盾構(gòu)隧道近距離下穿無(wú)加固高承壓水粉砂既有隧道施工技術(shù)

1、盾構(gòu)隧道近距離下穿無(wú)加固高承壓水粉砂既有隧道 施工技術(shù)盾構(gòu)穿越既有地鐵線已在北京、上海、廣州、深圳、杭州等 多個(gè)城市的盾構(gòu)施工中有很多的案例， 但在承壓水粉細(xì)砂層中近 距離（約2.07m）下穿施工仍無(wú)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，且本工程下穿位置位 于交通主干道正下方，一旦失控，后果極為嚴(yán)重。目前，武漢地 鐵 2 號(hào)線在試運(yùn)營(yíng)期間，施工的地鐵 3號(hào)線王家墩北站 范湖站 盾構(gòu)區(qū)間需要下穿地鐵 2 號(hào)線范湖站 漢口火車站區(qū)間，是武漢 軌道交通網(wǎng)絡(luò)首個(gè)“地下立交”， 在未進(jìn)行加固承壓水粉細(xì)砂層 中近距離下穿，亦屬首例。1. 下穿段相關(guān)參數(shù)：1.1 下穿段地質(zhì)： 2 號(hào)線位于 3-4 粉質(zhì)粘土夾粉土、 3-5 粉 質(zhì)粘土

2、夾粉土粉砂層中， 3 號(hào)線全斷面位于 4-1 粉細(xì)砂層中；地 下水位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，約為地表下 9.8m；1.2位置關(guān)系：3號(hào)線王范區(qū)間隧道埋深約為 18.1m,隧 道底板為地表下24m 2號(hào)線范漢區(qū)間隧道埋深約為 10.1m, 結(jié)構(gòu)底約16m隧道間凈距為2.07m2.5m；1.3 線路關(guān)系： 王范區(qū)間左線隧道在里程右 DK17+210.790 下穿2號(hào)線范漢區(qū)間右線隧道，在右 DK17+224.730下穿2號(hào) 線范漢區(qū)間左線隧道；王范區(qū)間右線隧道在里程右 DK17+217.760下穿2號(hào)線范漢區(qū)間右線隧道，在右DK17+231.920下穿二號(hào)線范漢區(qū)間左線隧道；平面交叉角度約 114 度；1.

3、4 地表環(huán)境：交叉段位于青年路范湖轉(zhuǎn)盤下，為青年路與 常青路交叉口，為江漢區(qū)交通主干道之一，車流量極大；地表有 10Kv高壓電纜、直徑600mm自來(lái)水管、中國(guó)移動(dòng)通信光纜群等 重要管線。2. 下穿既有隧道施工的關(guān)鍵性技術(shù) 由于下穿隧道離既有線路較近， 在施工中必須采取切實(shí)可靠的技術(shù)措施， 確保既有地鐵 2 號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全， 必須解決如下幾個(gè) 方面的技術(shù)細(xì)節(jié)：2.1 高水頭承壓水粉細(xì)砂層中土壓平衡盾構(gòu)施工， 掘進(jìn)參數(shù) 尤其是土壓力、出土量、同步注漿壓力注漿量、二次注漿壓力及 量的參數(shù)控制，以及渣土改良技術(shù)；2.2 對(duì)既有線路隧道進(jìn)行的補(bǔ)充加固體系及相應(yīng)參數(shù)， 主要 為軟弱基底上的隧道二次注漿加固和

