CN102312673A

CN102312673A - 复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法

Info

Publication number: CN102312673A
Application number: CN2010102230688A
Authority: CN
Inventors: 郑坚; 陈静; 刘刚; 陆正
Original assignee: SHANGHAI FOUNDATION ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI FOUNDATION ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN102312673B

Abstract

本发明涉及一种复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，具体步骤是：1)穿越工况数学模型分析，2)设置施工参数，3)建立盾构穿越期间的实时监测以及隧道及周边环境的监测，4)盾构施工：施工参数控制，同步注浆，双液注浆。该方法能使盾构成功穿越已运营地铁隧道，确保地铁列车的运行安全。

Description

复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法

技术领域

本发明涉及一种地铁隧道施工方法，尤其是一种盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法。

背景技术

上海市轨道交通10号线6标、7号线8标、7号线25标这三个工程盾构需要近距离穿越已运营地铁隧道，其存在以下难点：

1、超近距离下穿已建且正在运营的地铁隧道

7.8标常熟路站～肇嘉浜站区间上、下行线隧道穿越运营中的地铁一号线区间隧道下方，两隧道间距离最小仅为1.5m。

7.25标白杨路站～沪南路站区间上、下行线隧道穿越运营中的地铁二号线区间隧道，两隧道间距离最小仅为1.24m。

10.6标南京东路站～豫园站区间上、下行线隧道穿越运营中的地铁二号线区间隧道，两条隧道间距小，最近距离仅1.86m。

2、盾构出洞后即近距离穿越已建地铁

7.8标区间上行线盾构出洞推进18m、下行线盾构出洞推进15m后均与地铁一号线呈98°相交，下穿。由于工作面压力没有通过前100m试推进确定，要保持开挖面稳定难度较大。

3、盾构近距离穿越已建地铁后进洞

10.6标盾构穿越2号线隧道后距离南京东路站进洞口最近仅约12.3m。由于盾构即将进洞，应力释放，无法保证同步注浆施工所需的围压，土体变形难以控制。在盾构进洞时若出现涌水、涌砂的情况，会引起地面沉降及土体流失，进而造成地铁2号线隧道出现差异沉降、移位等情况，对地铁2号线隧道造成不利影响，严重时甚至会危及地铁2号线的运行安全。

4、盾构曲线近距离穿越已建地铁隧道

7.25标白杨路站～沪南路站区间隧道在穿越区段的线形为，平曲线R＝499.908m，盾构曲线穿越施工，增加了对土体的扰动。

发明内容

本发明是要提供一种复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，该方法能使盾构成功穿越已运营地铁隧道，确保地铁列车的运行安全。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，具体步骤是：

1.穿越工况数学模型分析

设置模拟施工段，采用Ansys有限元软件进行计算，分工况模拟盾构穿越过程，试验验证穿越时各项施工参数；

2.设置施工参数

根据穿越工况数学模型分析结果设置盾构近距离穿越已运营地铁隧道各施工段的正面土压力、推进速度、出土量、同步注浆量、注浆压力、壁厚注浆量、注浆位置的施工参数；

3.建立盾构穿越期间的实时监测以及隧道及周边环境的监测

4.盾构施工

A.施工参数控制

控制根据设置的施工参数和盾构推进时的实时监测数据，控制：

(1)盾构推进速度

在穿越区施工过程中，盾构掘进速度控制在0.5～1.5cm/min，并保持推进速度稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越已已运营地铁隧道，减少对周边土体的扰动影响，

(2)出土量

出土量控制在理论值的95％左右，即V＝37.8×95％＝35.91m³/环，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减小土体的后期沉降量，

(3)盾构姿态

在穿越过程中，减少盾构纠偏量和纠偏次数；

(4)同步注浆

①注浆量

每环压入量控制在1.8m³～2.6m³之间；

②注浆压力

根据经验取为1.1～1.2倍的静止土压力；

③浆液配比

B.双液注浆

在盾构穿越后对隧道近距离穿越影响区段周围土体进行双液注浆加固。

双液注浆加固分四步进行：

1)隧道盾构施工后，在盾尾后5～8环处从隧道上部注浆孔进行同步跟踪注浆，再盾尾后10环以后从隧道下部注浆孔进行同步跟踪注浆。

2)在同步注浆施工过程中，在对已有隧道有影响的施工区段从隧道顶部90°范围内的预留注浆孔并打入预埋注浆管，预埋注浆管深度为2米，

3、在同步注浆施工结束后，对已有隧道有影响的施工区段范围内的惰性浆液进行置换注浆加固为双液注浆，注浆加固范围为管片外0.5米。

4)在隧道置换注浆施工结束后，对该区段隧道土体再次进行双液注浆加固

双液注浆加固具体步骤：

1)布置注浆孔

2)注浆前预留孔疏通

3)振插注浆管入注浆孔内至隧道管壁外侧

4)安装防喷装置，并将单向球阀接在注浆管上

5)注浆加固

盾构姿态在曲线推进过程中：

A、控制纠偏量

在盾构推进过程中，控制盾构环每次的纠偏量，确保管片环面始终处于曲线半径的径向竖直面内；

B、控制注浆量

在曲线段推进过程中，进行同步注浆时控制曲线段内侧的压浆量，以填补施工空隙，加固内侧土体，使盾构推进曲线严格拟合设计轴线；

C、采用仿形超挖刀

在曲线段推进过程中，使用仿形超挖刀，使内侧的出土量要大于外侧的出土量；

D、控制管片拼装精度：管片采取居中拼装，如果管片无法居中拼装，采用低压石棉橡胶板或软木楔子进行调整；

上述过程纠偏同步注浆时，在曲线外侧及时进行管片壁后注浆，注浆采用水泥和水玻璃组成的双液浆，使外侧浆液快速凝固，及时提供盾构纠偏所需的曲线外侧的纠偏反力，并防止因千斤顶的推力导致已拼装隧道向外侧位移。

本发明的有益效果是：

1.分层注浆结束前，将运营中的地铁一号线隧道控制接近+3mm左右，7号线隧道和一号线穿越段隧道已稳定，加固后的土体具有良好的均匀性和渗透性，达到设计要求。

实施效果和理论计算相比较，理论计算结果基本正确，在采用了上述施工措施及后期及时进行少量多频的二次注浆，能有效减小影响，控制沉降。

2.分层注浆结束前，将运营中的地铁二号线隧道控制接近+2～3mm左右。2008年8月15日注浆结束到2009年9月21日约13个月后，穿越段地铁二号线上行线最低点为-4.45mm，下行线最低点为-5.41mm。7号线隧道和二号线穿越段隧道已稳定，加固后的土体具有良好的均匀性和渗透性，达到设计要求。

3.分层注浆结束前，将运营中的地铁二号线隧道控制接近+2～3mm左右。2009年5月8日注浆结束到2009年11月21日约6个半月后，穿越段地铁二号线上行线最低点为-0.7mm，下行线最低点为-1.0mm。10号线隧道和二号线穿越段隧道已稳定，加固后的土体具有良好的均匀性和渗透性，达到设计要求。

附图说明

图1是双液注浆流程框图；

图2是监测系统构造原理框图；

图3是盾构曲线推进示意图；

图4是下行线地铁一号线区域加固示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

一.工程概况：

地铁一号线区间隧道被穿越段盾构机从常熟路站工作井出洞后不久，上、下行线隧道将由地铁一号线区间隧道下方穿越。该段已建隧道为地铁一号线衡山路～常熟路区间隧道，1992年开工于1993年竣工，由上海市基础工程公司施工，目前正在运营中。被穿越段地铁一号线隧道所处的土层主要为淤泥质粘土、灰色粘土层，隧道外径为φ6200mm，隧道中心最低标高-9.725m，最高标高约-9.295m。隧道上部覆土厚度9.99m～10.3m。上海轨道交通7号线工程8标段常熟路站～肇嘉浜站区间与地铁一号线衡山路～常熟路区间隧道上行线隧道交叠的投影长度约为20米，下行线隧道交叠的投影长度约为18米。

