韓 磊

（上海市建設工程安全質量監(jiān)督總站，上海 200032）

0 前言

某隧道工程是世博園區(qū)配套工程，長度累計3947 m，共3287環(huán)。隧道內徑φ5500 mm；隧道外徑6200 mm；管片厚度為350 mm。襯砌采用預制鋼筋混凝土管片，通縫拼裝。管片環(huán)全環(huán)共6塊管片構成，環(huán)寬1200 mm。管片強度等級C55、抗?jié)B等級為S10。

該工程線路主要經過市中心，穿越多條軌道交通線路，現以穿越運營的軌道交通4號線為例淺談一下盾構穿越軌道交通施工技術和措施。

該隧道在6＃工作井-5＃工作井之間穿越軌道交通4號線，該隧道區(qū)間為SK6+300.99～SK5+496.55，長804.44 m，縱斷面為V型坡，區(qū)間隧道頂部覆土厚度最大為27.38 m，最小為15.64 m。

1 盾構隧道穿越地鐵概況

區(qū)間盾構在6＃工作井向5＃工作井推進時將下穿已運營管理的軌道交通4號線，穿越段中心里程SK6+008.5～SK5+997.5，穿越段隧道坡度-0.98%，對應環(huán)數為240-255環(huán)，隧道頂部與4號線上行線底部的垂直距離為9.4 m，與4號線下行線底部的垂直距離為3.0 m（見圖1）。

6＃井-5＃井段隧道下穿地鐵4號線，穿越位置處在中山南路和南車站路交叉口，交通特別繁忙。施工隧道處在南車站路下，兩側均為建筑物，地鐵4號線處在中山南路下，南側為內環(huán)線高架。穿越處路口實景見圖2所示。

盾構穿越地鐵的位置，均處于十字交叉路口，區(qū)域內均埋有一定數量的管線（見表1）。

圖1 6＃井-5＃井段隧道與地鐵4號線相對位置關系的剖面圖

圖2 6＃井-5＃井區(qū)間下穿4號線地面情況實景

表1 各類管線一覽表

6＃井-5＃井段隧道下穿地鐵4號線處，隧道處在⑥暗綠～草黃色粉質粘土和⑦1草黃～灰色砂質粉土中，地鐵4號線處在④灰色淤泥質粘土和⑤1-2灰色粉質粘土層。

場地淺部地下水屬潛水類型，補給來源為大氣降水及地表徑流，潛水水位埋深一般為0.40～2.30 m；承壓水層分布于第⑤2、⑤3-2、⑦1層土中，其中⑤2層微承壓水頭埋深為10.40m，承壓水頭標高為-6.48m；⑤3-2層微承壓水埋深一般為4.25～12.50 m、承壓水頭標高為-0.51～-8.50 m；⑦1層微承壓水頭受地下水抽取影響，其承壓水頭一般略有變化，承壓水頭埋深一般為4.60～12.60 m、承壓水頭標高為-0.78～-8.30 m。

2 盾構機

該工程采用Φ6340 mm加泥式土壓平衡盾構進行掘進。主要技術參數：盾構機最小轉彎曲線半徑350 m，最大坡度25‰，主機最大推力34208 kN，最大掘進速度60 mm/min，盾尾三道盾尾刷（兩道鋼絲刷、一道鋼板刷），刀盤扭矩5632/5562 kN·m，開口率35%，刀具一用一備。

3 隧道下穿軌道交通地鐵線施工步驟

3.1 施工準備

3.1.1 現場踏勘及資料收集

在穿越施工前約1個月，通過相關部門配合到盾構欲穿越段的地鐵結構內部進行現場踏勘，了解現場的工況條件。施工過程中將穿越的軌道交通4號線已投入運營，因此施工前需到地鐵運營管理部門聯系，爭取取得該線路運營期間（近期）監(jiān)測的資料數據，以進一步了解該結構的變形情況。

3.1.2 管片預留注漿孔

為了有效地控制盾構穿越前后的地面及運營中地鐵線的沉降和位移，在穿越區(qū)及前后的管片上適當增加注漿孔數量，每環(huán)管片增開10個注漿孔，鄰接塊、標準塊及落底塊分別增開2孔（見圖3）。

