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盾构下穿既有地铁线路施工技术研究
作者：程维敬
来源：《建筑工程技术与设计》2015年第02期
【摘要】随着全国范围内地铁建设规模的不断扩大，在建地铁线路必然面临下穿既有运营地铁线路的问题。为确保既有运营线路安全运行以及在建地铁线路正常施工，本文结合深圳地铁9号线多次下穿既有线路的施工经验，分析穿越段不良地质情况，研究穿越过程中的掘进参数，探索各项新技术的应用，总结出盾构施工下穿既有线路的经验及技术措施，从而对今后地铁盾构施工提供参考。
【关键词】深圳地铁9号线；盾构下穿；复杂地层；经验参考 1、概述
深圳地铁9号线人向区间左右线出人民南东端头后即下穿既有地铁1号线区间盾构隧道。深圳地铁1号线是深圳市目前正在运营的地铁线路，是深圳市主要交通线路。列车运行频率高，人流量大，营运时间每天6：00至23：30，本标段下穿的【罗湖站～国贸站】区间采用盾构法施工，管片外径6.0m，内径5.4m，每环管片长度1.5m。
新建地铁9号线人向区间隧道采用复合式土压平衡盾构机施工，开挖直径6.28m，衬砌管片环采用“3+2+1”（三块标准块，两块邻接块，一块封顶块）形式通用型管片拼装，外径6.0m，内径5.4m，楔形量为38mm。 2、地质概貌
该区间隧道区域的土层主要为第四系松散层及侏罗系变质砂岩组成。第四系松散层主要由人工素填土、冲洪积层及残积层等组成。
新建线路穿越土层强风化变质砂岩、中风化变质砂岩、强风化糜棱岩。新旧两条线路夹土体为强风化变质砂岩、强风化糜棱岩。 主要地层岩土特性如下：
（1）素填土（1-1）：褐黄色、褐红色等，主要由粘性土、砂土、碎石或少量建筑垃圾组成，多数钻孔顶部有约0.2m的砼路面，其中碎石粒径2～4cm，含量约30%～40%，稍湿，松散状态。主要来源为道路施工及周围建设回填，强度低，压缩性高。
（2）粘性土层（3-2）：黄褐色、红褐色、灰黄色等，局部夹有灰白色高岭土团块，含少量细砂，可塑状，局部硬塑状。
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（3）粉细砂层（3-3）：黄褐色、浅黄色、黄白色等，主要矿物成分为石英、长石等。颗粒级配一般，亚圆状，饱和，中密状态，局部稍密状态。
（4）中粗砂层（3-4）：黄褐色、浅黄色、黄白色等，主要矿物成分为石英、长石等，含少量粘粒。颗粒级配一般，亚圆状，饱和，中密状态，局部松散状态，部分场地该层密实状态。
（5）圆砾层（3-5）：灰褐色、灰白色、灰黄色，含少量粘粒，级配不良，饱和，稍密状态，局部中密状态。
（6）粉质粘土（6-2）：红褐色、黄褐色、麻灰色，由下伏基岩风化残积而成，可塑状态，切面较粗糙，粘性一般，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，遇水易软化崩解。 （7）强风化变质砂岩（8-2）：褐黄色，岩石风化剧烈，组织结构已部分破坏，裂隙极发育，岩石呈半岩半土状或土夹碎块状，土状强风化岩遇水易崩解。
（8）中风化变质砂岩（8-3）：褐黄色、灰黄、青灰色，细、粉粒状结构，块状构造，岩石风化裂隙发育，岩芯呈碎块状、扁柱状，局部呈短柱状，结构部分破坏，锤击声不清脆～较清脆，不易击碎，需金刚石钻进。
（9）强风化糜棱岩（14-2）：灰绿、褐灰色、青灰、紫红色，糜棱结构，条带状构造，绿泥石化发育，局部呈碎裂状，主要矿物成分是绢云母、黑云母、方解石、石英、绿泥石及一些泥铁质物质，风化裂隙发育，局部夹少量强（中等）风化岩块或夹层，合金可钻进。 3、盾构机下穿技术措施 3.1 施工监测
本次下穿既有线施工采用自动化监测和地表常规监测两种方式。 （1）常规施工测量
在盾构机出人民南站前做好地面沉降监测点及建筑物监测点的布点及初始值采集工作。穿越段地面监测点加密为5米/个，检测频率提高到一天两次。对盾构机及时进行纠偏，当距离1号线隧道10米后，测量组每日跟踪盾构机姿态情况，如发现异常情况及时反馈并处理。 （2）自动化监测
地铁9号线人～向区间下穿既有1号线施工过程中对既有线进行自动化监测。监测项目为既有隧道变形及管片接缝张开量。以人～向区间线路中线为基准，两侧10m范围内每隔5m布
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置1个监测断面，其余每隔10m布置1个监测断面。穿越段地铁1号线左右线洞内各布置9个监测断面。
监测点布置图如下：
自动化监测需准确获得初设值，盾构隧道开挖面距离监测断面50m时，开始自动化监测。当开挖面距离监测断面超过50m且监测数据趋于稳定时，自动化监测可以结束。 监测频率：一般情况1次/30min，施工关键期（在盾构隧道小于1倍洞径通过期间或出现变形征兆时）进行连续监测1次/15min。 3.2 施工技术准备