轨道交通7号线穿越区域隧道工程穿越地铁一号线区域范围及里程详见下表。

上表所述范围内区间隧道隧道最大纵坡为4‰，隧道中心最低标高-21.031m，最高标高约-17.441m。隧道上部覆土厚度17m～22m。

上行线：隧道交叠的投影长度约为20米，第16～32环；下行线：隧道交叠的投影长度约为18米，第15～30环。

1、工程重点：

本工程常熟路站～肇嘉浜站区间施工中，上、下行线隧道将穿越运营中的地铁一号线区间隧道下方，两隧道间距离最小仅为1.5m。上行线盾构出洞推进18m、下行线盾构出洞推进15m后均与地铁一号线呈98°相交，下穿。由于工作面压力没有通过前100m试推进确定，要保持开挖面稳定难度较大。

正在运营的地铁一号线是本市重要的交通命脉。因此，穿越地铁一号线隧道是本工程的重要施工控制点。

2、工程难点：

(1)盾构出洞推进15m后与隧道呈98°相交、下穿。由于工作面压力没有通过前100m试推进确定，要保持开挖面稳定难度较大，进而造成地铁1号线隧道出现差异沉降、移位等情况，对地铁1号线隧道造成不利影响，严重时甚至会危及地铁1号线的运行安全。

(2)两条隧道间距小，最近距离仅1.5m。

(3)地铁一号线隧道所处的土层主要为第④层淤泥质粘土、⑤_1-1灰色粘土层，本工程穿越位置隧道所处的土层主要为⑤_1-1灰色粘土层、⑤_1-2灰色粉质粘土层，属高压缩性土，受扰动后沉降大、稳定时间长。在穿越前未作任何加固处理。该处为两根隧道先后出进洞施工。上行线隧道出洞完成穿越施工后1个月下行线隧道将再次穿越进行进洞施工，下行线盾构掘进使土体再次扰动。

(4)地铁一号线为正在运营的隧道，必须确保地铁列车的运行安全。

a、正在运营地铁一号线保护等级：一级

b、线路安全正常运营要求：隧道内两轨道横向高差≤2mm

c、轨向偏差和高低差＜2mm/10m(即横向差异沉降＜1.4‰)

d、结构变形控制要求：隧道结构纵向沉降与隆起≤±5mm

e、隧道结构纵向水平位移≤±5mm

f、隧道收敛值＜20mm

g、监测值超过总变形量1/2时报警，并采取应急措施。

二.施工方案

1.穿越工况数学模型分析

在正式实施穿越施工前，对本工程进行数学模型分析，采用Ansys有限元软件进行计算，分工况模拟穿越过程。

使用ANSYS中的荷载工况数学运算(Load Case)命令来消除自重产生的初始位移。

2.施工准备

(1)盾构出洞

增强端头井内临时设置的钢构件后靠，根据初掘进时最大土压力值，设计及布置钢构件后靠。当盾构机进入洞圈后马上进行洞圈橡胶帘布的整理工作，固定铰链挡板。刀盘鼻尖距加固区20cm时，停止推进，通过盾构头部加水加泥管向土仓内压注膨润土浆。避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦力。盾尾钢刷中充满盾尾油脂。

初出洞时盾构迅速上靠，用刀盘切削加固土体，穿越加固区。并按工况条件在盾构正面加泥以改良正面土体，根据地层变形量等信息对平衡压力设定值、推进速度等施工参数作及时调整，并在预留洞门的下方设置钢垫块以确保盾构机的姿态稳定。当盾尾全部出洞后，固定好扇型板，启动盾尾注浆，填充盾尾后空腔，随后开始掘进，并进行同步注浆。

(2)管片预留注浆孔

为了有效控制盾构穿越前后的地面(1号线)沉降和位移，在穿越区及前后14环范围(上行线：9环～38环、下行线：7环～36环；上行线30环，下行线30环，共60环)管片上适当增加注浆孔数量，每环管片新增开10个注浆孔，除封顶块外每块管片增开2孔。

(3)分阶段控制区划分

根据盾构穿越1号线的工况特点，将盾构穿越前后36m距离划分为三个施工控制阶段，即控制段(I区)、穿越段(II区)和穿越后控制段(I区)，见施工控制区段划分图。

上行线：9环～15环为控制段，16环～32环为穿越段，33环～39环为穿越后段。

下行线：8环～14环为控制段，15环～30环为穿越段，31环～37环为穿越后段。

3.施工技术措施

(1)推进速度

土压平衡盾构压力舱内土压大小还与盾构推进速度以及出土量有关：若推进速度加快而出土率较小，则土压仓土压力会增大，其结果将导致造成地面隆起。反之推进速度放慢，出土量增加将令土压仓土压力下降，引起地面下沉。为此盾构推进过程中应做到：降低推进速度，严格控制盾构方向、姿态变化，减少纠偏，特别是杜绝大量值纠偏，保证盾构机的平稳穿越。

(2)盾构推进速度

在穿越区施工过程中，盾构掘进速度控制在0.5～1.5cm/min，尽量保持推进速度稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越一号线，以减少对周边土体的扰动影响，以免对其结构产生不利影响。

(3)出土量

出土量控制在理论值的95％左右，即V＝37.8×95％＝35.91m³/环，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减小土体的后期沉降量。

(4)盾构姿态控制

因盾构进行平面或高程纠偏的过程中，会增加对土体的扰动，因此在穿越过程中，

在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。推进时不急纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。以减少盾构施工对1号线和地面的影响。将1号线隧道结构沉降控制在±5mm范围内。

(5)设置土压力值

在盾构穿越地铁一号线过程中，设定土压力变化可以大致分为三个阶段：穿越前，随着与一号线之间的距离不断接近土压力值减小；穿越中，此时土压力基本保持在最低位；穿出阶段，盾构头部脱出后土压力逐步恢复至正常。

根据以上公式计算，穿越区域土压力设置如下。实际土压力设定值根据沉降数据值进行微调。

4.穿越各区控制要点

(1)控制段I区特点及控制措施

I区段的特点是盾构掘进断面处，灰色粘土层与灰色粉质粘土层交互层，土体强度不均匀。且覆土变化导致土压力的设定有较大变化。

此段施工时主要控制推进速度为0.5～1.5cm/min，并保持0.2556Mpa(下行线)和0.2567Mpa(上行线)压力。此段施工时重点控制注浆工序，根据监测反馈的情况实时调整注浆量和注浆压力，尽量避免因盾构穿越软硬不均段和覆土变化较大而引起地层的较大变化。

同时根据监测情况调整各项施工参数。

(2)穿越段II区特点及控制措施

穿越段II区的特点是盾构机进入1号线结构正下方。此段施工时控制推进速度在0.5cm/min以内，推进50cm左右，停顿20分钟，进行应力释放，然后再继续推进。并保持土压力由0.2559Mpa(下行线)和0.2565Mpa(上行线)左右。

(3)穿越后控制段I区特点及控制措施

控制段I区此段施工时主要控制推进速度为0.5～1.5cm/min，并保持0.2564Mpa

(下行线)和0.2559Mpa(上行线)左右压力。此段施工时重点控制注浆工序。

5。管片拼装

在盾构进行拼装的状态下，由于千斤顶的收缩，必然会引起盾构机的后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待2～3分钟之后，到周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶应尽可能的少，以满足管片拼装即可。拼装过程中，盾构司机应注意土压力的控制，必要时通过反转螺旋机维持盾构前方土体平衡。

6.同步注浆

①注浆量

每环压入量一般控制在“建筑空隙”的130％-180％，即2.15m³/环～2.97m³/环。而在本次穿越施工时，两隧道的距离太近，注浆量应根据1号线隧道情况即时调整，注浆量设定在1.8m³～2.2m³之间。

②注浆压力

为保证浆体较好地渗入周围土体中，注浆压力须大于隧道底处的土压力值。而且必须控制在较好的范围之内，保证只是填充而不是劈裂。根据经验可取为1.1～1.2倍的静止土压力。