3.1.3 分階段控制區(qū)劃分

根據盾構穿越地鐵線的工況特點，將盾構穿越地鐵分為三個階段：

盾構穿越前試推進階段：收集盾構推進參數，以及不同的施工參數對周圍環(huán)境的影響大小。

盾構穿越階段：主要任務是控制盾構的施工參數，包括控制推進速度、正面土壓力、同步注漿流量、同步注漿壓力等主要施工參數。確保穿越過程中運營軌道交通的安全。

盾構穿越后階段：根據沉降監(jiān)測情況進行后期補壓漿。

圖3 管片增開注漿孔布置圖

3.1.4 建立聯系網絡

與地鐵線路營運單位建立聯系，取得進入地鐵4號線的權力，便于施工中的監(jiān)測和突發(fā)事件的應急處理。同時，在施工中互通信息，保證盾構施工和地鐵的順利運營。

3.1.5 測量核準里程

在盾構穿越施工前，再次復核測量盾構機里程，確認盾構與地鐵線路的相對位置，同時明確盾構穿越時各個部位的位置，以便采取相應的技術措施，確保盾構能及時調整，確保以良好的姿態(tài)穿越地鐵線。

3.1.6 技術準備和設備管理

為確保盾構順利穿越地鐵線，在盾構穿越前，對所有施工人員進行技術交底，使每一個參加施工的工作人員清楚地了解盾構隧道與地鐵線之間的相對位置，以及盾構穿越流程。在盾構機操作室張貼相關技術交底、盾構穿越流程及重點控制措施。此外，使施工人員了解相關的應急預案，及發(fā)生突發(fā)事件的簡單處理方法，便于爭取時間。

穿越前，仔細對設備進行一次檢查和保養(yǎng)，特別是盾構機，認真檢修存在的問題，保證在良好的工況條件下進行穿越施工。同時，仔細檢查盾構機的同步注漿設備和管路，并保證二次注漿設備的正常。對行車、電機車、補壓漿和拌漿設備等進行徹底檢修清理，排除故障隱患，保證穿越期間設備正常運轉，避免由于設備上的原因導致施工停頓，影響整個施工質量控制。

3.2 施工技術措施

3.2.1 平衡壓力設定

由于地質條件、地面附加載荷等諸多因素不同的制約，將導致刀盤前方土壓力有所差異，為此需及時調整土壓力值。同時對沉降報表進行分析，反饋給推進班組。若盾構切口前地面沉降，則需調高平衡壓力設定值，反之調低。若盾尾后部地面沉降，則需增加同步注漿量，反之減少。計算如下：

正面平衡壓力：P=k0γh

式中：P——平衡壓力（包括地下水）；

γ——土體的平均重度，取18 kN/m3；

h——隧道埋深，m；

k0——土的側向靜止平衡壓力系數，根據前面試推進段的反饋數據進行修正（暫定為 0.7）。

盾構在掘進施工中均可參照以上方法來取得平衡壓力的設定值。具體施工設定值根據盾構埋深、所在位置的土層狀況，以及監(jiān)測數據進行實時優(yōu)化調整，每次調整的幅度為0.005 MPa。

3.2.1.1 地鐵結構自重產生的土壓力增值P1

地鐵結構自重產生壓強為：

3.2.1.2 盾構上覆土產生土壓力P2

施工隧道與4號線結構之間凈距約為3 m，此處隧道中心覆土帶來的土壓力值如下：

則盾構穿越階段土壓力：

3.2.2 出土量和土體改良

3.2.2.1 出土量控制

根據盾構及管片之間的建筑間隙及各土層特性合理控制出土量，大約為開挖斷面的98%～100%。

3.2.2.2 刀盤正面土體改良

6＃井-5＃井段隧道下穿地鐵4號線處，處在⑥暗綠～草黃色粉質粘土和⑦1草黃～灰色砂質粉土，土質非常復雜，有密度較大的⑥號土，含微承壓水的⑤號土（⑤2層滲透系數1.23×10-4）和含承壓水的⑦號土。為確保盾構的正常出土，對于⑥號土中可在盾構的刀盤正面壓注堿水、⑦號土中壓注堿水和膨潤土來改善開挖面土體的和易性，從而降低刀盤扭矩，保證盾構穿越時有均衡的推進速度。改良土倉內的土體，有助于土體從螺旋機內順利排出。