为确保盾构施工快速安全下穿地铁1号线，下穿前对盾构机及后配套系统进行全面检修，包括同步注浆系统、发泡系统、盾构油脂注入系统、刀盘和刀具、土压平衡系统及数据传输系统等等。
3.3 掘进参数控制 3.3.1 土压力的设定
根据理论计算结果，初步设定穿越段土仓压力为1.9～2.1Bar，在实际穿越过程中，应根据盾体通过阶段的1号线监测数据对土压力进行动态调整，并确保推进过程中出土速率与推进速度匹配，将土压变化控制在±0.03MPa，防止土压波动过大引起的沉降。穿越期间，盾构停机的过程中应严密监控土仓压力的变化。当土仓压力下滑超过0.02MPa时应立即向前推进一小段距离，直至土压恢复设定值。 3.3.2 出土量控制
理论出土量=p/4×D2×L=p/4×6.282×1.5=46.4m³/环，根据施工经验，按照1.5的松散系数考虑，盾构掘进时的实际出土体积约为70m³/环。穿越过程中出土超量将引发难以控制的沉降变形。现场技术人员应实际量测空载土厢的残余渣土方量及满载土厢的剩余空隙方量，确保每一环的出土量能够得到精确统计。在推进过程中，每进尺300mm应测量一次土箱内的实际出土量，检查是否与进尺匹配。 3.3.3 同步注浆量控制
理论建筑空隙：V空=π （D2-d2）×1.5/4=π（6.282-6.02）×1.5 / 4=4.05m3。每环同步注浆的注入量为：【V浆=K×V空=6.5m3；K：注浆系数，一般取1.2～2.0，本工程中K值取1.65】，必要时还需进行二次补压浆，压浆量为40%建筑空隙体积，约为1.62m2
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注浆时必须要做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，在同步注浆压力和注浆量方面进行双控，做到适时、足量。具体注浆参数还需通过地面沉降信息反馈来确定。
注：注浆量的最终确定要视注浆压力、隧道的稳定情况以及地面沉降情况而定，以上数值仅为经验值。在此地段掘进加强地面沉降隆起监测，及时分析数据，调整盾构机掘进参数和注浆压力，确保下穿1号线的安全。
同步注浆配合比如下：水泥250kg，膨润土75 m³，粉煤灰50 kg，砂400 kg，水（根据实际情况调整），初凝时间180min。 3.3.4 渣土改良
在下穿地铁1号线隧道掘进过程中，为确保盾构推进连续、顺利，应充分利用盾构机配备的渣土改良系统对土仓环境进行改良，以达到避免结泥饼、避免喷涌、提高渣土和易性、降低扭矩、控制出土量、提高推进效率的目的。 泡沫的组成比例如下：
泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%，水97%。
泡沫组成：90-95%压缩空气和5-10%泡沫溶液混合而成。 泡沫的注入量按开挖方量计算：300ml/m3-600ml/m3。 3.3.5 二次注浆控制
同步注浆浆液凝固后体积会产生一定程度的收缩，为有效防止既有一号线产生后期沉降，从人民南站东端头出站至交汇区后10m范围进行洞内二次注浆，充填管片背后的空腔。从出人民南站的第一环管片开始，每隔2环在管片顶部注浆孔打开注双液浆，直到管片超出二次注浆加固范围为止。注浆的具体方法是把管片上的注浆孔打开注双液浆，将背后的空腔封堵住。注浆压力暂定0.4MPa，注浆配比如下表。注浆过程中根据既有一号线内的自动测量系统的数据反馈，实时调整注浆参数。
二次注浆配合比如下：水泥150kg，水玻璃500L，水（根据实际情况调整），初凝时间40s。 4、结语
本文根据已有盾构下穿既有线施工经验，从优化施工技术和施工参数等方面对下穿施工进行阐述，结合实际施工情况积累宝贵施工经验。
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（1）自动化监测系统在本次穿越过程中获得广泛推广应用，自动化监测具有及时、方便、数据更准确及节时节力等优点。
（2）盾构机及后配套设备的全面检修、刀盘刀具的检查更换和后勤保障系统的完善等工作的开展对下穿施工起重要作用。
（3）盾构掘进参数的设定要合理有据，施工过程中动态调整；严格控制出土量，务必保证注浆量，确保下穿施工顺利安全通过。 参考文献：
[1]竺维彬，鞠世健。复合地层盾构工程技术系列丛书。人民交通出版社，2011 [2]陈馈，洪开荣，吴学松。盾构施工技术。人民交通出版社，2009 [3]深圳地铁9号线盾构施工策划
程维敬（1986.2）男，河南开封人，本科，助理工程师，研究方向：盾构施工技术
