穿越工程-城市轨道交通工程创新技术指南

城市轨道交通工程创新技术指南穿越工程目录6.1大直径土压平衡盾构穿越建筑物施工技术 (2)6.2大直径泥水盾构穿越棚户区施工技术 (4)6.3微振爆破穿越施工技术 (6)6.4桥梁桩基托换穿越施工技术 (8)6.5盾构磨削既有结构排桩施工技术 (10)6.6隧道穿越采空区建造技术 (11)6.7岩溶区隧道穿越高铁水平桩加固施工技术 (14)6.8盾构下穿既有运营线施工技术 (15)6.1 大直径土压平衡盾构穿越建筑物施工技术6.1.1 技术产生背景轨道交通的城际线由于其需要更大的断面尺寸、 更高的标准、 更稳定的使用功能以及安 全、质量、 工期等方面的要求， 在施工工艺上较多采用盾构法施工，而在市区中狭窄地段修 建大断面盾构隧道时， 受施工场地的限制， 就需要考虑选用土压平衡盾构， 土压平衡盾构穿 越建构筑物时， 需要采取多种配套措施， 来控制地表建筑物沉降， 需要根据地面建筑物的性 状、周边环境情况、 地层情况、 预加固情况等结合相适应的掘进参数进行深入技术研究，确 保地面建筑安全。

6.1.2 技术内容（1）根据施工前对建筑物及洞身地质情况的调查与评估， 采用 Peck 理论计算方式确定 盾构隧道施工影响范围， 制定地基预加固、隔离保护、局部拆迁、 桩基托换等针对性的预处 理措施，并在盾构穿越前提前组织实施，确保建筑物稳定与安全，见图 6.1-1 。

Peck 理论）（ 2）在盾构穿越前进行试验段施工， 模拟穿越时的掘进参数， 依据监控量测数据分析， 为穿越建筑物施工时提供参考。

盾构穿越过程中， 对关键技术控制要点进行把控， 并不断总 结、优化，保证盾构掘进安全、顺利进行，确保建筑物变形、沉降安全可控。

（3）根据地层情况选取半敞开（气压平衡）或全土压平衡掘进模式；土仓压力设定以 水土合算计算方式为基础； 刀盘转速以低转速控制， 以减小刀盘转动破岩对前方土体的扰动； 渣土改良添加剂以泡沫剂为主，出渣量管理采用质量守恒的原则，渣土温度控制在 40℃以下；采用洞内洞外实时的监控量测方法， 制定反馈机制， 过程中积极改进施工方法、工艺及图 6.1-1 盾构隧道施工引起的地表沉降参数；注浆管理采用“同步注浆+二次注浆”的注浆管理模式。

（3）盾构穿越通过后，及时进行跟踪注浆（地面无条件时，可采用钢花管进行深孔注浆），进一步稳定地层，并对建筑物进行鉴定，根据鉴定报告与前期调查评估进行对比，判断建筑物受影响的程度，制定有针对性的加固、修缮等处理方案，恢复建筑物原有使用功能。

6.1.3 主要技术性能和技术特点1）盾构掘进技术参数设定刀盘转速为1.5～2.0rpm ；控制贯入度为8～15mm ；控制掘进速度在10～30mm/min ；掘进时采用的最大扭矩不超过扭矩上限的80%；根据掘进速度、扭矩、出渣情况设定合理的推进力；设定最低工况指标，超过最低工况指标必须进行停机分析处理。

（2）提前对盾构穿越的建筑物进行加固，结合盾构掘进及监控量测反馈，及时进行跟踪注浆，确保建筑物的安全，见图6.1-2。

3）施工工艺成熟，并能灵活结合现场情况，适应性强。

图 6.1-2 建筑物注浆预加固与跟踪注浆加固6.1.4 适用范围及应用条件适用于直径在7～10m 范围内的大直径土压平衡盾构穿越建筑物的轨道交通隧道工程。

6.1.5 工程应用情况（1）长株潭城际轨道交通湘江隧道开滨区间左、右线穿越岳北社区，该段地面房屋普遍为五层及以下砖混结构，房屋基础为振动桩，左线历时39h ，右线历时32h，建筑物最大沉降量-8mm，穿越过程安全可控。