加膨潤土和堿水時嚴格控制注入量和壓力，避免土體在過多的壓注膨潤土和堿水在較高的壓力下形成定向貫通的介質裂縫，造成滲水通道，嚴重影響到隧道的安全狀況。

3.2.3 推進速度設定

控制合理的推進速度，使盾構勻速慢速施工，減少盾構對土體的擾動，達到控制地面變形的目的。

在穿越區(qū)施工過程中，盾構掘進速度控制在0.5～1.0 cm/min，盡量保持推進速度穩(wěn)定，確保盾構均衡、勻速地穿越地鐵線，以減少對周邊土體的擾動影響，以免對其結構產生不利影響。

盾構推進速度將根據監(jiān)測情況做必要的調整，如必要時可推進半環(huán)（60 cm），然后暫停10～20 min，根據地鐵隧道監(jiān)測單位提供的監(jiān)測數據調整推進速度后再推進半環(huán)（60 cm），依次組織施工以便更好地控制沉降。

3.2.4 同步注漿

通過同步注漿及時充填建筑空隙，減少施工過程中的土體變形。同步注漿量一般為建筑空隙的200%～250%。即每推進一環(huán)同步注漿量為3.32 m3～4.14 m3。泵送出口處的壓力略大于隧道周邊水土壓力。壓漿量和壓漿點視壓漿時的壓力值和地層變形監(jiān)測數據而相應調整。

為保證注漿的有效性，在盾構推進進入推進試驗段內時，先進行模擬穿越及模擬注漿，通過在施工過程中進行補壓漿作業(yè)，達到控制盾構影響區(qū)域內土體沉降的目的。用以掌握控制盾尾后期土體沉降每環(huán)所需補充壓注漿液總量及壓注頻率等數據，指導盾構穿越時及后續(xù)補壓漿的施工參數（見表2）。

表2 1 m3同步注漿漿液配比(重量比)一覽表

3.2.5 管片拼裝

在盾構進行拼裝的狀態(tài)下，由于千斤頂的收縮，必然會引起盾構機的后退，當盾構停在地鐵隧道下方拼裝時，應避免盾構機的后退，因此在盾構推進結束之后不要立即拼裝，等待2～3 min之后，到周圍土體與盾構機固結在一起后再進行千斤頂的回縮，回縮的千斤頂應盡可能地少，并應逐一伸縮千斤頂，可以滿足管片拼裝即可，保持開挖面的平衡壓力。拼裝過程中，盾構司機注意土壓力的控制，必要時通過反轉螺旋機維持盾構前方土體平衡。同時，盡量熟練拼裝工藝，確保優(yōu)質快速拼裝管片。

在恢復推進時，應避免先行啟動螺旋機，應先恢復盾構的平衡壓力，適當可以先推進略微的距離，防止平衡壓力下降。

3.2.6 二次注漿

當沉降監(jiān)測數值超過-3 mm時，將進行二次注漿作業(yè)，二次注漿漿液為雙液漿，漿液配比根據試推進數據反饋后調整的漿液配比。注漿量和注漿次數根據地面沉降監(jiān)測數據的情況，及時進行調整（見表3）。

表3 二次注漿漿液配比(重量比)一覽表

3.2.7 盾構姿態(tài)控制

在盾構穿越運營地鐵區(qū)間時，施工隧道平曲線為直線段、坡度都在1%左右。因盾構進行平面或高程糾偏的過程中，會增加對土體的擾動，因此在穿越過程中，在確保盾構正面沉降控制良好的情況下，盡可能使盾構勻速、直線通過，減少盾構糾偏量和糾偏次數。預先計算好每環(huán)的楔子量，并在盾構推進時預先控制。推進時不急糾、不猛糾，多注意觀察管片與盾殼的間隙，采用穩(wěn)坡法、緩坡法推進，以減少盾構施工對地鐵隧道和地面的影響。

3.2.8 動態(tài)信息傳遞

每一次測量成果都及時匯總給施工技術部門，以便于施工技術人員及時了解施工現狀和相應區(qū)域管線變形情況，確定新的施工參數和注漿量等信息和指令，并傳遞給盾構推進面，使推進施工面及時作相應調整，最后通過監(jiān)測確定效果，從而反復循環(huán)、驗證、完善，確保隧道施工質量。