4、隧道內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)整體加固兩 大部分；2.3 既有線內(nèi)沉降監(jiān)測(cè)及隧道結(jié)構(gòu)收斂監(jiān)測(cè)技術(shù)， 地表建構(gòu) 筑物沉降監(jiān)測(cè)。3. 風(fēng)險(xiǎn)分析本工程需進(jìn)行既有線的下穿， 其最大的難點(diǎn)是對(duì)既有線的保 護(hù)（主要為運(yùn)營(yíng)線路列車軌道沉降控制、隧道結(jié)構(gòu)收斂控制）， 在實(shí)際的盾構(gòu)掘進(jìn)穿越過(guò)程中存在如下風(fēng)險(xiǎn)：3.1 由于盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)下穿影響范圍后對(duì)周邊土體的擠 壓，可能造成既有線的偏移；3.2 穿越中盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)如：土壓力控制不當(dāng)、原狀土擾動(dòng) 過(guò)大，可能造成既有線的隆起或沉降，穿越后同步注漿（或二次 注漿）不及時(shí)，亦可能造成既有線的隆起或沉降過(guò)大；3.3 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在承壓水粉細(xì)砂層中掘進(jìn)本身存在的盾 尾、螺旋漏水漏砂風(fēng)險(xiǎn)；

5、3.4 其他因操控不當(dāng)，造成既有隧道結(jié)構(gòu)拉裂、變形、導(dǎo)致 地鐵線路停運(yùn)、地表道路塌陷等重大工程風(fēng)險(xiǎn)。4. 下穿既有隧道技術(shù)工藝原理下穿既有線隧道， 是采用常規(guī)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)對(duì)已加固或 者未加固的隧道進(jìn)行穿越， 并保證既有線隧道結(jié)構(gòu)安全、 線路列 車軌道沉降受控的地下立體空間施工技術(shù)。5. 下穿既有隧道施工順序及準(zhǔn)備5. 1 施工順序 既有隧道注漿加固既有隧道鋼環(huán)加固既有線內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn) 及檢測(cè)系統(tǒng)布置盾構(gòu)試驗(yàn)段掘進(jìn) （確定掘進(jìn)參數(shù)） 盾構(gòu)下穿 既有隧道及監(jiān)控測(cè)量下穿完成補(bǔ)充注漿加固及監(jiān)控測(cè)量 穩(wěn)定。5.2 施工準(zhǔn)備重點(diǎn)5.2.1 盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備 : 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入下穿影響范圍前，按照論證 后的專項(xiàng)方案進(jìn)行

6、停機(jī)檢查，主要包括：主機(jī)工況：推進(jìn)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、拼裝機(jī)、同步注漿系統(tǒng)、 盾尾密封、測(cè)量等系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行及檢修管理；掘進(jìn)參數(shù)復(fù)核： 土壓傳感器準(zhǔn)確性復(fù)核； 推力、 倉(cāng)壓、扭矩、 刀盤轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)的匹配性； 類似地層出土量與同步注漿量、 注漿 壓力與地表沉降的關(guān)聯(lián)情況； 渣土改良添加劑種類及添加量； 同 步注漿漿液配合比。后配套設(shè)施：編組列車工況及軌道； 龍門吊工況及故障排除； 拌合站檢修。5.2.2 既有線路準(zhǔn)備 既有線路準(zhǔn)備主要包括既有線路隧道的相關(guān)調(diào)查及預(yù)加固。（1）既有線注漿加固武漢地鐵2號(hào)線范漢區(qū)間隧道在設(shè)計(jì)及施工時(shí)未考慮后 期有隧道下穿，因此，被下穿段地層為原狀土（主要為 3-4 粉

7、質(zhì) 粘土夾粉土、 3-5 粉質(zhì)粘土夾粉土粉砂層軟弱地層），考慮到隧 道內(nèi)已鋪設(shè)了道床，隧道底部的 5個(gè)點(diǎn)位注漿孔已被 0.9m 高道 床覆蓋，不能注漿。因此，在 2 號(hào)線隧道內(nèi)對(duì)與三號(hào)線相交范圍的管片靠近道床 的左右兩側(cè)共 4 個(gè)吊裝孔進(jìn)行二次注漿，對(duì)3-4 、3-5 軟弱地層進(jìn)行加固，提高地層密實(shí)度、整體性和承載力，減小后期施工影 響隧道沉降。加固范圍： 2 號(hào)線左線 49環(huán)到 70 環(huán)，右線 44 環(huán)到 66環(huán)，左右線共計(jì) 45環(huán)；每環(huán)如圖 5示 4 個(gè)點(diǎn)位。加固參數(shù)：雙液漿水玻璃使用模數(shù) 2.42.8 ，濃度 354Be， 與水泥配合比為 1:1.15 。注漿壓力：控制在 1.52.0

