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1、地铁区间隧道盾构下穿既有线 变形监测与分析,北京市勘察设计研究院有限公司 二零一一年十月,The report includes 4 parts as follows,1. 项目背景,一、 项目背景,地下空间开发,城市轨道交通,安全 风险 管理,以北京市为例，为实现三横、五纵、七放射的成熟网络体系，线路在全城区域内密集建设，自然而然形成了多线换乘的形势，也就随之衍生出地铁施工中的关键问题,新线对既有线的穿越,一、 项目背景,地下工程的复杂性+隐蔽性,既有线变形控制的严格要求,列车高频动载的连续影响,完善的技术及辅助措施 合理的施工过程控制,监测+咨询,The report includes 4
2、 parts as follows,1. 项目背景,2.4,2.2,二、 工程实例,提纲,2.1,2.3,新建地铁线路盾构区间穿越既有城铁，特级风险工程。,二、 工程实例,2.1 工程概况,直线下穿，平面交角37.69，隧道埋深约10.5m，双线隧道线间距10.0m15.0m。,城铁线间距5m，60kg钢轨，路基与地面相平，有碴道床（混凝土枕双层碎石），第三轨供电。 该线为无缝线路，采用无挡肩弹性不分开式扣件，轨距调整量为-8mm+4mm，不能调高。,二、 工程实例,工程地质、水文地质条件 盾构穿越地层以粘性土为主，洞身中部为厚度为0.92.2m的粉砂层。 盾构穿越主要受第二层地下水层间潜水的
3、影响，该层水主要赋存在粉砂、粉土等含水层，静止水位埋深10.415.8m。,二、 工程实例,2.2 设备评估,二、 工程实例,二、 工程实例,施工筹划,10.5m,试验段 659环,始 发 端,影响段 6070环,穿越段 7195环,影响段 96105环,盾构掘进方向,既有线 上行,既有线 下行,始发段 05环,始发段 05环,试验段 675环,影响段 7686环,穿越段 87111环,影响段 112122环,左线,右线,二、 工程实例,（1）方案编制,2.3 监测准备,二、 工程实例,既有线 车站,（2）测点安设 自动化监测项目,轨道几何形位,轨道沉降,（2）测点安设 人工监测项目,二、 工
4、程实例,二、 工程实例,（3）设备试运行及调试,弹性 变形,二、 工程实例,左线盾构刀盘到达之前约10m距离内，测点开始表现出明显的下沉趋势，刀盘到达上行轨道边缘位置即ZJ04处，测点ZJ04急剧下沉，盾构机身通过过程中测点变形持续增大，直至盾尾完全通过该位置，急剧变形结束，随之进入后续变形阶段，测点呈微量增长，速率渐趋缓和。,2.4 监测实施,（1）路基沉降,左线通过后15日，测点变形基本稳定，右线盾构开始进入影响范围。,右线推进期间，线路中心测点ZJ02下沉明显，位于双线隧道叠加扰动区域内的ZJ03也出现一定下沉，但幅度较左线穿越时明显减小，对左线区域ZJ04、ZJ05影响较轻微。,二、
5、工程实例,ZJ02 下沉明显,ZJ03 小幅下沉,二、 工程实例,双线盾构推进后，测点进入后续变形阶段。,静力水准系统在无外界施工影响的情况下，系统本身对外部环境（诸如温度、日照、风荷载及列车动荷载等因素）较为敏感，在外因作用下产生弹性周期性变形，并在一定振动影响下出现跳跃性变化（穿越期间尤其明显），能够准确、直观地反映盾构施工对既有线的影响。,跳跃性起伏,二、 工程实例,（2）轨道、地表沉降 左线盾构穿越期间，线路中心测点沉降明显（个别测点沉降超限预警），现场进行了捣固处理；右线穿越时，轨道沉降幅度较左线轻微。 由于轨道与路基的结构型式不同，其对变形的敏感程度不同；无缝钢轨刚度大，盾构穿越期