3.3 穿越地鐵線時在不良地層中推進采取的技術措施

3.3.1 承壓水層中的盾構推進措施

穿越段切削斷面內含有⑦1草黃～灰色砂質粉土，含承壓水。盾構在含承壓水層中推進需做好以下推進措施。

3.3.1.1 盾尾刷和盾尾油脂

盾構采用3道盾尾刷，其中2道鋼絲刷，1道鋼板刷。推進時在盾尾刷中滿環(huán)壓注優(yōu)質的盾尾油脂，以避免盾尾和管片間存在滲水通道。

3.3.1.2 管片拼裝

盾構推進過程中，不可避免地要進行管片拼裝，管片拼裝應采用有經驗的工人迅速高質量地完成拼裝。

管片應盡量居中拼裝，避免盾尾間隙不均勻造成管片損壞而形成滲水通道。

3.3.1.3 螺旋機防噴

在含承壓水的土層中推進時，如果正面水壓較大，地下水可能通過螺旋機進入盾構工作面。

所以在盾構推進過程中，應安排專人觀察螺旋機出土口有無噴水現象產生，如產生噴涌盾構司機應根據現場工況按需要關閉螺旋機閘門。

3.3.2 不良土層中防盾構姿態(tài)突變

該項目的隧道埋深較深，頂覆土約27 m。

在盾構穿越軌道交通4號線時，盾構切削斷面上半部為⑥暗綠～草黃色粉質粘土，下半部為⑦1草黃～灰色砂質粉土。由于⑥號土與⑦1號土在粘聚力和土體密度等土體力學指標上有差異，且⑥號土與⑦1號土對于隧道推進來說都屬于不良土層，易造成盾構在推進過程中發(fā)生姿態(tài)突變。一旦盾構姿態(tài)發(fā)生突變，將對軌道交通產生不利影響。

針對這種情況，在盾構穿越軌道交通前需對施工人員做好詳細的技術交底，推進過程中嚴格控制推進參數，以避免盾構姿態(tài)發(fā)生突變。

3.3.3 管片結構措施

該隧道在穿越地鐵4號線時將采用特殊襯砌管片，特別是在下穿地鐵4號線區(qū)間隧道時，由于隧道頂覆土達27 m，且位于⑦1層砂性土層，⑦1層也為承壓水層，若隧道結構變形、漏水將會引起地鐵隧道附加變形，從而造成地鐵隧道不安全。所以在穿越區(qū)段的管片防水方面采用特殊襯砌環(huán)。特殊襯砌環(huán)采用特殊防水構造。

4 施工監(jiān)測

盾構穿越地鐵期間，監(jiān)測是極其重要的一項工作。隧道軸線、地面沉降變形和臨近構筑物管線的測量工作是必須嚴密控制的。地鐵隧道監(jiān)測方案由地鐵運營公司提供。

5 信息化施工管理

施工應強化信息管理，建立完善的信息反饋網絡和現場指揮中心，應用“遠程監(jiān)控系統”，將施工面和監(jiān)測點的即時情況及時反饋給指揮中心，指導施工，落實主要崗位主要管理人員24 h輪流值班制度，及時解決發(fā)現的問題。

具體信息傳遞流程見圖4所示。

6 應急預案

6.1 應急指揮機構

施工現場建立現場風險防范領導小組和工作小組，結合工地施工實際情況，完善施工風險情報信息網絡，健全信息報告制度，保持信息渠道的暢通。重要情況的報告要及時、準確，不漏報、誤報或隱瞞不報。有些情況一時間不清楚的，應先作最初報告，盡快核實清楚后再詳細上報，注意做好續(xù)報。落實崗位職責，責任到人。

