中铁隧道集团三处有限公司
摘要：地铁隧道在建筑物稠密，地下管线繁多的城市中施工，下穿各种建（构）筑物的情况随着城市发展越发频繁，故掌握盾构机在复合地层中的施工情况，并预先评估盾构施工对周边环境的影响程度，对保证下穿施工在既有线运营期间的安全有重大意义，现以在建地铁某区间穿越既有运营线为例子，结合盾构在短净距下穿既有运营地铁时的施工情况，总结复杂条件下盾构成功穿越既有运营线施工技术。
关键词：盾构机、短净距下穿、既有线、复合地层
一、工程概况
在建盾构隧道下穿段对应地表周边环境复杂，处于两条主干线十字交叉口，车流量较大，管线铺设复杂，4条既有地铁隧道分布较密集，在建隧道依次下穿既有运营地铁线下行线、出入场线、上行线。下穿段共计31环，长46.5米。
根据地质勘查资料显示，穿越段地层自上至下依次为：回填土、淤泥质粘性土、粉细砂、砾质黏土、全风化花岗岩、土状强风化花岗岩、块状强风化花岗岩、中、微风化花岗岩。
下穿段洞身地质：既有线下行线下穿段为强、中风化花岗岩，出入段线及上行线下穿段为全、强风化花岗岩。中风化岩层平均强度为36.8Mpa～56.4Mpa，岩体等级为Ⅱ～Ⅲ级。
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图1-1 下穿段地质情况及隧道相对位置关系图
二、重难点分析
2.1 地表情况
在建隧道下穿既有地铁运营线地表为车流量极大的十字路口，且管线分布密集。
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图2-1 下穿段地表位置情况图
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图2-2 下穿段地表管线分布情况图
2.2 地质情况
根据地质勘查资料显示，穿越段地层自上至下依次为：回填土、淤泥质粘性土、粉细砂、砾质黏土、全风化花岗岩、土状强风化花岗岩、块状强风化花岗岩、中、微风化花岗岩。
下穿段洞身地质：既有线下行线下穿段为强、中风化花岗岩，出入段线及上行线下穿段为全、强风化花岗岩。中风化岩层平均强度为36.8Mpa～56.4Mpa，岩体等级为Ⅱ～Ⅲ级。
其次既有线出入段线采用明挖法施工，下穿段底部围护结构采用Φ1000@1100钻孔灌注桩+4道内支撑的支护形式（桩底与盾构最小净距约2米），既有线施工过程中土体已经受到扰动，且围护结构处可能存在残留的泥浆或积水，盾构掘进时造成二次扰动容易导致掌子面失稳。
2.3 小净距下穿
在建隧道依次下穿既有运营地铁线下行线、出入场线、上行线；下穿段长约45m，对应在建隧道环号为236～266环，共计30环，隧道拱顶埋深23.3～24.1m；在建隧道与下行线垂直净距为6.55m，与出入场线垂直净距为7.99m，与上行线垂直净距为1.42m。
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图2-3 下穿段隧道相对位置关系图
三、主要施工技术
3.1 人工探挖应急注浆孔
由于下穿段地表管线分布密集，在下穿前采用人工探挖的方式，在既有地铁结构附近布设应急注浆孔，若出现险情，可立即下钻注浆加固。
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图3-1 应急注浆孔挖探图
3.2 掘进技术
首先针对可能出现的地层松散、掌子面失稳等情况，盾构机在下穿段保持高液位掘进，高液位掘进的关键在于尽可能将仓内渣土改良成泥浆状，类似泥水盾构掘进时的仓内情况，使用泥浆代替空气达成平衡模式。其次下穿前全面检修盾构设备，避免下穿过程中出现异常停机。
掘进两大重点：其一保证仓内渣土改良效果，尽可能避免刀盘结泥饼；其二泡沫系统必须保持通畅，混合液管路通畅保证泡沫能顺利进入刀盘前方，气路通畅确保泡沫能向外扩散。
掘进过程中严控出土量，并尽可能加大供气量，加大泡沫原液比例及泡沫混合液流量（尤其是中心区域泡沫流量需要加大），避免状态恶化，保证仓内渣土改良效果，加强渣土流动性，刀盘切削下来的土体能顺利进入土仓，然后通过螺机排出。
而且针对当前强风化地层，采用泥岩型泡沫剂，强化渣土改良效果，仓内渣位依据实际情况调整，地层自稳性差的情况下渣位控制在较高位，掘进过程中依据压差与平衡阀通畅情况，共同判断仓内渣位。
最后，若发现参数异常，及时使用膨润土填仓，分析原因并采取相应措施。
3.3 既有线监测技术
下穿前聘请专业化人员对既有既有线隧道进行激光三维扫描，确定既有线隧道区间周线偏差，同时安排专人对穿越影响段既有线隧道隧道结构现状进行调查，详细记录结构缺陷并留影像资料。
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图3-2 既有线现状调查及三维激光扫描
地铁既有线隧道下穿段拟采用自动化监测仪器对隧道沉降情况进行监测，监测范围为在建隧道轮廓线以外30m，监测点布置间距为5m每个断面，每个断面设置5个测点，下穿过程中实时监控，出现异常情况，及时反馈并采取相关措施。
图3-3 断面监测点布置图
3.4 克泥效辅助工法
掘进过程中通过盾构机顶部径向孔注入衡盾泥，填充空隙，有效减缓拱顶沉降。克泥效是由钠基黏土矿物、纤维素衍生剂、胶体稳定剂和分散剂构成。
克泥效工法是将高浓度的泥水材料（克泥效水溶液，常用浓度为350~500kg/m³）与塑强调整剂（水玻璃波美比：Be40、比重：1.38-1.39）两种液体分别以配管压送到盾体径向孔处，形成高黏度塑性具有支撑力挡水性胶化体后，在盾构机掘进的过程中同步注入到盾体外，填充盾体与土体之间的间隙，达到有效控制盾构推进时所引起的沉降，保护既有线稳定。
图3-4 克泥效注入示意图
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图3-5 克泥效溶液及成品实况图
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图3-6克泥效注入设备图
四、结论
1、地质勘测是施工基础，在盾构掘进尤其是下穿建构筑物时首先要摸清地质情况，掌握第一手地质资料，才能采取相应措施，盾构施工前必须完善地质补勘工作，明确上软下硬段分界线。
2、盾构下穿过程中严格卡控出渣量，通过试掘进段分析确定各种地层的渣土松散系数，最终卡控的出渣量还要考虑添加剂的添加量，掘进过程中每10cm核算一次出渣量，如发现有异常情况，立即停机，及时采取膨润土填仓措施，并根据实际工况判断是否需要同步启动其他措施以确保安全。
3、盾构下穿过程中制定掘进参数卡控红线，如出现超出红线掘进参数，立即停机，现场分析原因并立即采取措施，尤其是出渣量、压差变化趋势（仓内液位变化）；其余刀盘扭矩、推力、掘进速度、渣温等主要参数的变化，需相互结合分析判断。
4、下穿建构筑物施工时，必须确保有效的安全保证措施、应急组织机构以及应急物资和设备，建立风险源段施工值班制度，施工过程中应透彻分析各种风险因素，尽量从盾构掘进方面考虑有效的安全保证措施，但应急物资和设备必须准备到位，如有异常情况发生，能立即采取有效措施制止或减小险情持续扩散。
5、风险源段施工，必须重视监控量测，尤其监控量测的准确性要经过多方监测单位复核，确保监测范围和监测点布设的准确和有效性，必须联系建构筑相关方进行核查确认。