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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 2 The report includes 4 parts as follows 1. 项目背景 2. 工程实例 3. 变形分析 4. 结 论 3一、 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 4一、 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
2、施工过程控制 监测+咨询 5 The report includes 4 parts as follows 1. 项目背景 2. 工程实例 3. 变形分析 4. 结 论 6 2.4 2.2 盾构下穿既有线变形监测 Project 工程 概况 设备 评估 监测 准备 监测 实施 二、 工程实例 2.1 2.3 7 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，
3、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。 8二、 工程实例 9 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 10 2.2 设备评估 二、 工程实例 11二、 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 7
4、686环 穿越段 87111环 影响段 112122环 左线 右线 12二、 工程实例 监测项 目监测手段变形控制标准 常规 监测 地表沉降精密水准监测-10mm+5mm 专项 监测 轨道 几何形位 轨距轨道尺-2+5mm 水平轨道尺4mm 轨道沉降（道岔）精密水准监测-5mm（-1mm） 桥梁墩台沉降精密水准监测-1mm 路基沉降静力水准自动化监测-5mm 无缝钢轨 爬行位移全站仪2mm （1）方案编制 2.3 监测准备 13二、 工程实例 既有线 车站 （2）测点安设 自动化监测项目 14 轨道几何形位 轨道沉降 无缝钢轨爬行位移 （2）测点安设 人工监测项目 二、 工程实例 15二、 工
5、程实例 （3）设备试运行及调试 弹性 变形 16二、 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。 ZJ05 最先受扰 ZJ04 急剧下沉 缓慢而长期 的后续变形 ZJ01 邻近城铁桥 ZJ03 跳跃性变化 2.4 监测实施 （1）路基沉降 17 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
6、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、 工程实例 ZJ02 下沉明显 ZJ03 小幅下沉 18二、 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 19二、 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
7、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。 20 （4）轨道几何形位监测 二、 工程实例 左线盾构 穿越期间 右线盾构 穿越期间 双线盾构通过后 略有波动无明显波动 左线盾构 穿越期间 右线盾构 穿越期间 水平测量 轨距测量 捣固处理 21 The report includes 4 parts as f
8、ollows 1. 项目背景 2. 工程实例 3. 变形分析 4. 结 论 22三、 变形分析 既有线 变形分析 纵向变形 施工过程 控制 土压力 同步注浆 横向变形 监测变形 规律 23三、 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 24 （1）盾构土压力控制情况 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 25 （2）同步注浆及二次补浆 同步注浆及二次补浆是减小施
9、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 26 ZJ04ZJ07 上行轨道 下行轨道 上行沉降 幅度大 土压+注浆 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 27 3.2 监测变形规律 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
10、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 28 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 29 The repor
11、t includes 4 parts as follows 1. 项目背景 2. 工程实例 3. 变形分析 4. 结 论 30四、 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
