马健，李凤涛，袁飞飞，赵宇

（1.上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海200083；2.铁道第三勘察设计研究院集团有限公司，天津300142；3.浙江大学滨海与城市岩土工程研究中心，浙江杭州310058；4.浙江大学防灾工程研究所，浙江杭州310058）

盾构近距离多次下穿对既有隧道变形的影响

马健1，李凤涛2，袁飞飞3，赵宇4

（1.上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海200083；2.铁道第三勘察设计研究院集团有限公司，天津300142；3.浙江大学滨海与城市岩土工程研究中心，浙江杭州310058；4.浙江大学防灾工程研究所，浙江杭州310058）

通过对杭州地铁4号线2次近距离下穿地铁1号线施工过程沉降监测数据的分析，探讨盾构施工对既有隧道变形的影响规律。结果表明:既有隧道变形与盾构掘进的相对位置密切相关；盾构小角度穿越时对既有隧道沉降影响较大；多次穿越同一既有隧道时，不仅要加强对既有隧道的监测，同时也要对新建隧道进行变形监测，以便及时调整土舱土压力、注浆量等施工参数，防止既有隧道产生过大变形。

盾构下穿；既有隧道；掘进参数；隧道监测；变形

城市隧道施工不仅会引起地层沉降和变形，也会引起近旁的地铁隧道不均匀沉降、开裂，甚至破坏，从而可能引发列车出轨等严重事故［1-3］。很多学者研究了新建隧道与既有隧道在不同相对位置（平行、垂直、上穿、下穿）对既有隧道变形的影响规律［4-10］，但较少探究盾构机施工参数对既有隧道变形的影响。李强等［11］研究发现在新建隧道逐步向既有隧道推进过程中，推进力和稳定比是控制既有隧道变形的主要因素。白廷辉等［12］提出盾构超近距离穿越既有地铁隧道时注浆压力宜控制在1.1～1.2倍的静止土压力，严格控制盾构姿态等。廖少明等［13］研究得出，合理调整盾构机的土舱土压力可使既有隧道变形控制在一定范围内。然而，已有研究仅涉及到盾构单次穿越时引起的既有隧道隆沉现象及对盾构掘进参数的定性分析。

本文以杭州地铁4号线盾构近距离下穿既有地铁1号线为例，分析盾构各掘进参数对既有隧道竖向变形的影响规律，以及下穿隧道对既有隧道变形的影响范围，以期为软土条件下盾构下穿既有隧道施工提供参考。

1　工程概况

杭州地铁4号线官河站—火车东站盾构区间右线长约329.675m，左线长约323.834m，线间距为9.4～15m，隧道顶埋深18～25m。区间隧道施工采用铰接型加泥式土压平衡盾构机，盾构全长8.6m，管片外径6.2m，内径5.5m，管片厚度350mm，环宽1.2m。盾构机从官河站始发，到达火车东站，调头后到达官河站后解体退场。既有地铁1号线埋深15～20m，隧道结构采用预制钢筋混凝土管片，管片参数同4号线，管片之间采用高强度螺栓连接，管片断面贴有遇水膨胀橡胶条用于隧道防水。4号线盾构掘进过程中，在右线里程K21+056.399处立体交叉穿越地铁1号线右线，穿越角度23°，竖向净距2.1m，之后与1号线既有隧道几乎平行掘进，其平面示意如图1。1号线既有隧道主要位于淤泥质黏土及黏土层中，其上覆土层主要为杂填土、砂质粉土、粉砂。在同一地质条件下，4号线隧道盾构主要在黏土、粉质黏土地层中掘进，土层均具有高含水率、高压缩性、低强度、低渗透性等特点，在施工扰动情况下强度下降，土体结构易破坏。在掘进过程中，参数稍微设置不合理就极易造成已运营1号线的沉降及位移，甚至会造成地铁1号线无法正常运行。因此，必须在掘进过程中对1号线隧道的变形及时监测，并及时反馈变形信息以调整盾构机掘进参数，确保既有隧道结构安全。

2　隧道监测方案

为保证及时反馈既有地铁隧道结构变形情况，对盾构下穿施工过程中各监测项目采用徕卡MS05AX全站仪进行自动化监测。在1号线右线K20+994—K21+322区域内每隔5环设置1个监测断面，在盾构下穿重点影响区域每隔2环布置1个监测断面，见图2。在既有隧道监测断面布置隧道沉降监测点。

