李旭

中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北 武汉 430076

1 引言

进入新世纪以来，轨道交通得到快速发展，伴随地铁线路数量逐步增多，新建地铁线路将越来越多地穿越城市中心地带，不可避免的会出现线路交叉等情况，因此盾构法隧道施工所面对的环境条件越来越复杂。

针对盾构穿越既有线安全控制的研究方法主要以：数值模拟、模型试验、现场工程实测法等方法开展研究。程韬等[1]针对大粒径富水卵石地层盾构下穿既有线提出了有效控制地层沉降的设计与施工措施，此外地层对盾构掘进影响明显，其中苏州、常州等地区以粉质黏土及其他富水软弱地层为主的城市，已经成为地下工程修建过程中最为常见的不良地质体[2]，富水软弱粉质黏土地层具有天然含水率高、孔隙比大、渗透性差、压缩性高、抗剪强度低等特点，盾构掘进容易面临掌子面失稳破坏、土体坍塌、涌水涌砂、掘进超方、地表沉降、反力架失稳等施工风险[3-5],因此富水软弱地层盾构始发近距下穿既有线施工存在建压困难，沉降控制难度大，施工安全风险高等难题。

上述对于盾构近距下穿既有线的研究多处于数值模拟及模型试验阶段，本文以某盾构区间为背景，研究软弱地层盾构始发近距下穿既有线施工技术。

2 工程概况

苏州某盾构区间始发即以最小3.36m的近距离下穿既有运营地铁2号线，距离既有2号线仅有15.89m，下穿沉降影响范围达到74.4m，围岩主要为粉质黏土层，如图1地质剖面图所示。

图1 地铁5号线下穿地质剖面图

根据钻孔揭示，本场地埋深80m以内所揭示的地基土除填土外，均为冲湖积相，海陆交互相沉积的粘土，平均厚度8.98m，地质参数如表1所示。

表1 粉土夹粉质粘土主要物理力学指标表

3 盾构近距下穿既有线施工技术

3.1 近距下穿既有线盾构注浆系统升级改造

(1)同步注浆砂浆车的改造

为了能够在盾构穿越既有线过程中实现快速的应急注浆并保证注浆的连续性与充足性，对电瓶车砂浆罐进行改造如图2所示。

图2 电瓶车砂浆罐改造示意图

图2设计形式简单避免了因为抽浆泵与注浆泵的功率不一致出现的注浆管破裂，注浆泵损坏或注浆管堵塞等现象,并且其注浆效果能够达到正常的注浆效果，此外砂浆罐可以直接与砂浆注浆泵连通；或与台车砂浆罐的进料口连通;或通过分支管路分别与砂浆注浆泵和台车砂浆罐的进料口连通，并在分支管路上设有三通控制阀，能够实现多种模式下的盾尾同步注浆作业。

(2)惰性浆液同步注浆系统

为避免盾体径向孔浆液快速凝固将盾体包裹而影响掘进，研制具备一定的自立性能，初凝时间长且固结强度较低的惰性浆液，从而解决盾体脱困问题。由于惰性浆液其本身的特性，需对盾构机台车膨润土灌进行改造，将膨润土灌下部螺杆泵改装成活塞注浆泵使之能够将惰性浆液泵送至盾体与土体之间的空隙处，具体见如下图3所示。

图3 多类型浆液运输与注入一体化壁后注浆设备

如图3所示，在掘进过程中，通过同步砂浆罐进行常规的盾尾砂浆同步注浆，通过挤压泵将惰性浆液通过盾体上部两个径向孔注入，从而填充盾壳与土体间隙，通过上述注浆体系可以有效的避免因盾体外的空隙无法及时填充而造成地面沉降。

(3)长距离浆液搅拌输送装置改造

盾构穿越既有线过程中,由于盾尾砂浆与盾体惰性浆液两者特性存在差异，需采用不同的材料进行拌制，因此对两种浆液搅拌与输送装置进行改造，使之既能拌置砂浆也能拌置惰性浆液，属于多功能拌合站，形成两套注浆系统，具体如下图4所示。

图4 长距离浆液搅拌输送系统

图4长距离浆液搅拌输送系统,该输送系统包括储料罐、骨料仓、砂浆罐、惰性浆罐、砂浆车和电瓶车惰性浆液灌;由于运输距离较远，其砂浆罐设置有两个，每个砂浆罐的出浆口均设有挤压泵，一个砂浆罐置于地面，另一个砂浆罐置于车站负一层的位置,电瓶砂浆罐车和电瓶车惰性浆液灌均置于车站负二层；在惰性浆液浆车与骨料仓连接设有地泵。依据上述设计理念，实现了盾构机掘进过程中盾尾管片外壁与盾体径向孔同时进行注浆填充空隙的目标。

3.2 近距下穿既有线盾构掘进控制

为确保平稳下穿，对下穿影响范围内的每环管片指定特定的控制措施，始发段掘进阶段划分及掘进计划如下图5所示。

图5 始发掘进阶段划分

盾构过水泥加固区域应根据刀盘扭矩情况适当提高土仓压力，当盾尾已全部进入钢套筒，开始进行同步注浆，在-1环开始推进时,由中盾径向孔1.11点位注入惰性浆液材料，填充钢套筒与盾壳之间的间隙进行洞门封堵；当+63环推拼完时，此时盾尾脱出至既有线外侧30环，停止中盾径向孔注浆。

4 盾构近距下穿既有线监测技术

盾构掘进过程中在既有2号线管片上布置测点,盾构下穿过程中对上下行线采用静力水准仪实时监测沉降,每条隧道每一环布置5个监测点并进行编号，如图6。

图6 既有线断面测点埋设及编号

针对下穿期间的高风险，劳动路5号线右线盾构掘进下穿全程对既有地铁2号线上下行线开展实时监测，对比下穿到达前和下穿后既有上下行线沉降数据进行分析，如下图所示。

通过采用静力水准仪对既有2号线上下行线进行实时监测，图7既有2号线下行线JLR-11最大沉降-5.96mm，分析JLR11、16、21、26、31沉降数据表现为盾构到达前沉降量逐步增大,下穿完成后沉降量减少，同样图8既有2号线上行线JLL-427最大沉降-4.60mm，对比JLL-437、432、427、422、417沉降量与图7下行线监测数据变化规律保持一致，盾构到达前沉降变化大，盾构通过后沉降减少，下穿期间上下行线最大沉隆量均未超过控制值(±10mm)，沉降数据都在可控范围内，证明通过盾体径向孔以及多层级的注浆模式，成功控制了既有线的沉降，保证了既有线的安全运营。

图7 既有2号线下行线沉降数据变化图

图8 既有2号线上行线沉降数据变化图

5 结论

(1)为了填充刀盘开挖直径较中盾大而造成的盾体与开挖土体之间的孔隙，通过注浆系统升级改造，采取中盾径向孔球阀注惰性浆液的方法对空隙进行填充，提高盾构下穿的安全性。

(2)盾构采取程序性掘进控制措施，保证掘进可控，利用自动化监测手段，实时对既有线，周边建筑物及管线进行监控，根据监测数据波动指导盾构参数调整，保证顺利掘进。