8、MPa 。單孔注漿量： 12m3。（2）既有線型鋼加固由于設(shè)計(jì)為 3號(hào)線下穿既有的 2 號(hào)線隧道，因此， 2 號(hào)線隧 道會(huì)因 3 號(hào)線施工對(duì)周圍承載的土體擾動(dòng)造成局部應(yīng)力集中而 產(chǎn)生管片或結(jié)構(gòu)破損， 因此應(yīng)增加 2 號(hào)線隧道整體穩(wěn)定性來(lái)抵御 盾構(gòu)施工產(chǎn)生的應(yīng)力變化， 減小管片或結(jié)構(gòu)變形量。 主要采取以 下措施： 螺栓檢查及復(fù)緊。 防止環(huán)與環(huán)間錯(cuò)臺(tái)的管片環(huán)向加固： 2 號(hào)線左線 40 環(huán)到 70 環(huán)（31 環(huán)），右線 45 環(huán)到 74 環(huán)（30 環(huán)），左右線共計(jì) 61 環(huán)，采用25mn鋼岡板制作成內(nèi)徑為2.7m，長(zhǎng)、寬為0.5m的弧形 鋼板，分成 26塊進(jìn)行拼裝（每塊重 65.84kg ），安裝

9、在相鄰兩 環(huán)管片的接縫中間，防止管片不均勻沉降使管片螺栓拉斷。 防止隧道軸線方向拉伸的管片縱向加固： 2 號(hào)線左線 41 環(huán)到 78 環(huán)（38 環(huán)），右線 36 環(huán)到 74 環(huán)（39 環(huán)），左右線共計(jì) 77 環(huán)，利用管片的吊裝孔固定槽岡將受影響區(qū)域管片拉結(jié)為整 體。根據(jù)隧道內(nèi)管線的安裝情況，可有 6 個(gè)螺栓孔（管片一周 16個(gè)點(diǎn)位）進(jìn)行16b槽鋼管片拉結(jié)，可使得出現(xiàn)沉降較大位置 的管片的沉降在相鄰的管片的拉結(jié)下能均勻沉降， 以減少隧道管片出現(xiàn)變形較大及破壞的風(fēng)險(xiǎn)。5.2.3 監(jiān)控測(cè)量準(zhǔn)備為保證地鐵3號(hào)線王范區(qū)間隧道下穿地鐵2號(hào)線范漢區(qū)間隧道時(shí)， 能及時(shí)掌握隧道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 考慮到地鐵在試運(yùn)營(yíng)

10、 時(shí)人工監(jiān)測(cè)將受到限制，采用隧道縱 / 橫向沉降（電子水平尺） 自動(dòng)監(jiān)測(cè) +隧道收斂（激光）自動(dòng)監(jiān)測(cè)。6. 易發(fā)問題及應(yīng)對(duì)措施6.1 既有線沉降超過(guò)控制值6.1.1 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)預(yù)警區(qū)（1）調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)（如上升則適當(dāng)減小土倉(cāng)壓力、增大盾構(gòu)出土量，沉降則相反）。（2）掘進(jìn)過(guò)程中向土倉(cāng)內(nèi)加量注入泡沫劑、膨潤(rùn)土等提高 碴土的流動(dòng)性和止水性，也可確保停止掘進(jìn)時(shí)的保壓性。6.1.2 到達(dá)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及危險(xiǎn)區(qū)（ 1）在盾構(gòu)機(jī)盾體通過(guò)二號(hào)線過(guò)程中，如監(jiān)測(cè)顯示二號(hào) 線有沉降， 則說(shuō)明盾體周圍空隙處氣壓消散， 此時(shí)需要迅速使用 二次注漿機(jī)通過(guò)中盾上的徑向注漿孔注入Na基膨潤(rùn)土。注漿壓力不超過(guò)土倉(cāng)壓力， 如土倉(cāng)壓力明

