盾构隧道下穿既有城市铁路施工技术

盾构隧道下穿既有城市铁路施工技术

作者：姜兴涛

来源：《城市建设理论研究》2012年第30期

【摘要】随着经济的发展，特别是改革开放的不断深入，我国城市的地铁交通建设取得了土突飞猛进的的发展，城市地铁交通在城市的交通中占据着重要的地位。同时，伴随着我国城镇化水平不断提高，我国城市的发展速度也在不断的加快，因此对于城市交通的要求就提出了更高的要求，再加上近年来，我国城市地铁交通的施工技术的进步，各个城市更是快速的进行城市地铁建设。但是我国的城市地铁建设大多要穿越很多的路面、建筑、桥梁和其他的一些地下管道等建筑物，同时，又由于地铁建设或者是城市地下工程建设的特点与城市的地下水文方面的不确定性影响，使得城市的地铁等地下工程建设不可避免的会出现其他类似工程建设的风险和问题。为了使城市地铁建设减少对现有城市建筑物、构筑物的干扰，保护城市现有建筑物的安全和不被影响，降低城市地铁建设的风险是十分紧迫的问题。本文主要研究盾构隧道下穿既有城市铁路施工技术，以其对该领域有所发展。

【关键字】盾构隧道，下穿，城市铁路，施工技术，探讨

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

一．前言

城市地铁建设中，盾构隧道下穿的地铁施工技术是一项新兴的技术，是随着近年来我国城市地铁建设的增多，以及地铁建设对于城市已有建筑物或者是构筑物的的影响因素而逐渐发展起来的。该项技术的产生适应了我国城市地铁建设发展的需要，对城市更加科学的建设地铁线路提供了技术支撑。我们知道在城市地铁建设中，难度是很大的，需要考虑的因素有很多，怎样使城市地铁建设不至于影响到现有建筑物和构筑物的安全，是我们城市铁路建设所需要解决的一大问题。现在，盾构隧道下穿的地铁施工技术已经在我国城市地铁建设中广泛运用，且日益发挥着重要作用。本文主要是通过一个具体的城市地铁建设工程，来具体讲解盾构隧道下穿的地铁施工技术，通过这个案例，我们就可以了解盾构隧道下穿的地铁施工技术的各个要领，为在以后的城市地铁施工建设中提供宝贵的经验。

二．城市地铁工程的基本情况介绍

该项城市地铁工程在北京市朝阳区太阳宫地区，以惠新西街为起点，以东北京地铁10号线芍药居站为终点。此条地铁线路全长1116.4 m，此条地铁线主要是使用盾构的方法进行施工。同时在线路的中途有下穿既有城市地铁13号线，就是芍药居站。

此条地铁线的隧道高为25．4 m，该条隧道穿过的地下层主要是粉状的地下黏土。根据相关的地质勘查报告，我们可以知道此条地铁位于第四纪覆盖层，该地段的土层主要包括人工填

充层、第四纪全新世冲洪积层和第四纪晚更新世冲洪积层，这些土层的高度不一，分布不均匀，在地铁建设中应当考虑到相关土层的特点。

同时，在该条地铁线需要下穿的既有城市地铁线为城市地铁第13号线，即芍药居车站为。该车站是地面两层式的三跨侧方式的车站，车站的整体是道床。该车站采用的钢筋混凝土的方法建设的，属于框架结构。该车站的盾构隧道的上下两端的距离为9．2 m。同时该车站的道床还存在着不停程度的裂缝。

三．关于盾构隧道下穿城市既有地铁的施工的方法和技术

为了使既有的城市地铁能够安全的运营，根据城市地铁建设的相关技术要求，对正在建设的城市盾构下穿既有地铁的施工技术和方法提出了相应的施工要求，现就相关要求陈述于下。

首先，城市地铁的整体道下降的限度为30mm；其次，城市地铁施工造成的地面的下降幅度不得超过5mm。

1．盾构隧道下穿城市既有铁路的施工控制技术分析

由于采用盾构法隧道施工可能会导致地面的下降，特别是在软土的地质上，就更容易引起地面的下降，无论采用何种技术都是一样的。不可能消除地面沉降的后果。同时针对既有城市铁路13号线芍的建造结构特点、负载量、地质情况、隧道的厚度等情况，我们在该条盾构隧道的施工中就可以使用有限元计算分析软件来对盾构隧道穿过城市既有铁路的相关情况进行模拟分析实验，来准确预知采用盾构法进行地铁建设是否达到城市地铁建设的相关技术要求。