③浆液配比

同步注浆采用惰性浆液，浆液选用以下配比，适当提高了浆液的稠度。实际掘进时在盾构机送浆泵正常运作情况下，尽可能提高含沙量，减小后期沉降。

黄沙(公斤)	粉煤灰(公斤)	膨润土(公斤)	水(公斤)
				32％	30％	11％	27％

注：该配方稠度7-9cm。

7.双液注浆

如图4所示，为保证盾构掘进后，地铁一号线1和轨道交通7号线2以后的长期稳定和安全运营，在穿越区域中除常规注浆外，还必须对一号线1隧道和七号线2隧道近距离穿越影响区段的土体进行必要的加固处理。为此，盾构穿越地铁一号线范围内的管片增设预埋注浆管，每环管片增设15个注浆孔。在盾构穿越后对该区段周围土体进行双液注浆加固。使加固后的土体3有良好的均匀性和较小的渗透系数。

(1)双液注浆加固拟分四步进行：

1)隧道盾构施工后，在保证注浆对盾构推进没有影响的前提下，对隧道进行双液同步跟踪注浆加固。具体实施为：在盾尾后5～8环处从隧道上部注浆孔进行同步跟踪注浆，再盾尾后10环以后从隧道下部注浆孔进行同步跟踪注浆。

2)在同步注浆施工过程中，在对地铁一号线有影响的施工区段从隧道顶部90°范围内的预留注浆孔打入适当数量的预埋注浆管，预埋注浆管深度暂定为2米，如孔位距地铁一号线隧道管片外壁距离不足2米时，预埋注浆管打入深度为距地铁一号线隧道管片外壁20cm左右。预埋注浆管打入后，根据监测数据和实际要求，随时准备进行跟踪注浆加固，以达到保护地铁一号线的目的，在变形较大时起到一定的纠偏作用。

3)在同步注浆施工结束后，对地铁一号线有影响的施工区段范围内的惰性浆液进行置换注浆加固(置换注浆加固为双液注浆)，注浆加固范围为管片外0.5米。

4)在隧道置换注浆施工结束后，对该区段隧道土体再次进行双液注浆加固。加固区段为上行线隧道SDK17+060～SDK17+022，下行线隧道XDK17+020～XDK17+056。施工范围为隧道顶部90°～180°范围内的预留注浆孔以上、地铁一号线中心线以下范围内的土体，加固壳的厚度为1.5米，加固后的土体应有良好的均匀性和较小的渗透系数，注浆加固后土体强度要求ps≥1.2Mpa。两条隧道推进结束后，根据实测资料，可对变形较大的部分，打开预留的注浆孔，进行再注浆，达到控制变形的目的。

8.双液同步注浆：

上行线32环，下行线30环，计62环；注浆采取跳环形式(即每两环施工一环)，共计施工31环，每个注浆环施工孔数及每孔注浆量根据监测数据及实际需求确定。双液同步注浆实施情况为：在盾尾后5～8环处从隧道上部注浆孔进行双液同步注浆，在盾尾后10环左右处从隧道下部注浆孔进行双液同步注浆，以减少盾尾脱出后土体的沉降。

9.预埋注浆管及跟踪注浆：

工程量根据实际情况确定。

10.置换注浆：(同步双液注浆施工的孔位，置换注浆不做)

1)上行线：38米，32环；注浆采取跳环形式(即每两环施工一环)，施工16环，每个注浆环施工5孔(预埋件1)，每孔注浆量400L，注浆孔深度为管壁外0.5米。合计注浆孔数80只，注入浆量32m³。

2)下行线：36米，30环；注浆采取跳环形式(即每两环施工一环)，施工15环，每个注浆环施工5孔(预埋件1)，每孔注浆量400L，注浆孔深度为管壁外0.5米。合计注浆孔数75只，注入浆量30m³。

置换注浆总计施工155只孔，总计注入浆量62m³。

11.双液加固注浆：

1)上行线：38米即SDK17+060～SDK17+022，32环。I区加固共约14环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.5米，即每环4只注浆孔(SDK17+060～SDK17+052，约7环，注浆孔号为9、10、11、12；SDK17+030～SDK17+022，约7环，注浆孔号为5、6、7、8)。II区加固共约18环，每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.5米，即每环8只注浆孔(SDK17+052～SDK17+030，约18环，注浆孔号为5、6、7、8、9、10、11、12)。每只孔注浆段长度1.5米，共计施工200只孔，计300延长米。双液注浆加固土方量为544.3m³，一环中每只孔加固土方量如下表。

影响区段每环加固理论土方量

2)下行线：36米即XDK17+020～XDK17+056，30环。I区加固共约14环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.8米，即每环4只注浆孔(XDK17+020～XDK17+028，约7环，注浆孔号为9、10、11、12；XDK17+048～XDK17+056，约7环，注浆孔号为5、6、7、8)。II区加固16环，每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.8米，即每环8只注浆孔(XDK17+028～XDK17+048，约16环)。每只孔注浆段长度1.8米，共计施工184只孔，计331.2延长米。双液注浆加固土方量为624.312m³，一环中每只孔加固土方量见下表。

影响区段每环加固理论土方量

双液注浆总计施工384只孔，加固总长度为631.2延长米，总计加固土体方量1168.612m³。

平均每延米施工数据如下：加固土体方量为1.851m³，注入浆量0.37m³，水泥用量185kg，粉煤灰用量124kg，陶土粉用量9.2kg，水玻璃用量56～93kg。

三.施工技术要点：

1、注浆孔布置

本次双液注浆孔布置在7号线隧道加固段范围内的拱底、标准、邻接块中预埋件1和预埋件4的压浆预留孔内(土体加固注浆仅利用上半部预留注浆孔)。注浆前先用冲击钻将预留孔疏通，然后将注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧设计深度处。随即将特制的防喷装置安装好，并将单向球阀接在注浆管上，以便注浆(置换注浆将1.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧0.5米处或疏通压浆预留孔后直接接入防喷装置及单向球阀进行置换注浆；双液注浆将2.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧1.5米处)。若出现有浆液或地下水渗漏的情况时，先将防喷装置安装在预留孔中，并接上单向球阀，直接将注浆无缝钢管打入设计深度，以达到防止地下水或浆液渗漏的目的。

2.施工流程(图1)

3.双液浆配比

为尽量减少注浆过程对地铁一号线及上部地下管线和周边环境的影响，根据施工经验，选用凝固较快且收缩率小的浆液配比，具体如下：(200升浆液配比)

另外再加入适量的促进剂，甲、乙两液配比由现场试验初凝时间为最快30秒至1分钟。施工过程中根据实际情况配比可作适当调整。

4.浆液形成、运输与注浆过程

同步注浆、跟踪注浆及置换注浆，注浆设备跟在盾构机后，材料用电瓶车运入隧道，根据需要，随时进行注浆；下行线盾构出洞至机架转换前，注浆设备和材料可暂时放在常熟路南端头井内。

穿越区域土体加固注浆施工可根据盾构推进实际情况，施工对象为下行穿越地铁一号线的轨道交通7号线隧道内上半部预留注浆孔向外进行，施工时选择需注浆加固段中部设置控制后台，材料、设备用电瓶车运入隧道，在隧道内进行拌浆、注浆作业。

注浆顺序：

为减少浆液渗漏，降低注浆压力，防止抬升过大，采取隔环跳孔施工形式，每环一次施工1～2只孔，每两个连续施工环间隔三环。加固注浆采用分层注浆，先外层后内层，注浆管每次回拔10-20CM，同时，根据自动水平监测仪实时监测情况调整注浆量和压力，每孔分层注浆可达2～4次，注浆全部结束后，拔除注浆管，封闭孔口。