参考胡群芳等［14］的研究成果，结合盾构机与运营隧道的相对位置，把盾构机施工过程划分为3个阶段。地铁4号线右线：盾构穿越前（1～54环）、盾构穿越中（55～95环）以及盾构通过后（96～275环）。地铁4号线左线：盾构穿越前（1～145环）、盾构穿越中（146～190环）以及盾构通过后（191～270环）。

图1　4号线与1号线平面位置示意

图2　1号线监测点布置示意

3　结果分析

土压平衡式盾构隧道施工因其土舱土压力的设置和同步注浆控制等，与传统工法引起的变形规律有所不同。在盾构穿越过程中必须严格控制土舱土压力，同时也必须严格控制与土舱土压力有关的施工参数，如：推进速度、出土量等，以保持盾构掘进面稳定和平衡。因此，本次盾构穿越中采用了“匀速、快推下穿地铁线，合理设定土压，及时同步注浆”的施工原则，以保证施工的安全可靠。盾构机掘进时，实时记录了土舱土压力、出土量、同步注浆压力以及注浆量等主要掘进参数，并绘制掘进参数随施工环数变化曲线，分析盾构机刀盘推进到不同位置时既有隧道的隆沉规律。

图3为4号线盾构穿越施工过程中土舱土压力随掘进环数变化曲线。土舱土压力为土压力盒传感器所测平均值。由图3可见，土舱土压力在刚开始穿越时为0.23MPa左右，直至其穿越交叉点；在其它位置维持在0.28～0.35MPa，可以看出在穿越既有隧道时土舱土压力最小，穿越前和穿出后较大。

图3　4号线盾构穿越施工过程中土舱土压力随掘进环数变化曲线

在盾构施工过程中，当管片脱离盾尾后，在土体与管片之间会形成环形空隙。为防止地层变形过大而危及1号线安全需及时注浆填充，注浆时采用同步注浆压力和注浆量双重标准控制。由图4可以看出，穿越前注浆压力维持在0.30MPa，在穿越段基本维持在0.26MPa左右，比较稳定。在穿越段注浆量维持在一个较低的范围，防止上方既有隧道隆起过大。穿越前和穿越后，适当提高同步注浆压力和注浆量可使盾尾上方土体微隆，抵消部分地层损失，减少上部地层沉降。

图4　4号线盾构穿越施工过程中注浆压力及注浆量随掘进环数变化曲线

图5（a）为4号线右线盾构穿越前地铁1号线隧道隆沉变化曲线。图例中的环数如2环、54环、98环等表示4号线右线盾构掘进到的环数。纵轴“+”代表隧道隆起，“-”代表隧道沉降，左侧表示4号线左侧1号线范围，右侧表示4号线右侧1号线范围。从图5（a）可见，穿越前既有隧道隆沉变化并不明显，由于盾构机距离既有隧道较远，盾构机对既有隧道影响较小，主要为列车往返振动荷载导致的隧道变形。

图5（b）为4号线右线盾构穿越开始至结束1号线隧道隆沉变化曲线。可见：盾构掘进至54环时尚未对1号线造成明显影响；盾构掘进至58环时，既有隧道开始发生显著变形，前方1D（D为盾构机直径）范围内土体大量隆起；盾构机小角度穿越上部既有隧道时，对交叉穿越点A左侧隧道影响较大且影响范围较广（400～450环，共50环），对交叉穿越点A右侧隧道影响较小且范围较小（450～480环，共30环）；盾构掘进至72环和91环时，交叉穿越点A处1号线隧道隆沉曲线出现回落，而交叉穿越点A两侧却出现局部隆起。这是由于小角度穿越时，盾构机刀盘（54环到72环）对前方的挤土效应对既有隧道左侧影响较大。交叉穿越点A附近1号线隧道正好处于4号线隧道正上方，受盾构施工影响较大，此时54～91环的土舱土压力及注浆量均减小，从而导致穿越段上方1号线隧道隆起减小。

