盾构法在富水砂卵石地层中始发段近距离穿越既有地铁线路技术

盾构法在富水砂卵石地层中始发段近距离穿越既有地铁线路技术

宋闻

宋闻

成都轨道建设管理有限公司四川成都市610041

摘要：新建盾构隧道下穿既有地铁线路施工时会引发交汇段地表沉降叠加，对既有地铁线路运营安全产生威胁。本文以成都砂卵石地层新建地铁6号钱盾构始发段下穿既有3号线施工为例，针对盾构在始发端头下穿施工时存在的建压困难、沉降控制难度大、施工安全风险高等难题，采用了始发延长钢环密封保压、中盾注浆盾构间隙、辅助注浆纠偏、自动化实时监测等技术措施及管理手段，顺利通过下穿既有地铁。

关键词：盾构穿越既有线.始发阶段.近距离.

1引言

以往，成都市新建隧道下穿既有线均采用矿山法工艺通过，虽工艺较成熟，但时间长，效率低下，满足不了今后轨道交通加速成网、飞速发展的大环境和要求，新建6号线盾构下穿既有3号线实属首次。而成都地铁3号线的安全及正常运营重要性不言而喻，容不得半点差错，这就对新建盾构隧道施工提出了严格的工程控制要求，亟需有效、实用、系统的控制既有线变形的整套施工技术，以指导在已建线路附近进行的新建盾构隧道施工。因而，亟需对成都地铁6号线人～前区间下穿既有3号线工程控制系统开展深入研究。

2区间概况及风险、难点分析

2.1区间概况及水文地质

梁家巷至前锋路站区间下穿既有3号线段地层均位于饱和、中密卵石层，地质自稳性差。处于岷江水系冲积平原一级阶地，地表水主要为府河水。地下水主要有3种类型：一是上层滞水赋存于黏性土层之上填土层中，二是孔隙潜水位于第四系砂、卵石土层，三是基岩裂隙水。

2.2与既有线位置关系

6号线梁家巷站～前锋路站盾构区间于大里程端下穿既有3号线，里程范围为YCK31+202.578～YCK31+240.578。既有3号线至前锋路车站主体端墙外侧距离为8m，正穿长度为20m；下穿处盾构隧道埋深20.39m，与3号线既有盾构隧道竖向净距约为4.065m。

2.3工程风险和难点分析

2.3.1始发即下穿，净距小

6号线梁～前盾构区间于前锋路站小里程端始发8m后即下穿既有3号线，正穿长度为20m，影响范围长度38m；下穿处盾构隧道埋深20.39m，与3号线既有盾构隧道竖向净距4.065m。

2.3.2端头加固范围有限，效果较差

车站端头受改迁自来水、污水和雨水管影响，能进行端头加固的范围仅为设计范围的四分之一，且部分加固深度无法达到设计深度，加固效果较差

3各项针对性控制措施

3.1有限元分析计算

由于盾构始发及接收15m范围为风险最高的部分，管棚群超前加固对15m范围加固控制相对较好，计算对远端既有线下方加固进行折减考虑。管棚群为146管棚，管内注浆充填并打设溢浆孔对周边围岩进行注浆，根据现场情况按拱顶150度管棚打设考虑，同时对盾构推进时按盾壳上方按纵向4m漏空进行考虑。计算模型1：对管棚群形成的壳体厚度按0.5m考虑，注浆达到C25砼弹性模量折减0.6为2.8x104x0.6=1.68x104MPa；模型2：按梁单元考虑管棚作用，将双排管棚按刚度等效拆管成单排管棚进行计算。

由计算可知，两种模型计算出盾构下穿3号线引起既有线最大沉降为2.79mm。由此可见管棚群对盾构上方土体及既有线可起到有效支撑作用。

3.2超前预加固

地面竖向加固：端头竖向采用Φ42@1000mm袖阀管注浆加固。平面加固范围：由主体围护桩外侧沿掘进方向纵向长度4m，横向宽度16m，即加固平面范围为4m*16m。竖向垂直加固范围：由地面至洞身隧道中部整个竖向高度范围24m。