5、注浆压力及流量控制：在第四，第五层土施工时，注浆压力控制在0.3Mpa以下，注浆流量控制在10～15L/min。

6、注浆量控制：

同步注浆根据监测数据，随时调整注浆量。

置换注浆注浆量为400L/孔，2000L/环；同时结合注浆压力进行控制。

跟踪注浆注浆量按实际要求而定。

双液注浆注浆量根据每环加固土体方量以及所要加固的土体进行调整，⑤层土要求加固体的ps值增加约一倍，根据施工经验，注入浆量为加固土体方量的20％(即水泥掺入量约5.5％)，同时结合注浆压力进行控制。

四、施工中遇到的问题和解决办法

1、漏浆

具体施工中可能由于注浆管插入预留注浆孔后，在注浆的同时可能会造成沿注浆管外侧返浆、冒浆及临近孔冒浆现象，现采用特制的防喷装置，进行防喷的堵漏，该防喷装置采用上下两层通过丝口连接，中间双层“O”型圈收紧注浆管，外接单向球阀。施工结束时，待双液浆初凝后将注浆管拔出，清洗孔口，用专用盖封闭，并将现场清洗干净。

2、顶壁邻接板预留孔距地面较高不利于施工的解决办法

针对离开隧道地部有一定距离的标准块、邻接块高空斜向成孔和注浆，采用现场搭建可移动工作平台解决施工困难。

五.信息化施工管理

盾构穿越期间，实时监测的数据应立即报告盾构总控制台，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域管路变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，使推进施工面及时作相应调整，最后通过监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保隧道施工质量。

上海辉固岩土工程技术有限公司受上海地铁运营有限公司监护分公司的委托，就上述安全监测任务组织实施。

六.地铁一号线隧道监测

7号线盾构隧道在穿越区域距离地铁1号线隧道区间较近，由于轨道交通的特殊性，受运营的限制，白天无法进行人工测量，为确保其安全，确定在该部位采用美国SLOPE INDICATOR公司的电水平尺及相应的CR10数据自动采集器组成的沉降自动监测系统，进行实时监控，以及时发现问题。

1.监测系统的组成(图2)

沉降自动监测系统由设在区间隧道道床上的电水平尺和随电水平尺就近安装在隧道侧壁上的CR10数据自动采集器，以及设在最近的站台上的主控计算机组成。

各支电水平尺的输出信号用电缆接到就近的数据采集器上，数据采集器用一根RS232接口的信号电缆与主控计算机相连。主控计算机设在就近的地铁2号线南京东路的站台上。这样可以满足在区间隧道内实行无人自动操作的要求。沉降自动监测系统一经设定可以自动工作，但亦可在任何时间由操作人员改成手动控制。

主控计算机内装有专门的控制软件，完成数据的传输、整理计算、存盘和实时显示监测图形等功能。

系统工作时数据的采集时间间隔是可以在主控计算机上控制和修改的。在实际中用5分钟的间隔，自动对所有电水平尺进行一次数据采集就可以满足要求。每采集一次数据，就立刻计算处理，并把采集的结果用图形或表格在屏幕上显示出来。

通过社会公共传输网络，主控计算机中的数据和图形可以传送到多个有关方的终端上，实时得到与主控机上一致的结果，以便根据地铁二号线隧道的位置变化随时调整施工进度和技术参数。

2.监测软件

为实现监测的自动化，我公司专门为电水平尺沉降自动监测系统编制了一个监测软件，该监测软件完成数据的传输、整理计算、存盘和实时显示监测图形的功能，操作人员还可以在控制软件的界面，实行对隧道内的数据采集器进行采集间隔等工作参数的设定或修改。监测软件还有报警功能，一旦采集到的数据达到或超过预先设定的“报警值”，计算机就会以色彩和音响发出报警信息；“报警值”的大小可以由具备一定操作权限的人员在控制软件的界面上设定或修改。

3.特点

1)高分辨率：电水平尺能检测到微小至1秒的倾角变化，相当于一根1米梁两端发生0.005mm的高差(位移)变化。

2)可靠的测量数据：当电水平尺的长度确定后，其倾角的变化量就可简单且精确的换算成梁端的(10-2)毫米级位移量，而与结构物本身的刚度无关。将多个电水平尺首尾相连，则能计算出绝对位移并推断出沉降断面。

3)安装简单：电水平尺因其外形设计简单，使得它在隧道内和其他很多地方都可以进行安装使用。尺的长度可因结构物不同改变。

4)简单且牢固：电水平尺内部的电解质倾角传感器无活动部件，其绝缘的外壳能保证热量分布均匀，以避免温度升高和辐射热量产生的影响。

5)遥控测读：一般情况下，电水平尺可连接到数据采集器上测读，能持续监测沉降变化；若检测到过大的沉降量则会发出报警信号。

安装时紧贴被测对象(道床)，不影响行车；又可以自动读数，因此特别适合在行车时封闭的地铁隧道或其它封闭路段中进行连续的沉降监测。

4.拟建隧道及周边环境监测

拟建隧道沿线地面沉降、建(构)筑物、地下管线应是本工程重点监测保护对象。需在盾构推进施工影响范围内的建筑物上布设沉降监测点，随时了解建筑物的不均匀沉降情况。从管线资料来看，区间隧道穿越路口时要经过各种地下管线，沿线分布有电力、雨水、污水等几大类管线，在盾构穿越地下管线时要对地下管线进行跟踪监测。

在隧道从常熟路盾构出洞后开始对盾构推进时的地面沉降情况进行重点监测，根据监测数据，不断调整施工参数，以便合理的施工参数下，在穿越一号线时让盾构推进对环境的影响降到较小的状态。一号线运营隧道

本段隧道在一号线上方穿过，两隧道交叉位置净距约1.5米。M7线盾构施工过程中，应对一号线隧道沉降、断面变形，道床沉降等进行监测，由于一号线的运行影响，必须采用自动监测仪器进行监测。

结合盾构推进施工中引起的地面沉降的机理，在盾构穿越一号线前和穿越一号期间拟开展如下监测内容：(1)地表沉降监测；(2)地表深层沉降监测；(3)地下管线沉降监测；(4)拟建隧道结构沉降监测。

实施例二：

一.工程概况

沪南路站～白杨路站区间隧道上、下行线隧道将穿越地铁二号线区间隧道下方，盾构从白杨路站西端头井出洞后255m与地铁二号线隧道呈40°斜交，两隧道间距离最小仅为1.24m，使得区间盾构推进施工造成极大困难。

1.本区间工程穿越地铁二号线区域盾构隧道工程范围及里程详见下表。

区间隧道平面最小曲线半径R＝349.851m，竖曲线最小半径R＝2000m，隧道最大纵坡为29.06‰，隧道中心最低标高-18.680m，最高标高约-6.920m。隧道上部覆土厚度11m～22m。

上行线：隧道交叠的投影长度约为44米(SK32+357～SK32+401)，第213-250环；

下行线：隧道交叠的投影长度约为40米(XK32+369～SK32+409)，第206-240环。

2.工程重点与难点：

本工程白杨路站～沪南路站区间隧道施工中，上、下行线隧道将在运营中的地铁二号线区间隧道下方穿越。盾构从白杨路站西端头井出洞后255m与地铁二号线隧道呈40°斜交，两隧道间距离最小仅为1.24m。因此，本工程盾构穿越地铁二号线隧道难度非常大，是本工程的重要施工控制点。

(1)穿越距离长，影响范围大。

上行线：隧道交叠的投影长度约为44米；

下行线：隧道交叠的投影长度约为40米；

加上前后影响区域，施工影响区域的范围大。

(2)两条隧道间距离小，最近距离仅1.24m。

(3)地铁二号线隧道所处的土层主要为④淤泥质粘土层，本工程隧道所处的土层主要为④淤泥质粘土层、⑤₁灰色粘土层。属高压缩性土，受扰动后沉降大、稳定时间长。在穿越前未作任何加固处理。