从图5（c）可以看出，穿越段竖向位移较小。左侧隧道达到隆起峰值，右侧隧道下沉量有所变小。在以小角度斜穿施工时，左侧隧道的变形更加显著，受影响程度更大。因此小角度下穿过程中，应该加强对左侧既有隧道结构的加固及保护。盾构掘进参数对于控制既有隧道隆沉具有显著作用。

图6为4号线盾构再次（左线）穿越时地铁1号线隧道隆沉变化曲线。图例中的环数如5环、158环，200环等表示4号线左线盾构掘进到的环数。盾构在第一次（右线）穿越1号线隧道后，其沉降值基本稳定不再发生变化。说明软土基本处于稳定状态，土体结构变化已经稳定。左线穿越1号线隧道交叉点B时，左线隧道管片为170环，1号线隧道管片为500环。从图6（a）来看，穿越前的施工对1号线隧道产生的沉降影响并不明显。

图5　4号线右线盾构穿越时1号线隧道隆沉变化曲线

从图6（b）来看，穿越中1号线隧道隆沉变化与第一次穿越有明显不同。在整个穿越过程中，盾构在158～194环掘进时都会对既有隧道的变形产生影响；盾构小角度穿越上部既有隧道时，在交叉点B对右侧隧道影响较小且影响范围较小，对左侧隧道影响较大且范围较大，盾构机刀盘前方的挤土效应对左侧隧道影响较大；盾构掘进至158～176环时，与交叉点B处相比隆起量逐渐减少，从176～194环由隆起转为沉降。这是因为穿越交叉点B附近时既有隧道正好处于新建隧道正上方，受盾构施工影响较大，此时176～194环的土舱土压力及注浆量均减小，从而导致穿越段上方隧道隆起减小。由于施工方主观认为施工会影响基本建成的右线和既有隧道，相对减小了盾构的土舱土压力及注浆量，从而造成盾构沉降量相对增加。因此在左线小角度下穿过程中，应该加强对左侧既有隧道结构的加固及保护。盾构机掘进参数对于控制既有隧道隆沉具有显著作用。

从图6（c）可以看出，盾构穿越后既有隧道的变形不大。左侧隧道的沉降达到最大值，右侧隧道下沉趋势变缓，并趋于稳定。

图6　4号线左线盾构穿越时1号线隧道隆沉变化曲线

4　结论

本文总结分析了杭州地铁4号线隧道近距离下穿地铁1号线时对既有线沉降的影响规律，得到以下结论：

1）既有隧道变形与盾构掘进的相对位置密切相关；盾构小角度穿越时对既有隧道沉降影响较大。

2）调整盾构掘进参数可以有效控制隧道沉降，故在穿越过程中应把监测数据及时反馈给施工控制方，以便及时调整土舱土压力和注浆量，从而控制上部既有隧道的变形。

3）多次穿越同一既有隧道时，不仅要加强对既有隧道的监测，同时也要对新建隧道进行变形监测，以便及时根据监测数据调节施工参数，防止既有隧道产生过大变形。

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AbstractT o unveil the influence of shield construction on adjacent tunnels，the paper analyzed the data collected in the monitoring and measuring of No.1 M etro Line in Hangzhou amid the construction of No.4 M etro line，which passes under the former twice with small spacing apart.T he results showed that the deformation of existing tunnel was closely linked to its relative location to the shield operation，or to be more specific if the operation was carried out by a small angle to the existing line，the settlement induced may increase by a large margin.In case of multiple under passing，monitoring shall be tightened up for both existing tunnel and the ongoing construction，so as to better handle the earth pressure and the grouting volume in avoidance to over-deformation.

Influence on Existing Tunnel Deformation Induced by Shield Tunnel Multiple Under Passing with Small Spacing Apart

MA Jian1，LI Fengtao2，YUAN Feifei3，ZHAO Yu4
（1.Shanghai Geotechnical Engineering Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200083，China；2.The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142，China；3.Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310058，China；4.Institute of Disaster Prevention Engineering，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310058，China）

Shield tunnel under passing；Existing tunnel；Boring parameters；T unnel monitoring；Deformation

U455.43

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.17

1003-1995（2016）04-0064-05

（责任审编葛全红）

2015-09-10；

2016-01-10

马健（1976—），男，高级工程师，硕士。