盾构下穿既有地铁隧道施工风险及运营安全管理

盾构下穿既有地铁隧道施工风险及运营安全管理
以南宁市轨道交通3号线下穿既有1号线为背景，对城市轨道交通工程盾构下穿既有地铁隧道施工的风险因素进行分析。

通过建设、设计、施工、监理、监测等多方联动应急组织管理措施，优化盾构施工方法，全程跟踪监测数据变化，及时调整施工技术参数，确保盾构下穿过程中既有地铁隧道结构安全和运营安全。

标签：城市轨道交通；盾构施工；下穿既有隧道；施工风险；运营管理
1 下穿区域工程概况
南宁市轨道交通 3 号线一期金湖广场—埌西站区间起讫里程DK17+318.093～DK17+892.801，左线长585.607 m，右线长574.708 m，区间线间距11.0～19.0 m，最小曲线半径300 m。

区间线路纵坡为单向坡，左线最大坡度26.986‰，右线最大坡度28‰，区间隧道埋深8.44～22.4 m。

3 号线金湖广场站—埌西站区间在南宁市金湖东过街通道下方下穿既有 1 号线金湖广场—南湖区间隧道，该下穿区段与民族大道垂直交叉，平面关系复杂（图1）。

2 下穿区施工风险分析
（1）下穿区附近建筑物密集。

下穿区有金湖东过街通道、金湖广场及下沉商场广场，周边建构筑物为多层和高层，下穿施工易引起周边建筑物沉降，施工中需严格控制施工场地周边垂直、水平位移变形。

（2）下穿区域地层多次加固处理。

1 号线一期盾构隧道结构施工和金湖东过街通道施工中均对周边地层进行加固处理。

其中，金湖东过街通道施工时对已完成1号线隧道周边区域进行了旋喷桩加固，加固范围为29.2 m×33 m，加固深度為1 号线一期隧道顶 3.5 m 到隧道底 1 m 范围内（图2）。

下穿区地质加固处理后土质结构成分复杂，地层土质力学性能变化较大，不利于盾构掘进施工控制。

（3）近距离下穿既有地铁隧道、过街通道、盾构接收端。

3 号线一期工程金湖广场站—埌西区间隧道距离 1 号线区间隧道垂直最小间距为 5.7 m，距金湖东过街通道垂直最小间距为14.8 m。

金湖南地下商场与右线水平距离 4.5 m，垂直距离14.5 m。

下穿段距盾构接收端头33.21 m。

按照CJJ/T 202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》的规定，对 1 号线隧道结构，该施工属于非常接近外部施工，且位于显著影响区。

（4）下穿区域地质软硬不均匀。

3 号线下穿 1 号线区段主要地层从上到下依次为粉土层、粉砂层、圆砾层、泥质粉砂岩。

隧道洞身主要穿越地层为圆砾地层，底部存在有少量泥岩层和泥质粉砂岩层。

1 号线隧道底与 3 号线隧道顶垂直间距5.7～5.9 m，夹层地质主要为粉砂层和圆砾层。

区间水位埋深7.90～
8.80 m，主要为裂隙水，具弱承压性。

隧道穿越区域地层变化较大且地下水具有承压性，不利于掘进施工刀盘控制。

（5）下穿区段隧道曲线半径较小。

3 号线下穿 1 号线段区段为小半径曲线掘进，最小曲线半径为300 m，区间线间距11.0～19.0 m，区间线路纵坡为单向坡，左线最大坡度26.986‰，右线最大坡度28‰，区间隧道埋深8.44～22.4 m。

盾构机在小曲线掘进施工控制方向较难。

（6）下穿施工限速对 1 号线客运影响较大。

3 号线隧道下穿 1 号线区段施工过程中，为确保 1 号线运营安全，一般对 1 号线采用限速措施，对客运运输服务及列车图定时刻的执行将产生影响。

在施工期间若出现 1 号线隧道结构沉降变形过大或者导致结构损坏等问题，将直接导致轨道几何尺寸、接触网悬高发生变化，产生列车受电问题，可能导致列车限速通行或中断地铁列车运营、车辆等设备损伤。

