高施工期间既有运营线路的安全与稳定效果。
1工程概况
该工程位于某市，盾构机区间中部的轨排井（兼盾构始发井）始发，向两端车站掘进，分别在小里程端和大里程端吊出。根据十一号线总体工筹，盾构先从轨排井始发，往某站方向掘进，先隧后站直接通过某站，掘进至小里程端解体吊出后再次转运至轨排井，完成区间的隧道掘进。本区间采用两台中铁装备土压平衡盾构机进行掘进，并且采用阶段性始发，先始发左线，待左线台车全部进洞后，再进行右线始发。站区间起点里程为ZCK13+615.449（YCK13+583.273），终点里程ZCK14+770.299（YCK14+770.299），左线隧道长1154.85m，右线隧道长度1187.026m。区间隧道为准6.0m圆形断面单线单洞盾构隧道，埋深约11.7～32.8m，线间距7.1～27.96m，线路纵坡为单向坡，最小坡度为0.24%，最大坡度为2.92%。在YCK14+181.836位置设置1个联络通道采用矿山法施工。本区间局部下穿地铁6号线地下隧道。
2下穿既有结构运营线的沉降影响因素
2．1盾构隧道推进施工不科学
在掘进过程中，会使周边的土体发生移动，导致开挖面周围土体发生下沉;掘进过程中会破坏地下水平衡，使孔隙的水压力下降，从而引发沉降;盾构机掘进时并不是按照原设计路线进行掘进的，大多是在一定误差范围内按照蛇形行进方式进行掘进的，对施工中曲线推进、仰头、扣头以及纠偏等姿态的调整，会大大增大对土体的扰动，从而增加发生地表沉降的可能性;推进相关参数设置的不合理导致推进施工中增加发生沉降的可能性，比如盾构推进速度、油缸总推力以及同步注浆压力等。
2.2盾构姿态与设计轴线偏差
（1）盾构超挖或欠挖，造成盾构在土体内的姿态不好，导致盾构轴线产生过量的偏离，尤其在曲线段施工过程中，对轴线偏差的控制难度加大。（2）盾构测量误差导致轴线的偏差。（3）盾构纠偏不及时或纠偏不到位，导致轴线偏差。（4）盾构在非常软弱的土层中推进时，如果停止推进的间隙过长时，正面平衡压力严重损失时，会导致盾构下沉，引起姿态偏差。（5）拼装管片时，拱底块部位盾壳内清理不干净，有杂质夹杂在相邻两环管片的接缝内，使得管片下部超前，轴线产生向上的趋势，影响盾构推进轴线的控制。（6）同步注浆量不够或浆液质量不好，引起隧道沉降，而影响推进轴线的控制。
2.3盾构机的影响
盾构机推进过程中，会和周围岩石和地层发生摩擦，对地层产生剪切和摩擦，使原有的地层结构被破坏，使地层发生一定损失，进而引发地面沉降。同时盾构机的直径也会对地表沉降产生影响，当盾构机的直径越大，发生地表沉降越大，因为在盾构机掘进时，会扰动周围土体，盾构机的直径越大，对土体的扰动就越大，另一方面，其直径越大，导致损失的土体越多，增大了地层的损失，这也会引发地面沉降。
3施工对地铁既有结构运营线的保护措施
3.1穿越前技术准备工作
（1）在施工前对沿线盾构施工影响范围内的地铁线路、管线及建筑物进行全面调查，收集相关资料，列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单，提前作出预案，并准备相应应急物资材料配备。（2）根据地质勘察情况或盾构推进过程中的地质变化情况，对建筑物周边地质不明的进行补充详细勘察，明确地形情况、基础土层结构、各土层土体性质、地下水情况等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（3）为了使盾构安全、顺利下穿运营地铁隧道，将始发后的100环列为试验段，在试验段阶段，对盾构的各个工艺流程和施工参数，尤其是注浆工艺进行24h监控，及时记录实际发生的各项数据。通过对试验段推进参数的试验和分析，为盾构安全、顺利的下穿地铁线路提供切实可行的技术参数和措施。（4）为已处于运营的地铁隧道安装自动化监测，监测对象为地铁隧道结构，监测内容为隧道结构在X、Y、Z三维方向的变形变位值及隧道结构相对收敛情况。（5）盾构机下穿运营地铁隧道前50m时，停止掘进，对所有设备进行彻底的检查和维修，特别是刀具、土压计、液压系统、注浆系统、测量自动导向系统等，以确保盾构机以良好的状态顺利穿过运营地铁隧道。
3.2关键设备
(1）基坑开挖前。接触网导高满足地铁限界要求，整体处于标准导高4?040??mm，悬挂点状态良好；轨道几何状态良好，轨距和高差等数据都符合规范要求，轨检数据显示状态优良。(2）基坑开挖期间。接触网导高发生了明显变化，基坑施工对应的隧道区段导高部分点已低于导高极限值4?020??mm，但悬挂点未出现异状，为满足车辆限界要求，对接触网导高整体上调23.4??mm，经整体调整后的导高值为4?043.4??mm；轨道几何状态变化较小，但发生了零星弹条断裂现象，横向、垂向加速度在正常范围之内，轨检数据约扣100分，轨道状态基本可控。