11、顯升高， 則立即停止注膨潤(rùn)土。 具體注入膨潤(rùn)土的注漿參數(shù)還要根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋的數(shù)據(jù)及時(shí) 進(jìn)行調(diào)整。（2）組織快速推進(jìn)，盾尾到達(dá)沉降較大位置后進(jìn)行同步注 漿補(bǔ)漿。6.1.3 盾尾脫離危險(xiǎn)區(qū)后（1）提高同步注漿壓力，加大同步注漿量，使管片背后盡 量填充飽滿，（2）沉降速率相對(duì)較大時(shí)，則要迅速通過(guò)管片上預(yù)留的注 漿孔進(jìn)行雙液注漿，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。（3）加大對(duì)二號(hào)線監(jiān)測(cè)頻率，隨時(shí)觀察變形動(dòng)態(tài)，并以監(jiān) 測(cè)信息指導(dǎo)應(yīng)急措施。6.1.4 漏水漏砂（1）合理控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，防止尾刷破壞，同時(shí)，加強(qiáng)盾 尾密封油脂注入的管理和監(jiān)控， 尤其是在 4-1 粉細(xì)砂層中， 防止 盾尾與管片之間漏漿、漏水

12、漏砂。（2）對(duì)長(zhǎng)期用于砂層掘進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)，下穿前檢查艙門及密 封情況，防止砂性土長(zhǎng)期對(duì)倉(cāng)門板磨損導(dǎo)致螺旋艙門關(guān)閉不嚴(yán)的 而漏水漏砂的情況。（3）結(jié)合試驗(yàn)段及以往施工經(jīng)驗(yàn)，注入膨潤(rùn)土等改良材料 對(duì)土倉(cāng)內(nèi)土體進(jìn)行有效改良， 形成良好的土塞效應(yīng)后合理控制螺 旋出土口回轉(zhuǎn)壓力，防止出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。6.1.5 意外停機(jī)（1）除在計(jì)劃停機(jī)期間進(jìn)行設(shè)備隱患全面排查外，在下穿 期間機(jī)械設(shè)備人員跟班分別負(fù)責(zé)地面設(shè)施（龍門吊、拌合站）、 軌道運(yùn)輸（編組列車、軌道）、盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)保障，確保影響 盾構(gòu)掘進(jìn)的因素第一時(shí)間排除，減少意外停機(jī)時(shí)間。（2）領(lǐng)導(dǎo)井下帶班，在地面、井口及洞內(nèi)安排專職管理人 員對(duì)盾構(gòu)施工循環(huán)內(nèi)各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管和疏導(dǎo)， 減少影響時(shí)間， 確 保連續(xù)。（3）結(jié)合掘進(jìn)情況，確保不增加盾構(gòu)機(jī)負(fù)荷的情況下建立 實(shí)土壓，防止意外停機(jī)后倉(cāng)壓損失過(guò)大。7. 效果檢驗(yàn) : 穿越完成隧道穩(wěn)定后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)王范區(qū)間左線隧道 2012年9月10日始發(fā)，2012年11月24日至 11 月 28日盾構(gòu)機(jī)成功下穿通過(guò) 2 號(hào)線隧道，經(jīng)電子水 平尺監(jiān)測(cè) 2 號(hào)線隧道沉降最大為 -2.74mm。王范區(qū)間右線隧道 2012年 10 月 3日始發(fā)， 2012 年 12 月25日至 12 月 29 日盾構(gòu)機(jī)成功下穿通過(guò) 2 號(hào)線隧道，經(jīng)電子水 平尺監(jiān)測(cè) 2 號(hào)線隧道沉降最大為 -3.2mm。8. 效益 克服了