摘要：随着城市地下轨道交通建设不断发展和延伸，在城市中心及城区既有地铁线路越来越密集，在地铁施工中，不可避免的遇到盾构机穿越既有地铁线路问题，盾构机掘进过程中，开挖区域及周边土体发生变形，容易引起临近建（构）筑物的变形和破坏。在上跨临近的地铁线路结构进行全过程监测，保证既有线路的正常安全运营是目的之一。充分挖掘盾构机掘进技术控制，达到开挖面土体稳定的前提下保证既有线路的安全稳定是重中之重。因此研究特殊困难条件下的盾构穿越施工，对于目前城市轨道交通工程施工具有一定的指导意义。
关键词： 盾构施工穿越；既有地铁运营线路；控制措施
1 施工重难点
（1）新建隧道与既有运营地铁线上下净距小，不同于天然地基下的盾构施工开挖，既有运营地铁线的存在，使得地层应力场、位移场均存在较大的改变，同时地铁运行，也会对盾构隧道开挖作业产生不利影响 [1] 。（2）盾构下穿施工直接影响上部既有线的地铁运营，盾构施工必然会对周边土体产生扰动，由此可导致既有运营地铁隧道产生位移、变形等，如隧道结构出现纵向/水平位移、横断面扭转、倾斜等，由此极易进一步导致轨道整体沉降、差异沉降、配套设备损坏、渗漏水等，直接威胁出行人员的人身安全。（3）由于在砂性土中切削面土压力波动较大，土体稳定性较差，这样会使盾构前方及上方地表沉降难以控制。砂性土早期沉降突然且沉降量较大，一般在2～3d内即已达到高值，而后期沉降变化相对较小 [2] 。根据实践可知，砂性土摩擦阻力大，相应的刀盘、千斤顶推力波动大，由此对前方土体形成较大的扰动，地面沉降控制难度大，同时砂性土的渗透性也较好，一旦遭遇水极易出现流砂、液化的情况；砂性土流塑性太差，会导致工作面形成“干饼”，螺旋出土器较难出土；注浆压力、注浆量大，极易引发地面沉降失控。（4）区间地面交通繁忙、埋设管线较多，人流量大，施工安全问题更为严峻。
2盾构施工穿越既有地铁运营线路的控制措施
2.1现场踏勘及资料收集
在进行盾构隧道施工前，对既有运营地铁线路隧道进行现场踏勘，全面掌握线路出入段线隧道结构现状，通过对其运营监测资料的分析总结，明确隧道结构变形情况。此外，在盾构隧道施工时，需和线路营运单位保持良好的沟通，实时交换相关数据资料，切实保证既有线运营安全、盾构施工顺利落实。
2.2 穿越期间的盾构机姿态控制
（1）姿态监控系统盾构姿态监控可通过自动导向系统和人工测量复核进行盾构姿态监测。自动导向系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。（2）纠偏措施（1）滚动纠偏刀盘切削土体的扭矩主要是由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡，当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时将引起盾构本体的滚动。盾构滚动偏差可通过转换刀盘旋转方向来实现。（2）竖直方向纠偏控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，它与盾构机姿态变化量间的关系非常离散，需要靠人的经验来掌握。当盾构机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的推力，当盾构机出现上仰时，可加大上侧千斤顶的推力来进行纠偏。同时还必须考虑到刀盘前面地质因素的影响综合来调节，从而到达一个比较理想的控制效果。在穿越期间，要对竖直进行控制在。（3）水平方向纠偏与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时应加大左侧千斤顶的推进压力，右偏时则应加大右侧千斤顶的推进压力，并兼顾地质因素。在穿越期间，水平控制在±0mm 左右。
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2.3盾构机掘进参数控制措施