圖4 信息傳遞流程圖

6.2 應急措施

6.2.1 施工組織管理

（1）針對發(fā)生的具體問題，對施工人員進行交底，做到精心施工，同時加強值班管理及相應的監(jiān)測；

（2）組織專門人員進行24 h現場監(jiān)控；

（3）配備好各類應急裝備及通訊網絡；

（4）做好應急救援隊伍的培訓演練。

6.2.2 盾構掘進

（1）當發(fā)生盾構螺旋機出土不暢等情況時，采用交替正反旋轉螺旋機進行處理，必要時可壓注膨潤土。

（2）盾構恢復推進前，對螺旋機閘門進行檢查保養(yǎng)，確保必要時及時關閉。

（3）盾構穿越地鐵過程中，如盾構機前部地鐵隧道發(fā)生沉降可利用盾構機切口環(huán)上的預留注漿孔從盾構機內壓注雙液漿。

6.2.3 盾尾防滲措施

（1）定期、定量、均勻地壓注盾尾油脂；

（2）控制壁后注漿的壓力，以免漿液進入盾尾，造成盾尾密封裝置被擊穿，引起土體中的水跟著漏入隧道，盾尾密封性能降低；

（3）管片居中拼裝，以防盾構與管片之間的建筑空隙過分增大、降低盾尾密封效果，引發(fā)盾尾漏泥、漏水；

（4）為防止盾尾漏泥、漏水，必要時可在管片背部整圈墊放海綿，封堵管片與盾構間的間隙；

（5）必要時，可每隔一定的距離壓注一圈聚氨酯，作為止水保護圈。

6.2.4 隧道變形對策

6.2.4.1 地鐵隧道隆起對策

如果地鐵隆起超標（單環(huán)掘進后隆起3 mm或累計值超過＋5 mm時），檢查操作過程，無異常時，優(yōu)先考慮穩(wěn)定土壓力，調低推進速度，掘進10 cm，根據地鐵隧道監(jiān)測單位提供的監(jiān)測數據調整推進速度；其次再考慮穩(wěn)定推進速度，調低土壓力，掘進10 cm，再根據地鐵隧道監(jiān)測數據調整土壓力。

6.2.4.2 地鐵隧道沉降對策

如果地鐵隧道沉降5 mm之內，則在隧道內通過新增注漿孔，進行壁后雙液注漿，注漿范圍時以地鐵隧道中心為對稱軸的前后10環(huán)內，隔環(huán)注4孔，每環(huán)注漿量控制在0.2 m3～0.5 m3內。

6.2.4.3 地鐵隧道開裂滲水對策

若地鐵隧道變形較大，并產生開裂、漏水時，待地鐵停止運行后，在地鐵隧道內通過注漿孔插入注漿管，壓注雙液漿，必要時壓注聚氨酯。

6.2.4.4 地鐵、施工隧道均有沉降對策

當出現這種情況時，隧道沉降范圍內，以及與地鐵重疊部位，采取連續(xù)多環(huán)壁后注漿，并根據土層情況，采用壁后注漿（打穿管片的注漿孔）或分層注漿，每環(huán)壓注4～6個孔，每環(huán)注漿量控制在1～2 m3。在注漿過程中必須注意上下兩條隧道的變形，注漿點的選擇必須根據實際情況做到均衡、對稱。

6.3 事故的處置

針對事故中可能出現的緊急情況，項目經理部將分別制定有相應的應急預案，包括：防汛防臺預案、防火災處置預案、緊急逃生預案、管線保護方案等。事故發(fā)生后根據相應的事故處理方案進行處理。

7 結語

經過精心組織，該項質構穿越軌道交通線路的施工技術及措施達到了預期效果。在試推進階段（230環(huán)～239環(huán)）推力由3200 t逐漸降到了3000 t以內，推進速度控制在1.2 cm/min，同步注漿3.5 m3/環(huán)；在穿越階段（240環(huán)～255環(huán)）控制總推力在3000 t左右，推進速度在1.1～1.6 cm/min，同步注漿4 m3/環(huán)；在穿越后階段（256環(huán)～275環(huán)）總推力由3000 t逐步提升到3500 t，推進速度逐步提升到2.5 cm/min，同步注漿3.5 m3/環(huán)。這期間，軌道交通4號線上行線最大沉降量在0.3～-3.4 mm，下行線最大沉降量在0.7～-1.2 mm，隨著后續(xù)二次注漿，軌道交通4號線上下行線均有不同程度的抬升，沉降滿足運營線的要求；周邊管線經第三方監(jiān)測，沉降數據也未超過設計允許的報警值。穿越時間在2008年8月20日至8月29日，歷經10 d，設備運轉正常，管片備料充分，施工組織精心細致，管理人員輪流值班做到24 h到位，每天信息上報正常有序，未發(fā)生任何緊急情況和各類事故。

[1]白廷輝,尤旭東,李文勇.盾構超近距離穿越地鐵運營隧道的保護技術[J].地下工程與隧道，2000，(03).

[2]鮑永亮,鄭七振,唐建忠.盾構隧道穿越既有建筑物施工技術[J].鐵道建筑，2009，(04).

[3]王暉,李大勇,夏廣紅.盾構機盾尾注漿施工中存在的問題及其對策分析[J].蘇州科技學院學報(工程技術版)，2004，(01).

[4]陳鵬.盾構掘進同步注漿技術的應用[J].中國新技術新產品，2010，(02).

[5]張飛進,高文學.盾構隧道穿越既有線施工控制措施研究[A].隧道、地下工程及巖石破碎學術研討會論文集[C].2007.