(4)盾构曲线穿越施工，增加了对土体的扰动。

本区间上行线隧道在穿越区段的线形为，平曲线R＝499.908m；下行线隧道在穿越区段的线形为，平曲线R＝499.868m。

(5)地铁二号线为正在运营的隧道，必须确保地铁列车的运行安全。

二.施工方案

1.穿越工况数学模型分析

应用分析软件ANSYS仿真计算七号线穿越运营中地铁二号线时的影响。

(1)计算中，假定如下：①假定地表面和各土层均呈匀质水平层状分布；②计算中不考虑衬砌管片分块之间的横向连接及各管片环之间的纵向连接对衬砌结构整体刚度的折减作用；③盾构每一推进步长为一环管片宽度1.2m(为缩短计算时间，计算中采用了15～20m/步长)；④不考虑盾壳本身与土体的挤压、剪切作用；⑤不考虑受施工扰动影响范围内的土体物理力学参数的改变。

为了提高计算效率，本模型取在单元的网格划分上做了适当简化，远离隧道的土体单元较大，两隧道相互交汇处单元划分较密，模型垂直高度设为40m，长×宽×高＝75m×164m×50m。分析时采用齐次边界条件，沿隧道纵向前后两个截面土体沿盾构推进方向位移被约束，左右截面土体垂直于盾构推进方向位移被约束，模型的上部边界取为自由面，下部边界取为固定边界。

(2)材料参数取值

计算中，土体、衬砌层、注浆层均为线弹性小应变模型。由于土层众多，计算中上覆表层土和下卧土层采用各土层力学参数的加权平均值，权重为各土层的厚度，采用Solid45单元模拟。根据上海地区对软土特性的经验，取土层的弹性模量E＝3.5Es，泊松比为0.3～0.4。

对于管片结构，选取C50钢筋混凝土参数，计算中，不考虑到管片接头影响以及通缝拼装方式对衬砌整体刚度的折减作用，钢筋混凝土衬砌采用壳单元Shell63模拟。

采用张云等提出的“等代层”概念来描述盾构施工过程中的盾尾空隙大小、注浆充填密实程度、隧道周围土体的扰动程度与范围。注浆层不考虑浆液的固结硬化过程，采用实体单元Solid45模拟。

(3)计算工况设计

整个7号线开挖模拟公分11个工况，上下行线开挖共分9个工况，下行线5个，上行线4个。

使用ANSYS中的荷载工况数学运算(Load Case)命令来消除自重产生的初始位

(4)仿真计算结论

1)加固对与减小7号线开挖对于2号线的影响具有相当大的作用。2号线最大位移模拟中显示为10mm左右，出现在2号线下侧。同时2号线受影响范围不只局限在穿越段的短距离内，应对保护范围加以扩大。

2)首次推进后会造成土体的扰动，扰动位移值最大达达到12mm。扰动区会向上行线一侧倾斜，会对上行线的推进造成不利影响。需要在上行线推进时加以注意。

3)二次注浆加固措施能有效保护二号线，结合早先4号线浦电路站穿越2号线的工程经验，后期及时进行少量多频的二次注浆，对于减小影响，控制变形能起到较大的作用。

建议在施工中严格控制土仓压力，降低推进速度，对于7号线及时进行少量多频的壁后注浆加固。

三.施工准备

1.模拟推进施工

在盾构出洞、初掘进阶段(100米)结束后，选择了一段土质情况、隧道线性情况与穿越段情况基本一致的区段进行模拟掘进。在模拟推进区域，对出土体进行分析是否与地质资料存在差异，同时逐步、适当的增加和减小土压力、增加和减少出土量，观察地面和深层土体的沉降情况，以此来调整盾构掘进参数，经过反复的试验，尽可能把土压力、出土量等盾构掘进参数调整到满足穿越二号线隧道区域施工的要求。

首先我们将土压力设定为0.25MPa，速度控制为20mm/min，注浆量设为2.5m³/环，深层沉降数据显示深层土体沉降了10mm。之后我们又调整掘进速度至10mm/min，深层土体沉降了8mm。然后适当加大注浆量至2.7m³/环，深层土体沉降了4mm。当盾构掘进速度降至5mm/min，深层土体沉降3mm。经过对施工参数的反复调整比对，最后我们认为将土压力定为0.25MPa，穿越中速度控制为5mm/min，同步注浆量设为2.6m³/环，可以较好得控制地面及深层土体沉降

2.人员准备

成立穿越地铁二号线领导小组和工作小组，加强对穿越工作的领导。对具体施工操作人员进行充实，增加富有施工经验的、责任心强的优秀施工人员。在穿越施工前对全体施工人员进行全面详细的技术交底，切实落实各项技术措施。在穿越施工时，24小时有人值班，随时监测地铁二号线的沉降情况，并将情况及时向领导小组汇报。

3.设备物资准备

制定详细的物资供应计划，公司物资部门确保施工物资材料的及时供应。

在穿越前对盾构机及各辅助设备进行一次全面彻底检修，排除盾构机上存在的各种故障及隐患。在盾构穿越期间，与上海地铁盾构设备工程有限公司建立24小时有效的联系及供应渠道，保证在盾构出现故障时能及时更换零配件。

4.详细交底

对于制订的技术方案和施工措施进行详细的交底，各岗位操作人员做到要求清楚、职责明确。

四.施工控制

1.合理设置土压力值，减少对土体扰动。

在盾构穿越地铁二号线过程中，设定土压力变化可以大致分为三个阶段：穿越前，随着与二号线之间的距离不断接近土压力值减小；穿越中，此时土压力基本保持在最低位；穿出阶段，盾构头部脱出后土压力逐步恢复至正常。

根据以上公式计算，及依托明珠线2期张杨路-浦电路区间隧道工程的上海地铁建设有限公司科研项目的研究成果，穿越区域土压力设置如下。

实际土压力设定值根据沉降数据值进行微调。

区域号与环号对应表

2.降低推进速度，严格控制盾构方向

土压平衡盾构压力舱内土压大小还与盾构推进速度以及出土量有关：若推进速度加快而出土率较小，则土压仓土压力会增大，其结果将导致造成地面隆起。反之推进速度放慢，出土率增加将令土压仓土压力下降，引起地面下沉。为此盾构推进过程中做到：降低推进速度，严格控制盾构方向、姿态变化，减少纠偏，特别是杜绝大量值纠偏，保证盾构机的平稳穿越。

(1)盾构推进速度

盾构推进速度与土仓正面土压力、千斤顶推力、土体性质等因素有关。一般应综合考虑。实际施工中可根据盾构施工的实际情况选一较稳定的值。

盾构机距离地铁二号线隧道10～20米时开始降低推进速度，掘进过程中速度控制在5mm/min左右，不能超过10mm/min。确保盾构比较匀速地穿越加固区，同时保证刀盘对加固土体进行充分切削。掘进速度可通过盾构机的液压系统增设节流阀，控制千斤顶进油量，进而使速度稳定在低速，同时增设冷却系统防止油温过高。

穿越区域速度设定值如下。

(2)出土量

出土量控制在理论值的95％左右，即V＝37.8×95％＝35.91m³/环，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减小土体的后期沉降量。实际掘进时根据模拟推进的参数进行调整。

(3)曲线推进过程中盾构姿态的控制

如图3所示，盾构在曲线段施工时，盾构姿态随着盾构掘进不断发生变化，盾构切口部位不断超挖土体，造成地层损失，从而引起地表沉陷。

盾构在曲线段推进过程中，由于盾构姿态不断改变而导致的地层损失不可避免，只能尽可能的降低。由于盾构本身是一个长8米左右的直线体，所以盾构在曲线段推进时，相当于在曲线内不断的画直线，就如同上图中所示的在圆中画内接多边行形。依据几何学原理，在边数相同的情况下，正多边形面积最大，也就是说盾构在曲线段掘进时，如果能均匀则其土层损失最小。

同样，依据正多边形边数越多其面积越大，就是说盾构在曲线段掘进时，应当分成一小段一小段的掘进，划分的段数越多，土层损失越小。

A、纠偏量控制

在盾构推进过程中，加强对轴线的控制，盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，因此推进的关键是确保对盾构头部的控制，由于曲线推进盾构环环都在纠偏，因此必须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保管片环面始终处于曲线半径的径向竖直面内。