（2）长株潭城际轨道交通湘江隧道进开区间左、右线穿越南湖五金大市场，该段地表为五金批发市场，房屋为2～5 层框架结构，基础为沉管灌注桩（或洛阳铲机动桩）独立基础，隧道洞身埋深最浅处仅 6.7m，地层为典型上软下硬复合地层。

盾构穿越前，进行了注浆加固，左、右线分别历时88h、129h 完成穿越，建筑物最大沉降量-15mm ，穿越过程安全可控。

6.2大直径泥水盾构穿越棚户区施工技术6.2.1 技术产生背景随着轨道交通的发展，采用大直径的盾构机穿越大江大河或水面的隧道越来越多，而泥水平衡盾构具有刀具、刀盘磨损小，易于长距离掘进施工；刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道的施工；在易发生流砂的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业；泥水压力传递速度快而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量的控制精度高；盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续，施工进度快等特点而优先采用。

当穿越施工线路上一些棚户区等老旧建筑时，如何优化盾构掘进参数，在非加固条件下严格控制地面沉降，确保安全下穿棚户区建（构）筑物，成为工程亟待解决的问题。

6.2.2 技术内容盾构穿越棚户区施工以“高粘优浆、精细控制、平稳推进、快速拼装、禁止停机、一次通过”为原则，以地表沉降控制为核心，以确保沿线建构物安全为目标。

施工技术包括三个阶段的内容，见图 6.2-1 ：（1）泥水盾构正式穿越棚户区前，需要针对穿越区域地表既有的老旧民房进行现状评估，制定安全控制标准及棚户区处理措施，而后通过试验段的试掘进试验，得到盾构施工控制参数。

（2）泥水盾构正式穿越棚户区的过程中，从刀盘前方泥膜形成质量控制、切口压力控制、盾构特种材料合理搭配及泥水盾构关键施工参数精细调控和一次同步注浆成型等方面来实现非加固条件下大直径泥水盾构长距离棚户区穿越施工，监控量测工作贯穿整个掘进过程，实时反馈监测结果，不断修正盾构各项主要施工参数。

（3）泥水盾构顺利通过棚户区后，开展二次注浆工作，持续开展监测工作，实时监测棚户区老旧民房安全状态，以便能够及时应对突发情况。

6.2.3 主要技术性能和技术特点不需要对地面建筑物进行加固处理； 隧道施工扰动轻微， 通过区域地表沉降较小， 对相 关区域地表密集棚户区影响极小； 日掘进量可达到正常生产能力的 80%以上，施工效率高； 实现了盾构通过前、 通过期间及通过后的全时段监测， 确保了盾构通过密集棚户区的施工安 全，见图 6.2-2～ 6.2-5。

6.2.4 适用范围及应用条件适用于大直径泥水盾构的轨道交通盾构隧道工程穿越连续建筑物施工，他对沉降要求高的区段。

应具有足够的施工场地，进行泥浆的循环处理。

非加固条件下大直径泥水盾构穿越棚户区施工控制建构筑物现状评估，给出安全标准及建议措施 建构筑物控制标准及处理措施 及时补浆穿越后沉降监测与反馈也可用于穿越其穿越前 穿越中 掘进试验段模拟，施工控制标准及掘进参数初选 图 6.2-1 施工控制流图 6.2-2 优质泥浆图 6.2-3 推进姿态6.2.5 已应用情况应用于武汉市轨道交通 8 号线一期工程越江隧道段。

越江隧道长约 3185.545m ，内径 10.5m ，外径 12.1m ，为单洞双线，采用大直径泥水平衡盾构施工，自始发站起长距离穿越 高密集棚户区（全长 754m ）。

该棚户区绝大部分为 90 年代以前的砖混结构建筑，其外观古 老陈旧，多数存在墙体开裂、 墙皮脱落的现象。

通过严格控制盾构掘进参数、 管片安装标准、 注浆参数以及实时的地表监测， 在泥水平衡盾构施工穿越棚户区过程中，地表建（构） 筑物 没有发生明显的位移、 沉降和进一步的开裂。