①停机检查、合理设置土压力值，防止超挖和欠挖为确保上跨既有区间的稳定，在盾构机进入结构范围前 10m，进行停机检查，确保盾构机各部件能够顺利运行并快速通过既有区间范围，找出上述参数之间的关联，科学合理地设置土压力值及相宜的推进速度等参数，防止超挖和欠挖。②少纠偏，特别是大量值的纠偏在盾构机穿越前，对控制网及井下、隧道内的测量控制点进行复测。在确认无误的情况下，盾构机根据测得的姿态，将轴线误差调整到小于 10mm，以准确的姿态进入穿越基础的推进。推进过程中，每 50cm 测量一次盾构机的姿态偏差，操作人员根据偏差及时调整盾构机的推进方向，尽可能减少纠偏，特别是要杜绝大量值纠偏，从而保证盾构机平稳地穿越。③同步注浆采用可硬性浆液采用可硬性浆液进行同步注浆，浆液 24 小时强度达 0.1MPa。通过同步注浆控制地层变形，及时稳定管片，改善管片受力条件，有利于推进方向的控制，确保结构在列车震动和 7°地震下不液化。④盾构穿越后的补压浆及必要的跟踪注浆在盾构穿越后，对沉降点进行持续地观察，尤其是穿越后的一个月内。将根据土体重新固结引起的沉降量，在隧道内进行后期补压浆，必要时从地面钻孔进行跟踪注浆，以确保结构的安全稳固。
2.4具应急预案及处理措施
（1）成立应急抢险小组及上报流程。为确保盾构掘进施工安全、顺利，项目部组建了完善的应急抢险小组，完善应急组织架构，并制订了相关应急项目的详细应急专项预案和处理措施。盾构下穿既有线路前，专门对应急物资仓库进行了检查，确保应急物资充足完好。（2）掘进参数异常预案及措施。根据掘进参数可预判掘进过程对周边的影响情况，如掘进过程中掘进参数发生异常，需及时上报相关管理人员及相关部门，并立即采取有效的控制措施。下穿既有线路时，掘进参数根据过既有线路前的试验掘进段设定，主要设定参数为土仓压力、出土量、注浆压力及注浆量。（3）防结“泥饼”预案及措施。掘进过程中，严格按设定的参数掘进，注入适量的泡沫剂和高分子进行渣土改良，如土仓固结“泥饼”，则采用以下措施：１）注入发泡剂，改变土仓内渣土流动性；２）注入分散剂，以达分散“泥饼”效果；３）适当调整螺旋机转速，以便排出“泥饼”；４）“泥饼”处理过程中加强洞内注浆，必要时进行地面补充压浆，防止地面沉降。防喷涌预案及措施。防喷涌预案主要包括以下两点：（１）采用土压平衡模式掘进（２）加入高浓度泡沫，改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体。若盾构掘进中发生意外，出现喷涌现象后，应采取以下措施来处理：１）立即关闭螺旋输送机的后门，适当向前掘进，使土仓内压力平衡；２）通过刀盘转动将土仓内的土体搅拌均匀，再将螺旋输送机的后门慢慢打开，其中开门度为３０％，边掘边出土，始终保持土仓内压力稳定；３）在掘进过程中，通过向土仓内注入泡沫剂、膨润土等外加剂来提高碴土的流动性和止水性。
2.5盾构施工过程监测措施
（1）在施工过程中，采用测量机器人对工程施工影响范围内既有地铁车站结构、道床进行全自动化监测，同时采用人工监测进行检核。（2）施工时进行实时监控，根据现场实际情况加强监控量测，提高监测的数量及频率，根据监测反馈信息，及时采集监测数据并分析监测结果，根据监测结果指导并调整施工参数。
结语
盾构机上跨既有地铁线路施工前期准备（尤其是既有地铁线路情况摸排的越细越好）非常重要，合理的掘进施工参数是基前提条件，施工掘进配合是关键，应急预案是穿越风险控制的根本保障。
参考文献
[1] 杨哲峰. 苏州地铁盾构近接施工力学机理与控制技术研究[D]. 武汉：中国地质大学，2015.
[2]龚旭东．浅埋暗挖隧道下穿建筑物的风险控制研究［Ｊ］．建筑技术，2015（6）:536-539
[3] 祝思然，黄佩格，矫伟刚，等. 盾构近距离下穿既有地铁隧道沉降控制技术研究[J]. 隧道建设，2016（2）：234-240.
论文作者:吴迪
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第08期
论文发表时间:2019/7/31
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