B、注浆量控制

由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失及纠偏次数，加大了对土体的扰动。在曲线段推进时应严格控制同步注浆量。施工时，曲线段内侧的出土量大，因此在曲线段推进过程中在进行同步注浆的过程中必须加强对曲线段内侧的压浆量，以填补施工空隙，加固内侧土体，使盾构推进曲线严格拟合设计轴线。每环推进根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量。注浆过程中，必须严格控制浆液质量及注浆量和注浆压力，注浆未达到要求时盾构应暂停推进。

C、仿形超挖刀应用

在曲线段推进过程中，为确保盾构沿设计轴线推进，必要时使用仿形超挖刀，使内侧的出土量要大于外侧的出土量。此时同步注浆量要及时跟上。

D、严格控制管片拼装精度：施工中严格按操作程序进行。管片严格采取居中拼装，如果管片无法居中拼装，采用低压石棉橡胶板或软木楔子进行调整，从而使管片处于较理想状态，确保管片拼装质量及推进轴线控制在规范要求范围之内。

E、加密盾构姿态监测频率，及时采取纠偏措施，遵循“勤测勤纠，小角度纠偏”的原则，出现偏离及时调整。

F、根据实际纠偏情况采取必要的辅助措施，必要时可在曲线外侧及时进行管片壁后注浆，注浆可采用水泥和水玻璃组成的双液浆，使外侧浆液快速凝固，及时提供盾构纠偏所需的曲线外侧的纠偏反力，并防止因千斤顶的推力导致已拼装隧道向外侧位移。

3.加强注浆措施，控制周围环境沉降。

盾构出洞前，请专业技术人员用专业设备进行盾尾油脂填充。盾构施工过程中，采用同步注浆工艺，确保浆液填充盾尾管片与土体间的建筑空隙，注浆量的控制应根据模拟推进的监测数据确定，动态控制。为防止漏浆，盾构穿越前10～20米开始在每环管片背部用胶水粘贴海绵，防止前期漏浆造成盾尾刷损坏而漏浆。

(1)同步注浆

①注浆量

每环压入量一般控制在“建筑空隙”的130％～180％，即2.15m³/环～2.97m³/环。而在本次穿越施工时，两隧道的距离太近，注浆量应根据2#线隧道情况即时调整，注浆量设定在2.6m³之间。

②注浆压力

③浆液配比

注：该配方稠度7-9cm。

(2)支承环上方注浆

出洞前，在盾构机支承环上方开孔设置注浆管路并设置单向阀，必要时使用该管路注浆，以控制盾构上方的沉降。采用惰性浆液，注浆量主要是根据沉降情况确定。

(3)双液注浆

为保证盾构掘进后，地铁二号线和轨道交通7号线以后的长期稳定和安全运营，在穿越区域中除常规注浆外，还必须对两隧道近距离穿越影响区段的土体进行必要的加固处理。为此，盾构穿越地铁二号线范围内的管片增设预埋注浆管，每环管片增设15个注浆孔。在盾构穿越后对该区段周围土体进行双液注浆加固。使加固后的土体有良好的均匀性和较小的渗透系数。

(A)双液注浆加固拟分四步进行：

2)在同步注浆施工过程中，在对地铁二号线有影响的施工区段从隧道顶部90°范围内的预留注浆孔打入适当数量的预埋注浆管，预埋注浆管深度暂定为2米，如孔位距地铁二号线隧道管片外壁距离不足2米时，预埋注浆管打入深度为距地铁二号线隧道管片外壁20cm左右。预埋注浆管打入后，根据监测数据和实际要求，随时准备进行跟踪注浆加固，以达到保护地铁二号线的目的，在变形较大时起到一定的纠偏作用。

3)在同步注浆施工结束后，对地铁二号线有影响的施工区段范围内的惰性浆液进行置换注浆加固(置换注浆加固为双液注浆)，注浆加固范围为管片外0.5米。

4)在隧道置换注浆施工结束后，对该区段隧道土体再次进行双液注浆加固。加固区段为上行线隧道SDK32+421～SDK32+337，下行线隧道XDK32+429～XDK32+349。施工范围为隧道顶部90°～180°范围内的预留注浆孔以上、地铁二号线中心线以下范围内的土体，加固壳的厚度为1.5米，加固后的土体应有良好的均匀性和较小的渗透系数，注浆加固后土体强度要求ps≥1.2Mpa。两条隧道推进结束后，根据实测资料，可对变形较大的部分，打开预留的注浆孔，进行再注浆，达到控制变形的目的。

在盾构穿越地铁二号线前，在进入影响范围前50～100米布设两排深层沉降监测点，模拟盾构穿越地铁二号线时现有隧道沉降情况，用以指导盾构穿越地铁二号线时的施工参数。

模拟推进的目的是监测所拟定的盾构推进所有主动技术保护措施的实际效果以及盾构推进过后惰性浆液同步注浆、双液同步注浆、置换注浆，以及土体加固注浆和跟踪注浆效果，用以指导正式穿越施工。主要检测指标是地面沉降量、盾构上方1.3米处土层垂直位移量。

模拟推进的长度为20米，前影响区20米，后影响区10米，共计50米。

根据模拟实验效果，确定有关施工技术参数，在隧道管片完全脱出盾尾及其后面附属设备的这一时间段内，可以通过同步补充注浆，将地铁二号线的沉降控制在3～4mm以内，为后续置换注浆、土体加固注浆及跟踪注浆创造有利的时间和空间效应。在后续注浆施工时，再将地铁二号线逐步恢复到原位。

(B)双液注浆工程量

1)同步注浆

注浆区域上行线70环，下行线67环，计137环。注浆采取跳环形式(即每两环施工一环)，共计施工73环，每个注浆环施工孔数及每孔注浆量根据监测数据及实际需求确定。双液同步注浆实施情况为：在盾尾后3～4环处从隧道上部注浆孔进行双液同步注浆，在盾尾后10环左右处从隧道下部注浆孔进行双液同步注浆，以减少盾尾脱出后土体的沉降。

2)预埋注浆管注浆

工程量根据实际情况确定。

3)置换注浆(同步双液注浆施工的孔位，置换注浆不做)

上行线：84米，70环；注浆采取跳环形式(即每两环施工一环)，施工35环，每个注浆环施工5孔(预埋件1)，每孔注浆量400L，注浆孔深度为管壁外0.5米。合计注浆孔数175只，注入浆量70m³。

下行线：80米，67环；注浆采取跳环形式(即每两环施工一环)，施工34环，每个注浆环施工5孔(预埋件1)，每孔注浆量400L，注浆孔深度为管壁外0.5米。合计注浆孔数170只，注入浆量68m³。

置换注浆总计施工345只孔，总计注入浆量138m³。

4)双液加固注浆

上行线：84米即SDK32+421～SDK32+337，70环。I区加固共约33环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.5米，即每环4只注浆孔(SDK32+421～SDK32+401，约17环，注浆孔号为5、6、7、8；SDK32+357～SDK32+337，约16环，注浆孔号为9、10、11、12)。II区加固共约28环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.5米，即每环4只注浆孔(SDK32+401～SDK32+383，约15环，SDK32+372～SDK32+357，约13环，注浆孔号为7、8、9、10)。III区加固约9环，每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.5米，即每环8只注浆孔(SDK32+383～SDK32+372，约9环，注浆孔号为5、6、7、8、9、10、11、12)。每只孔注浆段长度1.5米，共计施工316只孔，计474延长米。双液注浆加固土方量为890.464m³，一环中每只孔加固土方量如下表。