6、间轨道持锁定限制状态，因此，轨道沉降同路基沉降幅度相对较小，但反映出的趋势基本一致。 （3）无缝钢轨爬向位移 无缝钢轨爬向位移在双线盾构穿越期间未发生明显变化，累计变形量不超过0.5mm，均在可控范围。,（4）轨道几何形位监测,二、 工程实例,水平测量,轨距测量,捣固处理,The report includes 4 parts as follows,1. 项目背景,三、 变形分析,既有线 变形分析,纵向变形,施工过程 控制,横向变形,监测变形 规律,三、 变形分析,3.1 施工过程控制,参数 土压力,铰接压力 铰接行程,材料 消耗,同步注浆压力 及注浆量,施工进度,设备工作状态,（1）盾构土压
7、力控制情况 关键要素-开挖面的稳定-直接取决于参数控制土压力+出土量 泡沫虚压&停机等候,双线线路中心测点,0.51.2 bar,0.61.4 bar,（左）ZJ04,（右）ZJ02,三、 变形分析,（2）同步注浆及二次补浆 同步注浆及二次补浆是减小施工对上覆围岩扰动、稳定管片结构和限制隧道蛇行的的有效措施。 左线推进过程中各环同步注浆量不低于4.8m3，填充系数达到148%以上，采用双液浆进行了二次补浆。,上行轨道,下行轨道,三、 变形分析,基于左线的经验，右线推进过程中加强并优化了同步注浆及补浆控制，是右线穿越阶段约束围岩变形优于左线的另一主要原因。,三、 变形分析,3.2 监测变形规律
8、沿盾构前进方向的纵向变形规律 沿轴线方向的纵向变形从刀盘到达前开始，在盾构通过后渐趋稳定。 不同的地层条件和盾构施工参数，对盾构刀盘前土体扰动的范围也不同。本区间双线盾构以约12000KN的推力、0.8bar的土压力（介于主动土压力与静止土压力之间）在土砂复合地层中掘进时，体现出的沉降分布： 刀盘前方约10m范围内土体受扰-先期沉降-1015%； 刀盘到达时到机身通过中-沉降-显著-5055%； 后续沉降-3040%（粘性土层稳定时间相对较长）。,三、 变形分析,横向变形规律 盾构隧道横向变形，表现为线路轴线变形最大，随着距线路中心距离增大，变形向两侧逐渐递减。 横向影响范围为自线路中心起向两
9、侧扩展各15m（接近3倍洞径），其中11.5倍洞径范围内沉降较为明显，1.53倍范围内呈轻微变形。,叠加扰动,三、 变形分析,The report includes 4 parts as follows,1. 项目背景,四、 结 论,（1）双线盾构穿越既有线期间基本达到连续、平衡，基于左线施工的经验总结，右线施工过程对路基、轨道等的沉降控制明显优于左线。通过盾构穿越期间施工参数控制情况与监控量测情况结合分析，说明合理设定盾构土压力，有效控制同步注浆及二次补浆是保证盾构开挖面稳定、有效控制围岩变形的重要措施。 （2）不同的地层和环境条件，对施工的敏感程度不同。穿越土砂复合地层，盾构通过后的后续沉
10、降较大，并且持续时间较长。应根据具体工程条件，适时采取行之有效地技术措施，并根据监控量测反馈结果及时调整施工参数，才能够达到减免沉降的作用和效果。 （3）双线盾构穿越城铁期间，静力水准自动化监测与人工监测反映出的变形结果基本一致。通过对各类项目的变形监测分析得出，路基沉降与轨道沉降、双轨水平高差等监测项目对施工较为敏感，尤其是自动化监测项目，变形情况能够较好的反映出施工影响；对于轨距、无缝钢轨爬行位移等监测项目，本例变形受施工扰动迹象不明显，建议类似工程可根据具体工程情况考虑作为选测项目。 （4）盾构施工的实时监控与自动化监测的结合，对工程建设信息化管理具有重要的研究及实践意义。,错误之处，敬请批评指正！ 谢 谢！,2011.10,
