盾构隧道近距离下穿无加固高承压水粉砂既有隧道施工技术

盾构隧道近距离下穿无加固高承压水粉砂既有隧道施工技术

摘要：面临武汉轨道交通建设规模不断扩大，轨道交通逐渐由原来的直线模式交叉形成具有一定规模的轨道交通网络，越来越多的地铁隧道、车站面临交叉、重叠。本论文在2号线与3号线交叉形成的武汉市轨道交通首个“地下立交”的形势下，开展了对富水砂层中盾构隧道近距离下穿地铁既有线工程中的克服工程风险、难点及措施方法的研究，以便为后续地铁线路交叉施工提供参考。

关键词：盾构隧道；既有线路；线路交叉施工

盾构穿越既有地铁线已在北京、上海、广州、深圳、杭州等多个城市的盾构施工中有很多的案例，但在承压水粉细砂层中近距离（约2.07m）下穿施工仍无相关经验，且本工程下穿位置位于交通主干道正下方，一旦失控，后果极为严重。目前，武汉地铁2号线在试运营期间，施工的地铁3号线王家墩北站~范湖站盾构区间需要下穿地铁2号线范湖站~汉口火车站区间，是武汉轨道交通网络首个“地下立交”，在未进行加固承压水粉细砂层中近距离下穿，亦属首例。

1.下穿段相关参数：

1.1下穿段地质：2号线位于3-4粉质粘土夹粉土、3-5粉质粘土夹粉土粉砂层中，3号线全断面位于4-1粉细砂层中；地下水位根据现场实测，约为地表下9.8m；

1.2位置关系：3号线王～范区间隧道埋深约为18.1m，隧道底板为地表下24m，2号线范～汉区间隧道埋深约为10.1m，结构底约16m，隧道间净距为2.07m～2.5m；

1.3线路关系：王～范区间左线隧道在里程右DK17+210.790下穿2号线范～汉区间右线隧道，在右DK17+224.730下穿2号线范～汉区间左线隧道；王～范区间右线隧道在里程右DK17+217.760下穿2号线范～汉区间右线隧道，在右DK17+231.920下穿二号线范～汉区间左线隧道；平面交叉角度约114度；

1.4地表环境：交叉段位于青年路范湖转盘下，为青年路与常青路交叉口，为江汉区交通主干道之一，车流量极大；地表有10Kv高压电缆、直径600mm自来水管、中国移动通信光缆群等重要管线。

2.下穿既有隧道施工的关键性技术

由于下穿隧道离既有线路较近，在施工中必须采取切实可靠的技术措施，确保既有地铁2号线运营安全，必须解决如下几个方面的技术细节：

2.1 高水头承压水粉细砂层中土压平衡盾构施工，掘进参数尤其是土压力、出土量、同步注浆压力注浆量、二次注浆压力及量的参数控制，以及渣土改良技术；

2.2 对既有线路隧道进行的补充加固体系及相应参数，主要为软弱基底上的隧道二次注浆加固和隧道内钢结构整体加固两大部分；

2.3 既有线内沉降监测及隧道结构收敛监测技术，地表建构筑物沉降监测。

3. 风险分析

本工程需进行既有线的下穿，其最大的难点是对既有线的保护（主要为运营线路列车轨道沉降控制、隧道结构收敛控制），在实际的盾构掘进穿越过程中存在如下风险：

3.1由于盾构机刀盘到达下穿影响范围后对周边土体的挤压，可能造成既有线的偏移；

3.2穿越中盾构掘进参数如：土压力控制不当、原状土扰动过大，可能造成既有线的隆起或沉降，穿越后同步注浆（或二次注浆）不及时，亦可能造成既有线的隆起或沉降过大；

3.3土压平衡盾构机在承压水粉细砂层中掘进本身存在的盾尾、螺旋漏水漏砂风险；

3.4其他因操控不当，造成既有隧道结构拉裂、变形、导致地铁线路停运、地表道路塌陷等重大工程风险。

4.下穿既有隧道技术工艺原理

下穿既有线隧道，是采用常规的土压平衡盾构机对已加固或者未加固的隧道进行穿越，并保证既有线隧道结构安全、线路列车轨道沉降受控的地下立体空间施工技术。

5. 下穿既有隧道施工顺序及准备

5. 1 施工顺序

既有隧道注浆加固—既有隧道钢环加固—既有线内监测点及检测系统布置—盾构试验段掘进（确定掘进参数）—盾构下穿既有隧道及监控测量—下穿完成—补充注浆加固及监控测量—稳定。

