地铁隧道下穿高铁桥盾构施工技术

地铁隧道下穿高铁桥盾构施工技术

黄永锋

广东华隧建设集团股份有限公司 广东广州 510000

摘要：城市地铁隧道因地下空间限制和周边环境复杂导致邻近施工问题普遍，极大的增加了盾构施工难度。构法是地铁隧道工程中常用的一种施工技术，具有速度快、质量好、安全系数高等优点。使用盾构法施工会因地形、地质、地貌等因素的不同造成不同的施工难度。新建隧道下穿既有隧道，必然会导致既有隧道周边地层及隧道本身的原有状态发生变化，轻则诱发结构裂损、渗漏水，重则导致结构整体失稳垮塌。由此，下穿隧道引发的各类问题受到国内外学者的关注。本文主要论述地铁隧道下穿高铁桥盾构施工技术，仅供参考。

关键词：地铁隧道；高铁桥；盾构施工技术

引言

城市地铁区间隧道一般要穿过城市主要干道，邻近区域内存在大量楼房与管道线路，因地下空间限制和周边环境复杂，极大的增加了盾构施工难度。城市地铁隧道发生施工事故往往带来严重的后果，对城市以及人民群众造成巨大危害，开展行之有效的施工风险管理，对潜在风险进行识别与评价，并制定风险控制施工方案，具有很强的现实意义。

1地铁隧道结构形式

地铁隧道通常为圆形，由内径5.5m的拼装式管片组成，分为独立的上、下行线。隧道外径为6.2m，主要由6块高精度混凝土管片拼装组成，其中管片厚度为0.35m，环宽1m，管片与管片间的环向连接通常依靠12个M30mm×400mm的螺栓完成，纵向则依靠16个M30mm×985mm的螺栓完成。管片间的接缝使用821BF遇水膨胀橡胶防水密封条，防止出现渗漏而影响工程质量。

2盾构施工重难点分析

2.1盾构穿越富水砂层

2.1.1潜水

潜水主要赋存于①层杂填土至③-4层粉细砂层中。潜水的补给来源主要为大气降水、管道渗漏和场外含水层的侧向补给，以蒸发、侧向径流为主要方式排泄。潜水稳定水位埋深1.3~3.8m(标高0.7~2.7m)，其对工程施工影响较大。

2.1.2承压水

承压水主要赋存于⑥层粉砂层中。隔水顶板为④-2粉质黏土与砂质粉土层，隔水效果一般，两水层之间有一定的水力联系。根据区域水文资料，承压水埋深为2～5m。主要对策措施为：（1）螺旋输送机下口设置闸门，在螺旋输送机检修时使用，出渣口设置双闸门，以防止“喷涌”产生风险；（2）组织技术人员及盾构机专家针对盾构过富水砂层地段进行分析，确定盾构过砂层掘进参数；（3）合理控制土仓压力及出土量，确保掌子面的稳定。

2.2盾构下穿建筑物

隧道区间位于城市繁华区域，周边重要建筑物及居民区密集，隧道盾构施工引起周围土体的扰动，可能会影响邻近构造物的安全，对社会影响极大。主要对策措施为：（1）盾构施工前，应确定建筑物的基本情况以及与区间隧道的相互关系，对重要建（构）筑物提出相应的保护措施，并布设监测点。监测必测项目包括地下管线沉降、衬砌环变形及接缝张开量和联络通道处地面及管道沉降等。（2）确定合理的注浆压力等诸如此类的施工参数，精确预测这类参数可以减少土体损失。控制管片衬砌壁后注浆注浆量和压力，及时有效且足量地填充衬砌壁后的间隙。（3）盾构推进过程中加强对邻近地层、桥桩、地下管线的变形监测，根据监控量测中变形量、变形速率等变化情况，及时调整盾构姿态及施工参数。（4）下穿风险较大的建筑物段隧道管片增设注浆孔，根据监测情况必要时进行二次注浆，并做好相关应急预案。

2.3盾构下穿地表水体

（1）做好施工准备，落实施工前摸排工作。（2）选用加泥式土压平衡盾构，选用质量好的盾尾油脂和土体改良剂，确保盾尾密封性和开挖面稳定性。（3）加强实时监测和信息化监测，及时调整盾构机姿态并控制轴线偏差，保证施工质量。（4）根据监测结果及时对设定的土仓压力等参数做出调整。在盾构进入过地表水体段时的参数设定将以地表水体段为主，避免土仓压力过高，导致隧道冒顶击穿河道；结合同地层推进的经验，过地表水体段推进过程中可采用膨润土改良措施。（5）二次注浆环箍止水。在盾构下穿地表水体段岸堤处设两处二次注浆环箍止水，阻断河道补给水与正常段区间隧道管片外的间隙联通。

3盾构隧道下穿高铁桥风险控制体系

结合风险分析相关理论及工程盾构隧道下穿高铁桥风险特征，从风险识别、风险评估、风险防控、风险监控4个方面建立盾构隧道下穿高铁桥风险控制体系。（1）风险识别。从盾构隧道、高铁桥及周边环境的整体系统角度，分析辨识下穿施工过程中可能遇到的潜在风险源、风险发生形式、风险发生原因及风险可能导致的后果，明确影响工程安全的关键风险，形成合理可靠的风险清单。（2）风险评估。根据既有高铁桥的运营现状、安全控制等级、周边环境重要性、新建地铁的设计要求等方面，运用风险分析方法对风险源与风险事件发生的概率及其后果做出定量或定性的评价，确定各风险因素的判别等级，拟定风险控制指标及控制标准，为风险等级划分及综合评价提供科学依据。（3）风险防控。对盾构下穿高铁桥施工过程中存在的潜在风险源进行防护与控制，制定安全合理的盾构掘进方案及掘进参数（如隧道开挖顺序、掘进速度等），进行主动支护防范（如隔离桩加固及地层注浆加固等），采用既有桥桩加固技术（如桩基换托、桥梁结构顶升等），也可对盾构施工进行动态过程控制，实现施工风险的分阶段精细化控制。（4）风险监控。制定合理的监测方案对下穿段施工进行全面实时测量，根据监测结果及时调整盾构掘进参数，若监测结果达到相应的预警、报警值时，自动进行报警响应，启动相应的防控措施与应急预案，确保穿越段施工安全。

4风险控制体系实施过程

4.1风险评估

风险评估的主要内容是判断风险的发生概率和后果严重性。目前，风险评估主要分为2种途径，一种是通过对足够的已知数据分析来确定风险因素的分布规律，从而预测其发生概率、权重及后果进行风险定级；另一种是在缺少足够数据的情况下，由决策者或行业专家对风险概率和后果严重性进行主观估计，通过整理分析确定风险等级。

4.2风险监控

盾构下穿高铁桥实时监测可为盾构安全施工提供有效的数据信息与判断依据。工程监测项目主要包括：桥墩水平和竖向位移、墩柱倾斜；轨道沉降变形；周边地表沉降；盾构管片结构竖向、水平位移及净空收敛；盾构管片结构应力等。在防护措施、盾构掘进施工过程及后期运营中对上述监测项目进行24h自动化监测。

结束语

总而言之，在对地铁隧道工程进行施工时，盾构施工的重难点问题主要为盾构穿越富水砂层，盾构下穿建筑物及盾构下穿地表水体，针对不同的问题提出了相应的对策措施。本文论述地铁隧道下穿高铁桥盾构施工技术，通过前期方案研讨、下穿过程中技术和管理体系完善等工作，盾构施工未对高铁造成任何不良影响，达到了预期目的，并未类似工程提供宝贵施工经验。

参考文献

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