3.3下穿地铁隧道重难点应对措施
（1）刀具检查措施。在盾构到达地铁运营线前50m范围以外，组织开仓对刀具和是否结泥饼进行检查。开仓点选择在地质补勘点位地质条件较好。同时根据该地质情况掘进施工经验，边缘滚刀磨损量控制在5~8mm，超出上述磨损量须进行更换，其他周边刀磨损量控制在10mm，面刀磨损量控制在15mm，磨损量超出上述标准时，必须进行更换。刀具出现偏磨、刀具异常损坏时，全部更换刀具。（2）沉降控制应对措施。在盾构隧道施工过程中，开挖破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层岩土体的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当沉降过大，地铁隧道就有可能遭到破坏影响运营。因此，在盾构下穿地铁隧道时需注意对既有地铁隧道进行保护，采取如下措施：①选择正确的掘进参数，加强地表沉降、地下水位及地铁隧道线路的观测，并及时反馈施工。加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地表沉降；同时也应防止地面由于土压过大引起地表隆起；②加强对盾构掘进中的工况管理，改良碴土，避免泥饼形成，堵塞刀盘和土仓，导致在地铁隧道影响范围内开仓清洗。严格控制注浆参数。对于控制浆液配合比，同步注浆时控制注入量，二次注浆控制注浆压力，并根据第三方自动监测系统的沉降数据及时进行注浆调整。及时施做止水环，防止水土流失，造成沉降。（3)合理控制推进速度。在推进过程中，利用土压力传感器所测出的相关数据来控制推进速度，一般将千斤顶的推进速度控制在2～2．5cm/min，确保推进速度处于稳定的状态，保持盾构控制方向恒定，并和出土速度以及注浆速度相匹配，进而避免出现大量的纠偏情况。（4)严格控制盾构姿势。该地铁盾构下穿既有地铁施工中，把控好推进轴线，使推进轴线和原设计轴线一致，保证轴线均匀分布在盾尾间隙处，同时为保证盾尾不出现漏浆情况。（5)根据具体掘进情况，控制好掘进参数。根据该地铁各地层理论计算的出土量结果，控制好实际出土量，并根据计算值合理设定土压力值。同时对推进中的参数进最优设置，推进速度、轴线偏差以及刀盘油压等参数进行合理设定，科学帮助指导实施。（6)采用合理科学的信息化手段，加强盾构施工监控力度，实现信息化施工。必须加强施工监控力度，随时掌握施工情况，及时发现并处理施工中的变形问题，及时改进施工存在的不合理问题。施工单位在隧道外和隧道内部设置监测点，对隧道外的地表沉降、水位监测以及线路沉降等进行监测;对隧道内沉降监测、管片和围岩的接触压力以及钢筋内力等进行监测。施工中根据监测结果，不断调整并优化施工参数，利用信息化手段，做到动态管理盾构施工全过程，尤其是沉降施工。通过应用高精度的连通管进行自动化监测，严密检测轨道施工状况，在盾构通过期间，可每10min为有关人员提供一组监测数据，并将数据及其分析情况及时反馈给一线施工人员，以便及时调整施工方案。同时，合理设置监测预警值，通常情况下是允许值的70%，一旦达到设定的预警值，有关人员应及时调整施工参数，针对该问题分析具体的原因，以便及时采取应对措施，避免出现地表沉降，从而使正常施工受到影响。
3.4确保盾构端头井加固到位
（1）对于不同地区，不同地质、水文特征采用不同的端头井加固方法，如三轴搅拌桩加固、高压旋喷桩加固、冻结法加固等等，对于特殊地层也可将几种方法结合一起使用，达到加固效果。（2）在加固过程中要严格控制施工质量，以三轴搅拌桩为例，在加固过程中控制好浆液质量、搅拌速度、提升和下沉速度、加固深度等，保证加固后土体qu28为不小于1.0Mpa，渗透系数不大于10-7cm/s。
结语
本文主要结合区间工程施工案例，对地铁盾构下穿既有结构运营线保护技术进行了研究。由于本工程下穿对运营 6 号线隧道存在着沉降等影响问题，因而施工时首先对各项主要风险源进行了分析，并结合现场实际状况定制下穿地铁隧道重难点应对措施，确保工程施工顺利开展。
参考文献
[1]陈孟乔.新建地铁车站近距离穿越既有地铁隧道的变形控制[J].中国铁道科学，2011（4）：3-9.
[2]张成平.大断面隧道施工引起的上覆地铁隧道结构变形分析[J].岩土工程学报，2009（5
论文作者:王琳
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年21期
论文发表时间:2019/12/2
标签：盾构论文; 隧道论文; 地铁论文; 轴线论文; 地层论文; 结构论文; 里程论文; 《工程管理前沿》2019年21期论文;