影响区段每环加固理论土方量

下行线：80米即XDK32+429～XDK32+349，67环。I区加固共约33环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.5米，即每环4只注浆孔(XDK32+429～XDK32+409，约17环，注浆孔号为5、6、7、8；XDK32+369～XDK32+349，约16环，注浆孔号为9、10、11、12)。II区加固共约25环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.5米，即每环4只注浆孔(XDK32+409～XDK32+393，约13环，XDK32+383～XDK32+369，约12环，注浆孔号为7、8、9、10)。III区加固约9环，每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.5米，即每环8只注浆孔(XDK32+393～XDK32+383，约9环，注浆孔号为5、6、7、8、9、10、11、12)。每只孔注浆段长度1.5米，共计施工304只孔，计456延长米。双液注浆加固土方量为854.546m³，一环中每只孔加固土方量见上表。

双液注浆总计施工620只孔，加固总长度为930延长米，总计加固土体方量1745.01m³。

平均每延米施工数据如下：加固土体方量为1.876m³，注入浆量0.375m³，水泥用量187kg，粉煤灰用量125kg，陶土粉用量9.2kg，水玻璃用量56～94kg。

实际注浆量：上行线(197环～270环)2007年10月22日～2008年5月31日跟踪注浆、置换注浆和分层注浆共204.60m³水泥浆量；2007年12月25日～2008年8月15日对下行线穿越段(1145环～1214环)及时进行同步补浆、跟踪注浆、置换注浆和土体分层双液注浆加固，共注入242.35m³水泥浆量。

五.施工技术要点

1、注浆孔布置

本次双液注浆孔布置在7号线隧道加固段范围内的拱底、标准、邻接块中预埋件1和预埋件4的压浆预留孔内(土体加固注浆仅利用上半部8只预留注浆孔)，隧道每环间距1.2米，每环中预留孔为15只，具体的布置见附图。主浆前先用冲击钻将预留孔疏通，然后将注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧设计深度处。随即将特制的防喷装置安装好，并将单向球阀接在注浆管上，以便注浆(置换注浆将1.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧0.5米处或疏通压浆预留孔后直接接入防喷装置及单向球阀进行置换注浆；双液注浆将2.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧1.5米处)。若出现有浆液或地下水渗漏的情况时，先将防喷装置安装在预留孔中，并接上单向球阀，直接将注浆无缝钢管打入设计深度，以达到防止地下水或浆液渗漏的目的。

2、施工流程

3、双液浆配比

为尽量减少注浆过程对地铁二号线及上部地下管线和周边环境的影响，根据我公司施工经验，选用凝固较快且收缩率小的浆液配比，具体如下：(200升浆液配比)

4、浆液形成、运输与注浆顺序

同步注浆、跟踪注浆及置换注浆，注浆设备跟在盾构机后，材料用电瓶车运入隧道，根据需要，随时进行注浆。

穿越区域土体加固注浆施工可根据盾构推进实际情况，施工对象为下行穿越地铁二号线的轨道交通7号线隧道内上半部预留注浆孔向外进行，施工时选择需注浆加固段中部设置控制后台，材料、设备用电瓶车运入隧道，在隧道内进行拌浆、注浆作业。

注浆顺序：为减少浆液渗漏，降低注浆压力，防止抬升过大，采取隔环跳孔施工形式，每环一次施工1～2只孔，每两个连续施工环间隔三环(见附图)。加固注浆采用分层注浆，先外层后内层，注浆管每次回拔10-20CM，同时，根据自动水平监测仪实时监测情况调整注浆量和压力，每孔分层注浆可达2～4次，注浆全部结束后，拔除注浆管，封闭孔口。

5、注浆压力及流量控制

在④、⑤层土施工时，注浆压力控制在0.3Mpa以下，注浆流量控制在10～15L/min。

6、注浆量控制

同步注浆根据监测数据，随时调整注浆量。跟踪注浆注浆量按实际要求而定。

双液注浆注浆量根据每环加固土体方量以及所要加固的土体进行调整，④、⑤层土要求加固体的ps值增加约一倍，根据施工经验，注入浆量为加固土体方量的20％(即水泥掺入量约5.5％)，同时结合注浆压力进行控制。

六.施工中遇到的问题和解决办法

1、漏浆

具体施工中可能由于注浆管插入预留注浆孔后，在注浆的同时可能会造成沿注浆管外侧返浆、冒浆及临近孔冒浆现象，现采用我公司特制的防喷装置，进行防喷的堵漏，该防喷装置采用上下两层通过丝口连接，中间双层“O”型圈收紧注浆管，外接单向球阀。施工结束时，待双液浆初凝后将注浆管拔出，清洗孔口，用专用盖封闭，并将现场清洗干净。

2、顶壁邻接板预留孔距地面较高不利于施工的解决办法

七.加强施工监测，优化施工参数。

1.地铁二号线隧道监测

为保证地铁二号线安全运营，盾构穿越期间，在地铁二号线隧道穿越影响区段内布设自动化监测系统，将监测数据及时传输到监控室，对地铁二号线进行实时、精确监测。

采用美国SLOPE INDICATOR公司的电水平尺及相应的CR10数据采集器，在穿越范围中心部分用电水平尺横向布置在轨道的道床上，监测线路的横向位置(高差)变化。电水平尺的布设不会影响地铁列车的安全运营，其监测数据用电缆送到监测计算机中，实时得到线路纵向和横向位置变化数据和图形，调整注浆参数。详见监测方案。

2.拟建隧道及周边环境监测

在隧道盾构推进到达二号线隧道前150m左右，开始对盾构推进时的地面沉降情况进行重点监测，根据监测数据，不断调整施工参数，取得合理的施工参数以便在穿越二号线时让盾构推进对环境的影响降到较小的状态。

结合盾构推进施工中引起的地面沉降的机理，在盾构穿越二号线前和穿越二号期间拟开展如下监测内容：(1)地表沉降监测；(2)地表深层沉降监测；(3)地下管线沉降监测；(4)拟建隧道结构沉降监测。

实施例三：

三.工程概况

地铁2号线区间隧道被穿越段，盾构机从豫园站北端头井出洞后，上、下行线隧道将先后穿越地铁二号线区间隧道下方，该段为地铁二号线南京东路站～陆家嘴站区间隧道，目前正在运营中。被穿越段地铁2号线隧道所处的土层主要为灰色淤泥质粘土层，隧道外径为φ6200mm，隧道结构底标高-12.856m，，隧道上部覆土厚度约9.3m。上海轨道交通10号线工程6标段豫园站～南京东站区间与地铁2号线隧道上行线隧道交叠的投影长度约22.8米(SK19+508.800～SK19+531.600)，下行线隧道交叠的投影长度约为23.6米(XK19+507.200～XK19+531.300)。穿越处拟建隧道与地铁2号线隧道呈89°斜交，两隧道间距离最小仅为1.86m，而且在穿过地铁2号线后马上进洞等特点都将给区间盾构推进施工造成极大困难。

南京东路站～豫园站区间穿越区域隧道工程穿越地铁2号线区域范围及里程详见下表。

上表所述范围内区间隧道隧道最大纵坡为2‰，隧道中心最低标高为-18.185m，最高标高约-17.783m。隧道上部覆土厚度16.5m～17m。

工程重点与难点：

1.盾构穿越2号线隧道后距离南京东路站进洞口最近仅约12.3m。由于盾构即将进洞，应力释放，无法保证同步注浆施工所需的围压，土体变形难以控制。在盾构进洞时若出现涌水、涌砂的情况，会引起地面沉降及土体流失，进而造成地铁2号线隧道出现差异沉降、移位等情况，对地铁2号线隧道造成不利影响，严重时甚至会危及地铁2号线的运行安全。

2.两条隧道间距小，最近距离仅1.86m。

3.地铁2号线隧道所处的土层主要为第④层淤泥质粘土层，本工程穿越位置隧道所处的土层主要为⑤₁灰色粘土层、⑤₃灰色粉质粘土层，属高压缩性土，受扰动后沉降大、稳定时间长。在穿越前未作任何加固处理。该处为两根隧道先后进洞施工。上行线隧道穿越完成进洞施工后1.5个月下行线隧道将再次穿越进行进洞施工，下行线盾构掘进使土体再次扰动。

