盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术

盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术

盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术

摘要：深圳地铁3号线购物公园站～福田站区间盾构施工需下穿已运行的1号线隧道，其中两隧道最小净距为1.23米。通过对工程现场条件综合分析及力学模型研究和计算，综合各方论证结果，确定施工方案并进行盾构施工关键技术研究，为下穿施工中提供全面的技术参数，施工完成后，既有运行线内各项控制指标得到了有效控制，未对已运行线结构及道床、轨道产生不利影响。

关键词：盾构隧道；实时监测；控制指标；参数；沉降

中图分类号：U456.3文献标识码：A

文章编号：

1前言

1.1工程背景

深圳地铁3号线购物公园站～福田站区间右线下穿隧道与正在

运营的深圳地铁1号线隧道之间的最小净距为1.46 m，左线最小净距为1.23 m。区间下穿隧道主要位于全风化花岗岩层和强风化花岗岩层，隧道覆土厚度约为18m，线路坡度为-5‰，采用通用型管片，管片外径6.0m，内径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块（一块封顶块、两块邻接块、三块标准块）。

1.2难点及风险分析

1、技术难点

新建地铁与下穿的既有运行线最小净距1.23米，盾构掘进对既有运行线影响较大，根据深圳市地铁公司《城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行）》规定，运营线路轨道竖向变形±4mm，两轨道横向高差<4mm，水平及水平三角坑高低差<4mm／10m，轨距+6mm~-2mm；控制指标严格，对盾构掘进控制要求高。

2、工程安全方面存在的风险

正在运营的地铁1号线因沉降过大影响营运，甚至造成停运的风

险，社会责任重大；下穿区域全强风化地层中存在球状风化体的风险；盾构机选型及后配套设备故障导致停机引起的安全风险。

2施工模型研究及方案确定

2.1施工模型研究

1、施工力学行为数值分析―力学模型

1）正交段最小净距仅为1.2m，上洞埋深为10.6m；

2）综合判定围岩级别为Ⅴ级，夹土体围岩按加固考虑；

3）主要模拟新建隧道开挖对既有1号线运营线隧道的影响；

4）采用FLAC3D进行力学分析。

图1力学模型示意图

2、施工力学行为数值分析―计算结果

1）地表沉降为7.7mm，既有隧道（1号线）最大沉降3.9mm，附加拉应力达到1.25MPa。

2）上下两洞之间地层的最大主应力值将达到0.25MPa，下洞（3号线）最大轴力为616kN，最大弯矩为28kN?m，均位于两侧边墙部位。

目标地表与既有1号线隧道随施工的下沉情况如图2和图3所示。

图2目标面地表随施工沉降情况图3既有隧道（1号线）随施工下沉情况

2.2控制指标

根据深圳市地铁集团《城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行）》的规定，参照多次专家论证会的论证意见，新建盾构隧道施工对既有1号运行线影响的控制指标按三级预警制度进行管理，即，预警值、报警值、控制值三级。预警值取控制值的50%，报警值取控制值的80%，结构变形控制指标如下：

表1结构变形控制指标（单位：mm）

2.3施工方案

由于新老两条隧道之间间距较小，提前对其加固可能会破坏原有土体的稳定性，不但起不到应有的加固效果，反而会造成所夹土体变形、沉降，加剧既有一号线运行线隧道的变形。因此，结合地层条件采用严格控制盾构机掘进参数的方法，直接掘进通过既有1号线运行线。

左右线各采用1台海瑞克盾构机进行下穿地铁既有运行线的施工。盾构通过该区域范围时列车限速（<25km/h）。将进入交汇区前20m隧道设为试验段，按控制1号线隧道沉降标准的50%对地面沉降进行控制，以确定合理的盾构掘进参数。进行下穿地铁1号线施工时，盾构机采用土压平衡模式，均衡、连续、匀速通过交汇区。施工中在地表布设监测点及在地铁1号线隧道内布设自动监测系统反馈的监

测数据指导下，结合地质情况，及时调整土仓压力，千斤顶推力等施工参数，做到信息化施工，确保盾构机安全下穿地铁1号线既有运行线。

3关键技术控制

3.1盾构机改造

在盾构机下穿过程中，为防止盾构机停机及设备故障造成既有运行线沉降，需对盾构机做如下改造：

1、盾构机中盾12点位增设径向注浆孔。当盾构机停机时，可用盾构机台车上提前准备好的二次注浆机通过盾构机中盾12点位上增设的径向注浆孔向盾体周围注入Na基膨润土。

2、在盾构机二号台车膨润土箱处加设高压水泵。在盾构机下穿施工过程中，一旦发生盾构机泡沫管堵塞，且短时间内无法疏通时，则立即启动膨润土箱增设的高压泵，通过土仓壁3点位、9点位以上的注入孔向土仓内喷射泡沫剂，防止仓温过高及结泥饼。

3.2实时监测技术

1、监测范围的确定

自动化监测系统的监测范围是，深圳地铁1号线下穿交汇区域两侧各40m共80米的范围。每5米一个断面，共布设17个监测断面。

每个断面在轨道附近的道床上布设两个沉降监测点，中腰位置布设两个水平位移监测点，隧道拱顶布设一个拱顶沉降监测点，即每个监测断面布设5个监测点。

为了更直观反映既有运行线结构与道床的变化，处于既有运行线隧道与新建隧道相交位置的5个断面的道床边缘管片上增设两个监

测点，达到每个断面布设7个监测点。各观测点采用连接件配小规格反射棱镜，使用膨胀螺丝及云石胶锚固于监测位置的管片侧壁及道床混凝土中，棱镜反射面指向工作基点，各观测点位的布设见点位布设图。

图4监测点布置平面图

图5不同监测点断面布置图

2、自动监测系统特点

为了充分发挥TCA智能全站仪的优越性，减少作业人员的工作量，测距时不进行温度和气压的测定，直接得到变形点的三维坐标。采用极坐标法进行施测，然后对施测结果进行差分处理。自动监测系统原理如下图：

图6自动监测系统原理图

TCA全站仪的主要优点包括：无人值守，完全自动；监测精度高；实时处理，可视化显示；可靠性高，运行成本低；变形点增减灵活，成本低廉。

3、自动监测系统的实施

根据施工要求，为满足下穿期间实时监测要求，采用远程自动化实时监测，同时，为满足施工期间及工后一定周期的日常维修安全监测要求，对本工程辅以人工监测的方法。具体监测项目内容和频率如下表。