同时为了使在地铁建设的施工中，能够有效控制地铁施工带来的地面沉降和变形，保证城市现有地铁能够安全的运营，在地铁施工过程中，我们应该采用如下几项技术方法。

首先，要保持开挖面的稳定。对于保持开挖面的稳定，就需要对施工地的土压进行有效的管理，这是解决地面稳定的关键。第一要做到的就是要对土体进行改良，对土层进行处理。我们可以对切下来的土体加上泥，加上水或者加上其他的化学物质，从而来控制土体的塑性、泌水性、流动性，使他们保持在一个比较合适的情况中。

其次，我们还要注意开挖面的稳定方法。通过对土体进行处理后，如何开挖就成了关键了。由于此次施工的地质是黏性土，因此在使用顿勾当方法掘进的过程中，就可能会造成开挖面增大，是地面不稳定的后果，所以要注意开挖的方法。

我们可以在土体加入一些泡沫，从而增大土体的流动性，降低土体的附和性，防止开挖的土体和刀头的仓壁附和在一起。同时，我们还要使用刀盘辐条上的搅拌翼，土体和泡沫进行搅拌，使土体和泡沫能够很好的混合在一起，使这些土体可以很好的排除。还有就是我们使用螺旋输送机上携带的注浆孔朝着该输送机加上一些泡沫，使土体的流动性提高，从而使这些土体可以很好地排除出。

在进行先前的准备工作后，我们就要开始盾构掘进了。盾构掘进的首要就是进行土方的挖掘。因为盾构的排土量将会直接影响到开挖面的稳定，因此如何控制好盾构的排土量就成为了一项关键的技术问题。然而，盾构排土量的多少也是由螺旋输送机的转速决定的，而该机械的转速是由其自身自动控制的，因此最终的问题就是该中机械的选择问题了。

在土体掘进工作完成后，我们就要开始壁后注浆的施工步骤了。注浆方式对于地面的沉降多少具有重要的影响，因此，选择何种注浆的方式就成为了解决地面沉降问题的重中之重，因此更应慎重选择注浆的方式。

注浆的方式有很多种，本工程中主要选择同步注浆的方式，这样对地面沉降的影响较小。同步注浆就是指在盾构机向前推进的过程中，利用盾构机管片衬砌脱出盾尾时所产生的缝隙来进行注浆填充。壁后注浆的方式可以避免将盾构机推进过程中所产生的强大推力传递到围岩上，所以在同步注浆时必须充分的进行填充。注浆是盾构法施工的一个重要环节，必不可少，它也是降低地面沉降幅度的重要方式。

同步注浆后，还要进行二次补充注浆，二次补注浆取初次注浆的30％，控制注浆压力在0．3 MPa左右。每2环补注一次。具体施工时，要加强监测，及时分析，根据实际情况，对二次补注浆量进行适当调整，同时也要根据实际情况决定是否进行多次补注浆。

2.管片拼装施工

盾构机掘进施工作为管片拼装的前提条件，其走向及管片端面姿态直接影响盾构机的轴线及管片拼装形式和管片拼装姿态的选择。盾构机掘进过程中，必须严格按“勤纠偏，小纠偏”的原则，在曲线掘进时根据计算值，控制千斤顶的行程差，使盾构机推进方向与隧道设计轴线在允许的偏差范围内平缓掘进，同时将盾构机位置控制在设计轴线的内侧，保证纠偏幅度在合理范围内，确保隧道轴线与高程偏差引起的轴线折角小于规范允许值。

根据封顶块位置，遵循“先上后下”的原则逐块进行管片拼装。过程控制保证掘进施工完成前10min管片进入拼装区。同时，拼装要严格控制好环面的平整度和拼装环的椭圆度。每块管片拼装完后，及时靠拢千斤顶，防止盾构机后退及管片移位，及时拧紧和复紧纵、环向螺栓。