运用此技术成功降低了施工风险， 减少了与周 围居民的纠纷，具有良好的经济效益和社会效益。

6.3 微振爆破穿越施工技术6.3.1 技术产生背景随着轨道交通线网的发展， 新建设的线路在中～微风化为主的围岩层， 穿越既有的轨道 交通线路、文物保护建筑和其他对振动有特殊要求的建（构）筑物时，由于岩石强度高，需 采用爆破法开挖。

传统爆破方法难以将振速控制在安全范围内， 而采用多次分部爆破开挖时 的效率极低， 难以满足工程进度要求， 需要采取特殊爆破工艺， 并严格控制爆破产生的振动， 防止振动对既有结构造成损害。

在地铁区间爆破振动控制要求严格的情况下， 研究微振爆破 施工技术，控制爆破振速，避免对上述建（构）筑物的损害，成为必须解决的问题。

6.3.2 技术内容以零距离下穿某地铁车站的平顶直墙段矿山法结构为例， 采用金属膨胀剂破岩和炸药爆 破破岩相结合的分区组合爆破技术主要内容为：（ 1）将平顶直墙大断面分为五个导洞，每个导洞采用上下台阶两次开挖，上台阶 3m 范围采用金属膨胀剂破岩剥离、 下部掏槽区乳化炸药爆破两种不同材料的分区组合爆破技术，图 6.2-4 锥度空间克泥效图 6.2-5 全天候地面通过大直径中空孔直眼掏槽、周边空孔减振、 隔孔装药、 孔内孔外联合微差起爆、 使用金属 膨胀剂逐层剥离等多种减振和分区组合爆破技术的应用， 实现硬岩地层平顶直墙大断面矿山 法车站紧贴既有构筑物的安全爆破施工，见图 6.3-1。

上部既有地铁车站新建暗挖车站图 6.3-1 分区组合爆破区域划分示意图（2）针对矿山法地铁隧道与地面敏感建筑的距离不同和爆破振速控制指标的要求，采 用多种综合减振技术实现快速开挖与爆破振速控制，将大断面隧道分大掏槽（超前导洞） 、 上台、下台三部分三次开挖；通过孔内孔外联合延时，将隧道断面扩挖区分为 56 个起爆段 别，按设计区域实现逐段微差起爆，控制同段别最大起爆药量在 1.35kg 以内，达到降振目 的。

通过采用非电毫秒雷管孔内孔外联合延时、逐孔掏槽爆破、主爆区分区毫秒延时爆破、 周边预钻减振孔、 周边孔隔孔装药等综合技术措施， 可以实现硬岩浅埋大断面隧道下穿敏感 建筑物爆破施工振动控制小于 0.5cm/s 。

6.3.3 主要技术性能和技术特点（ 1）本技术通过应用非电毫秒实现孔内孔外延时， 结合上台阶超前导洞逐孔延时起爆、 扩挖区孔内孔外联合延时分区爆破， 两次爆破实现大断面矿山法区间上台阶快速开挖， 并通 过运用大直径中空孔增加超前掏槽临空面、 周边预钻减振孔隔振、 周边孔隔孔装药等综合技 术达到降低爆破振速的目的。

本技术在同一断面采用两种爆破材料进行分区组合爆破的方法， 在紧贴既有车站底板的施工中， 靠近构筑物采用金属膨胀剂爆破， 在减少爆破震动对构筑物 破坏的同时，比一般静态膨胀剂爆破相比，爆破时间大为缩短，极大提高了工效； 在金属膨 胀爆破区之外， 采用乳化炸药进行掏槽爆破， 掏槽形成的临空面供金属膨胀剂从构筑物外围 逐渐靠近构筑物对岩体进行爆破剥离， 使得金属膨胀剂爆破震动及爆破冲击波破坏主要作用 于靠近临空面岩体， 减少对构筑物破坏， 同时乳化炸药掏槽区的爆破分层分次进行， 实现逐 孔爆破， 通过控制一次起爆药量， 减少爆破震动及爆破冲击波对构筑物的破坏， 为硬岩地层 中靠近构筑物的既有车站底板结构阶台上 金属膨胀剂逐层剥离阶台下4m 导洞2导洞3 导洞4 导洞53m隔振孔1m 掏槽区乳化炸药逐孔爆破地下爆破开挖提供了思路及借鉴意义。