3 下穿施工控制措施
3.1 下穿施工前运营准备措施
（1）建立多方参与、实时联动制度。

在施工准备阶段根据专业风险评估分析报告，组织行业资深专家进行专项论证，建立建设、施工、设计、监理、风险咨询等单位的应急联动机制，在盾构进入危险区后实行24 h值班制度，确保各方实施联动，第一时间能集合统筹处理突发问题。

（2）发挥网络化信息优势。

在施工准备中建立信息共享制度，通过微信、QQ 等群组管理，及时发布施工进度、既有1 号线隧道内安装的自动化监测设备数据反馈、盾构机参数调整等实时数据，确保参与各方都能第一时间掌握施工参数及周边土体变化情况。

（3）运营企业制定专项应急预案。

在施工之前运营企业依据施工单位《施工安全专项方案》编制相应的配合方案和应急预案，组织召开专题施工交底会议，对施工中影响范围及可能存在的风险进行技术交底，明确工作分工，完善组织管理体系，建立应急联络机制。

公司宣传部门、隧道、线路、信号等设备维修管理部门进行现场检查，制定相应的、切实可行的保障预案和值守排班计划。

（4）加强运营巡视。

运营、施工、监理、建设单位安排专人进行施工影响区间的登乘巡视，司机在行驶过程中加强瞭望，多方位实时监测隧道变形变化，确保列车运行安全。

3.2 下穿施工前施工方准备措施
（1）对 1 号线进行检查加固。

在盾构机准备进入影响区前对既有 1 号线内隧道结构、轨道进行检查和加固，重点对管片裂纹、渗漏水、错牙、钢轨、扣件及道床等进行全面检查，确保既有隧道结构状态良好。

在施工前对有渗漏水的
管片进行注浆堵漏，对隧道管片连接螺栓进行紧固，对 1 号线轨道几何尺寸及扣件进行精调、紧固，确保轨道状态稳定。

（2）施工机具检查验收。

在盾构机准备进入影响区前，建设单位组织对盾构机进行状态确认验收，督促施工单位对盾构机保养维护，对盾构机具及配套机具工作状态检查确认，清点需配备的应急工器具及材料。

（3）落实抢险备品、工器具、人员。

在盾构机准备进入影响区前检查确认应急物资、工器具、人员到位及值班落实情况，确保出现险情时应急响应及时，人、材、机第一时间到位。

（4）检查复核自动化监测设备。

在盾构机准备进入影响区前，采集自动化监测数据、检查监测方案落实情况，并请点进入隧道进行人工测量复核，确保数据准确、信息反馈及时。

3.3 下穿施工中控制措施
（1）优化盾构参数。

将下穿段前90 m 隧道作为试验段，以确定合理的盾构施工参数，及时调整盾构掘进速度、泥水仓压力、泥浆比重、泥浆黏度。

采用复合式刀盘，开口率30%。

施工中严格按照设定的泥水仓压力进行掘进，每环测定泥浆的性能参数，加密监测。

加强施工设备维保及资源供应，保证盾构持续掘进。

（2）根据风险大小分过渡区、风险区和危险区，并适时调整参数。

（3）同步注浆控制及二次注浆。

在施工过程中通过注浆量及注浆压力的严格控制，少量、多次注浆，注浆压力控制在0.4 MPa 内，确保在施工过程中 1 号线沉降累计控制在10 mm 内。

（4）盾构姿态控制。

采用自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测，分区操作盾构机推进油缸，控制盾构掘进方向，及时调整盾构下穿掘进中的姿态和纠偏量，每环纠偏量不大于 5 mm，并在上软下硬地层掘进时提前将盾构机姿态调整到负值，从而使盾构机姿态上漂后接近设计轴线。