管棚群加固：端头采用Φ194×10mm+Φ146×10mm管棚进行管棚群超前支护，分4层打设，上面两层管棚打设长度为30m，下面两层管棚打设长度为33m。两排Φ194mm钢管布设在隧道圆心角180°范围拱部，两排Φ146mm钢管水平布设在Φ194钢管上方。

3.3盾构机选型

下穿既有3号线段地层均位于饱和、中密卵石层，砂卵石地层掘进盾构机需要适应以下2个特点：

（1）砂卵石地层一旦扰动，地层反应灵敏、范围大，开挖面失稳易产生坍塌；地表沉降不易控制。

（2）卵石颗粒的流塑性、改良性差；刀具、刀盘、螺旋机磨损严重；大粒径卵石存在卡刀盘与螺旋机风险；刀盘扭矩大；土压平衡不易实现，当渣土改良不好时，建立土仓压力则刀盘扭矩急剧增大，可能导致盾体管片扭转。若不建立土仓压力掌子面容易失稳，地面沉降会过大。

为此，选用土压平衡铁建重工340、347盾构机，此两台盾构机先后在成都地层掘进过，且性能优良，能够满足成都地层的要求。

3.4对既有盾构机针对性的改造

（1）刀盘为面板式，开口率36%左右，开口处设有网格栅，面板上加焊更密、更耐磨的耐磨板。

（2）滚刀配置：刀盘周边配置10把双刃滚刀；正面采取22把单刃滚刀，其刀具配置形式以刀尖轨迹为依据，保证其刀尖轨迹间距在100mm左右，同时保证对称配置；刀盘中心1～8#配置4把双联滚刀；为了提高正面单刃滚刀的极限磨损，刀圈从以前的432mm加大到448mm，提高使用周期，减少因换刀而导致的停机。

（3）磨损检测：刀盘设置有2处磨损检测装置，以及时判断刀盘刀具磨损情况，防止刀盘盘体被磨损破坏。

（4）泡沫剂注入系统：盾构配置4组单管单泵单喷口泡沫注入系统。

①泡沫系统采用单管单泵的方式，每路泡沫均可独立工作。

②采取预混合方式，增强发泡效果，降低泡沫消耗量。

③为便于维修或更换，喷口总成改成从刀盘背面抽出。

（5）膨润土系统：配置有2台单独膨润土泵；2台泵可通过单独管路向刀盘前注入用于渣土改良，也可一路注入盾体外

4盾构始发延长钢环密封辅助工法

4.1始发延长钢环

前锋路站始发采用的盾构机的盾体长度为8.8m，为确保盾构刀盘在进入既有3号线前土仓能够提前建压，减少刀盘上方土体的坠落，在盾构始发时采用洞门延长钢环，钢环长度为2m，延长钢环与洞门预埋环板满焊连接口。

5结论

（1）打设35m长管棚可满足下穿既有地铁隧道长度要求，且适用于成都砂卵石地层，效果较好。

（2）采用延长钢环密封用于始发端下穿既有线运营地铁施工，可以提前封堵洞门，提前建立土压，有效地防止始发时土压力降低而产生的提前沉降，对今后类似工程有一定的借鉴意义。

（3）采用盾构机中盾径向孔在盾构机下穿过程中同步进行中盾注浆，有效地防止盾体通过时产生的沉降。

（4）设置自动化监测装置监测既有线隧道，是进行指导盾构施工的眼睛，也是既有线行车安全的重要保障。

参考文献：

[1]吴全立，王梦恕，朱磊，等.盾构近始发端头下穿既有地铁线路的综合施工技术研究[J].现代隧道技术，2016，53（4）：134-142.

[2]唐诚.关于我国地铁施工事故的研究[J].北方交通，2013（S2）：90-92.