5.2 施工准备重点

5.2.1 盾构机准备:盾构机进入下穿影响范围前，按照论证后的专项方案进行停机检查，主要包括：

主机工况：推进系统、液压系统、拼装机、同步注浆系统、盾尾密封、测量等系统设备正常运行及检修管理；

掘进参数复核：土压传感器准确性复核；推力、仓压、扭矩、刀盘转速等数据的匹配性；类似地层出土量与同步注浆量、注浆压力与地表沉降的关联情况；渣土改良添加剂种类及添加量；同步注浆浆液配合比。

后配套设施：编组列车工况及轨道；龙门吊工况及故障排除；拌合站检修。

5.2.2 既有线路准备

既有线路准备主要包括既有线路隧道的相关调查及预加固。

（1）既有线注浆加固

武汉地铁2号线范～汉区间隧道在设计及施工时未考虑后期有隧道下穿，因此，被下穿段地层为原状土（主要为3-4粉质粘土夹粉土、3-5粉质粘土夹粉土粉砂层软弱地层），考虑到隧道内已铺设了道床，隧道底部的5个点位注浆孔已被0.9m高道床覆盖，不能注浆。

因此，在2号线隧道内对与三号线相交范围的管片靠近道床的左右两侧共4个吊装孔进行二次注浆，对3-4、3-5软弱地层进行加固，提高地层密实度、整体性和承载力，减小后期施工影响隧道沉降。

加固范围：2号线左线49环到70环，右线44环到66环，左右线共计45环；每环如图5示4个点位。

加固参数：双液浆水玻璃使用模数2.4~2.8，浓度35~4°Be，与水泥配合比为1:1.15。

注浆压力：控制在1.5~2.0 MPa。

单孔注浆量：1~2m3。

（2）既有线型钢加固

由于设计为3号线下穿既有的2号线隧道，因此，2号线隧道会因3号线施工对周围承载的土体扰动造成局部应力集中而产生管片或结构破损，因此应增加2号线隧道整体稳定性来抵御盾构施工产生的应力变化，减小管片或结构变形量。主要采取以下措施：

①螺栓检查及复紧。

②防止环与环间错台的管片环向加固：2号线左线40环到70环（31环），

右线45环到74环（30环），左右线共计61环，采用25mm钢板制作成内径为2.7m，长、宽为0.5m的弧形钢板，分成26块进行拼装（每块重65.84kg），安装在相邻两环管片的接缝中间，防止管片不均匀沉降使管片螺栓拉断。

③防止隧道轴线方向拉伸的管片纵向加固：2号线左线41环到78环（38环），右线36环到74环（39环），左右线共计77环，利用管片的吊装孔固定槽钢将受影响区域管片拉结为整体。根据隧道内管线的安装情况，可有6个螺栓孔（管片一周16个点位）进行16b槽钢管片拉结，可使得出现沉降较大位置的管片的沉降在相邻的管片的拉结下能均匀沉降，以减少隧道管片出现变形较大及破坏的风险。

5.2.3 监控测量准备

为保证地铁3号线王～范区间隧道下穿地铁2号线范～汉区间隧道时，能及时掌握隧道变形监测数据，考虑到地铁在试运营时人工监测将受到限制，采用隧道纵/横向沉降（电子水平尺）自动监测+隧道收敛（激光）自动监测。

6. 易发问题及应对措施

6.1 既有线沉降超过控制值

6.1.1 盾构机到达预警区

（1）调整盾构掘进参数（如上升则适当减小土仓压力、增大盾构出土量，沉降则相反）。

（2）掘进过程中向土仓内加量注入泡沫剂、膨润土等提高碴土的流动性和止水性，也可确保停止掘进时的保压性。

6.1.2 到达风险区及危险区