（5）防止盾尾漏浆（防漏）控制。

盾构推进过程中，盾构姿态控制不好易造成盾尾处漏浆、地表沉降过大。

因此在盾构机下穿 1 号线隧道期间，应确保盾尾四周间隙均匀，通过加大盾尾油脂注入量来防止浆液通过盾尾流失，并采用优质油脂。

（6）管片安装质量控制。

管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。

及时止水，在管片脱离盾尾后对管片连接螺栓进行二次紧固。

（7）小半径曲线通过措施。

在小半径曲线段施工时，在还未进到曲线时提前对盾构机姿态进行调整，进行沿小半径曲线割线方向掘进施工。

（8）软硬不均地层掘进措施。

根据地质软硬不均情况，及时调整掘进速度及土仓压力，确保顺利通过。

（9）泥浆质量控制。

控制泥浆含砂量，适当调整、调配既满足密度要求又满足黏度要求的优质泥浆。

在圆砾地层中掘进时，泥浆黏度控制在25～30 s，比重控制在1.12～1.14 g/cm3；在泥岩及圆砾复合地层中掘进时，泥浆黏度控制在23～28 s，比重控制在 1.11～1.13 g/cm3。

3.4 运营隧道自动化监测及信息化处理
（1）隧道内自动化监测。

在 1 号线受影响范围内，按照相关规范要求，对隧道竖向位移、水平位移、相对收敛、裂缝、道床与轨道变位、隧道断面尺寸等进行实时监测（图3）。

（2）监测数据人工复核调整。

通过无线数据传输将监测数据传输至接收端电脑，通过GeoMoS 软件对数据进行解压分析。

若监测数据波动较大，或监测数据异常时，立即向运营单位申请对监测点进行巡查，避免因测点松动、破坏等原因造成监测数据无法读取或监测数据读取错误等情况发生。

（3）监测信息反馈及处理。

施工监测单位按照1 次/h
的监测频率对 1 号线隧道结构变形进行实时监测，将数据传递至处理中心，由监测专业人员处理分析，并在施工联动小组信息群及时公布。

对超过预警值及变化异常的点位，立即组织各单位专业工作人员进行分析，及时调整施工参数。

在盾构下穿施工过程中，按照既定的监测方案实施远程控制和数据传输，通过中心控制计算机对数据及时处理，及时反馈各变形点的变形量及累计变形量，并将这些数据以变形曲线图形和报表形式输出。

3.5 下穿中运营控制措施
（1）各专业全程联动。

运营公司制定專项配合方案，制定确实可行的组织机构及明确配合方案，起草应急预案，明确各专业设备技术管理责任人，并形成24 h轮班制度，现场参与监控施工。

运营公司牵头各参与单位在运营结束后，请点进入1 号线隧道进行人工检查，对结构变形进行人工复测，及时将检查结果反馈联动小组，用于指导后续施工。

（2）调整计划确保运营安全。

在下穿施工中适当限速、改变调试计划，以便于运营结束后人工进入 1 号线隧道检查结构状态，并对隧道沉降导致的轨面高低变化进行微调及预调，降低后续隧道结构沉降对运营的影响。

（3）加强运营期登乘巡视。

提前按照公司规章要求对施工、监理、建设单位专业技术人员进行安全培训及相关教育，确保各单位相关人员在运营期能高频次登乘巡视。

运营公司明确要求司机在行驶过程中加强瞭望，安排各专业技术人员登乘巡视，确保列车运行安全。

4 结束语
本文通过对盾构下穿既有地铁隧道施工各阶段均可能存在的风险进行分析，提出了盾构下穿既有地铁隧道的施工控制措施，为南宁市轨道交通 3 号线顺利下穿既有 1 号线施工提供了技术和安全管理保障，为南宁市轨道交通建设施工管理及运营管理积累了宝贵的经验。

期望本文对我国城市轨道交通建设安全与风险管理有所裨益。

参考文献
[1] GB 50911-2013 城市轨道交通工程监测技术规范[S]. 2013.
[2] CJJ/T 202-2013 城市轨道交通结构安全保护技术规范[S]. 2013.
[3] GB 50652-2011 城市轨道交通地下工程建设风险管理规范[S]. 2011.
[4] 张瑾，王旭春，刘涛. 下穿隧道对既有地铁线路及周边环境影响研究[J]. 地下空间与工程学报，2012（5）.
[5] 魏本现. 自动化变形监测技术发展与在广州地铁中的应用[J]. 工程建筑与设计，2012（10）.
责任编辑朱开明。