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

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1、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

2、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2.07m2.5m；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.

3、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

4、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；

5、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

6、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

7、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 2.42.8 ，浓度 354Be， 与水泥配合比为 1:1.15 。注浆压力：控制在 1.52.0

8、MPa 。单孔注浆量： 12m3。（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： 螺栓检查及复紧。 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25mn钢冈板制作成内径为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

9、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。 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冈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

10、 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（ 1）在盾构机盾体通过二号线过程中，如监测显示二号 线有沉降， 则说明盾体周围空隙处气压消散， 此时需要迅速使用 二次注浆机通过中盾上的径向注浆孔注入Na基膨润土。注浆压力不超过土仓压力， 如土仓压力明

11、显升高， 则立即停止注膨润土。 具体注入膨润土的注浆参数还要根据实时监测反馈的数据及时 进行调整。（2）组织快速推进，盾尾到达沉降较大位置后进行同步注 浆补浆。6.1.3 盾尾脱离危险区后（1）提高同步注浆压力，加大同步注浆量，使管片背后尽 量填充饱满，（2）沉降速率相对较大时，则要迅速通过管片上预留的注 浆孔进行双液注浆，同时根据监测数据随时调整注浆参数。（3）加大对二号线监测频率，随时观察变形动态，并以监 测信息指导应急措施。6.1.4 漏水漏砂（1）合理控制盾构机姿态，防止尾刷破坏，同时，加强盾 尾密封油脂注入的管理和监控， 尤其是在 4-1 粉细砂层中， 防止 盾尾与管片之间漏浆、漏水

12、漏砂。（2）对长期用于砂层掘进的盾构机，下穿前检查舱门及密 封情况，防止砂性土长期对仓门板磨损导致螺旋舱门关闭不严的 而漏水漏砂的情况。（3）结合试验段及以往施工经验，注入膨润土等改良材料 对土仓内土体进行有效改良， 形成良好的土塞效应后合理控制螺 旋出土口回转压力，防止出现喷涌现象。6.1.5 意外停机（1）除在计划停机期间进行设备隐患全面排查外，在下穿 期间机械设备人员跟班分别负责地面设施（龙门吊、拌合站）、 轨道运输（编组列车、轨道）、盾构机进行实时保障，确保影响 盾构掘进的因素第一时间排除，减少意外停机时间。（2）领导井下带班，在地面、井口及洞内安排专职管理人 员对盾构施工循环内各环节

13、进行监管和疏导， 减少影响时间， 确 保连续。（3）结合掘进情况，确保不增加盾构机负荷的情况下建立 实土压，防止意外停机后仓压损失过大。7. 效果检验 : 穿越完成隧道稳定后监测数据王范区间左线隧道 2012年9月10日始发，2012年11月24日至 11 月 28日盾构机成功下穿通过 2 号线隧道，经电子水 平尺监测 2 号线隧道沉降最大为 -2.74mm。王范区间右线隧道 2012年 10 月 3日始发， 2012 年 12 月25日至 12 月 29 日盾构机成功下穿通过 2 号线隧道，经电子水 平尺监测 2 号线隧道沉降最大为 -3.2mm。8. 效益 克服了高承压水、砂层、深埋隧道盾构接收的地质困难，地 表管线、 交通影响大的施工环境困难， 提升了既有地铁二号线安 全系数的同时，缩短了施工工期。通过对特殊地质条件及环境下下穿既有隧道施工技术的研 究，探索了穿既有隧道加固及保护的施工方法， 总结了盾构掘进 相关施工参数、 过程控制要点、 重难点将进一步提高我公司技术 水平， 并在国内地铁市场增大知名度， 为后续类似施工积累丰富 的经验，进一步开拓了市场竞争力。