4.地铁2号线为正在运营的隧道，必须确保地铁列车的运行安全。

二.施工方案

1。穿越地铁2号线工况数学模型分析

采用通用有限元软件abaqus做整体计算。

计算区域应包括两条隧道的相交段，土体的计算范围取为40m×60m×60m，为提高计算精度，均采用六面体单元进行分析。

2.施工准备

(1)盾构进洞口地基加固

本工程由于隧道进洞时距离地铁2号线运行隧道很近，为防止在隧道进洞时地下水渗透、地层变形或流失造成较大地面沉降，危及地铁2号线的安全，本工程特别在地铁2号线隧道与车站间设搅拌桩隔断墙，隔断墙深度32m，加固后土体28天强度≥1.2MPa且在地下墙成槽前已经加固完毕。进洞口加固采用搅拌桩加固，加固体厚度为3m，加固方法为φ850600三轴深层搅拌桩，加固土体无侧限抗压强度0.5～0.8MPa，渗透系数不大于1×10-8cm/s，桩深约25.5m，加固区长约27m。进洞加固区与地墙间的空隙采用一排三重管高压旋喷桩加固处理，旋喷桩加固应在端头井施工完毕，盾构进洞前方可加固。

(2)盾构进洞

盾构在南京东路站南端头井进洞时，分二次进洞，即在盾构刀盘穿过后，洞圈焊接钢板使盾构外壳和洞圈内圈紧贴，以防止土体从洞圈与盾构外壳之间的间隙中流失。

同时，利用洞圈内预留的注浆孔向洞圈内注浆，浆液采用水泥与水玻璃组成的双液浆，快速加固洞圈外土体并阻隔地下水通道，防止水土流失造成过大沉降。对洞圈外侧5环管片范围进行壁后注浆，注浆浆液采用双液浆，隔断盾构外壳与管片外弧面之间孔隙形成的地下水通道。

待双液浆硬化后，盾构完全穿过洞圈进入接收井，立即用弧形钢板永久性封堵管片外弧面与洞圈内弧面之间的空隙。再次进行壁后注浆填实孔隙。

(3)管片预留注浆孔

为了有效控制盾构穿越前后的地面(2号线)沉降和位移，在穿越区及前后14环范围(上行线：823环～871环、下行线：831环～868环；上行线49环，下行线38环，共87环)管片上适当增加注浆孔数量，每环管片新增开10个注浆孔，除封顶块外每块管片增开2孔。

(4)分阶段控制区划分

根据盾构穿越2号线的工况特点，将盾构穿越前后36m距离划分为三个施工控制阶段，即控制段(I区)、穿越段(II区)和穿越后控制段(I区)。

下行线：828环～837环为控制段，838环～857环为穿越段区，858环～868环为穿越后控制区。

上行线：832环～841环为控制段，842环～861环为穿越段区，862环～871环为穿越后控制区。

以上环号是根据设计施工图计算得出，施工时在进入试验段和穿越段前进行测量复核，确定穿越区的实际环号并进行相关控制。

根据以往施工经验，在盾构推进过程中，切口到达前地面先有少量隆起，随着盾构穿越开始下沉并在后期沉降变化量较大，盾构尾部土体后期变形大，此区域为盾构穿越2号线重点控制区段。

三.施工技术措施

1。推进速度

土压平衡盾构压力舱内土压大小与盾构推进速度以及出土量有关：若推进速度加快而出土率较小，则土压仓土压力会增大，其结果将导致造成地面隆起。反之推进速度放慢，出土量增加将令土压仓土压力下降，引起地面下沉。为此盾构推进过程中应做到：降低推进速度，严格控制盾构方向、姿态变化，减少纠偏，特别是杜绝大量值纠偏，保证盾构机的平稳穿越。

(1)盾构推进速度

控制合理的推进速度，使盾构匀速慢速施工，减少盾构对土体的挠动，达到控制地面变形的目的。在穿越区施工过程中，盾构掘进速度控制在0.5～1.5cm/min，尽量保持推进速度稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越2号线，以减少对周边土体的扰动影响，以免对其结构产生不利影响。

(2)出土量

出土量是与土层损失紧密联系在一起的，它与一环长度内盾构的体积直接相关。假定基准出土率时地层损失为0，则实际出土率变化时将引起附加的地层损失。

2.盾构姿态控制

在穿越区间，上行线盾构按+2‰坡度、平面为缓和曲线段向前推进，下行线以+2‰坡度、平面为缓和曲线向前推进。因盾构进行平面或高程纠偏的过程中，会增加对土体的扰动，因此在穿越过程中，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。推进时不急纠、不猛纠。

3.设置土压力值

在盾构穿越地铁2号线过程中，设定土压力变化可以大致分为三个阶段：穿越前，随着与一号线之间的距离不断接近土压力值减小；穿越中，此时土压力基本保持在最低位；穿出阶段，盾构头部脱出后土压力逐步恢复至正常。

经计算穿越区域土压力设置如下。实际土压力设定值根据沉降数据值进行微调。

4.穿越各区控制要点

施工时主要控制推进速度为0.5～1.5cm/min，此段施工时重点控制注浆工序，根据监测反馈的情况实时调整注浆量和注浆压力，尽量避免因盾构穿越软硬不均段和覆土变化较大而引起地层的较大变化。

5.同步注浆

①注浆量

而在本次穿越施工时，两隧道的距离太近，注浆量应根据地铁2号线隧道情况即时调整，注浆量设定在1.8m³～2.2m³之间。

②注浆压力

③浆液配比

注：该配方稠度7-9cm。

6.双液注浆

为保证盾构掘进后，地铁2号线和轨道交通10号线以后的长期稳定和安全运营，在穿越区域中除常规注浆外，还必须对两隧道近距离穿越影响区段的土体进行必要的加固处理。为此，盾构穿越地铁2号线范围内的管片增设预埋注浆管，每环管片增设10个注浆孔。在盾构穿越后对该区段周围土体进行双液注浆加固。使加固后的土体有良好的均匀性和较小的渗透系数，加固体的qu≥0.5MPa。

(1)双液注浆加固拟分三步进行：

1)隧道盾构施工后，在保证注浆对盾构推进没有影响的前提下，对隧道进行双液同步跟踪注浆加固。具体实施为：在盾尾后5～8环处从隧道上部注浆孔进行同步跟踪注浆，在盾尾后10环以后从隧道下部注浆孔进行同步跟踪注浆。

2)在同步注浆施工过程中，在对地铁2号线有影响的施工区段从隧道顶部180°范围内的预留注浆孔打入适当数量的预埋注浆管，预埋注浆管深度暂定为2米，如孔位距地铁2号线隧道管片外壁距离不足2米时，预埋注浆管打入深度为距地铁2号线隧道管片外壁20cm左右。

3)为达到保护地铁2号线的目的，预埋注浆管打入后，根据监测数据和实际要求，对该区段隧道土体进行双液注浆加固。加固区段为上行线隧道SK19+490～SK19+548.423，下行线隧道XK19+488～XK19+548.423。施工范围为隧道顶部180°范围内的预留注浆孔以上、地铁2号线中心线以下范围内的土体，加固壳的厚度为1.5米，加固后的土体应有良好的均匀性和较小的渗透系数，注浆加固后土体强度要求Ps≥0.5Mpa。两条隧道推进结束后，根据实测资料，可对变形较大的部分，打开预留的注浆孔，进行再注浆，达到控制变形的目的。

在盾构穿越地铁2号线前，在进入影响范围前50～100米布设两排深层沉降监测点，模拟盾构穿越地铁2号线时现有隧道沉降情况，用以指导盾构穿越地铁2号线时的施工参数。

(2)壁后双液补浆：

上行线48环，下行线50环，计98环；注浆采取跳环形式(即每两环施工一环)，共计施工49环，每个注浆环施工孔数及每孔注浆量根据监测数据及实际需求确定。双液同步注浆实施情况为：在盾尾后5～8环处从隧道上部注浆孔进行双液同步注浆，在盾尾后10环左右处从隧道下部注浆孔进行双液同步注浆，以减少盾尾脱出后土体的沉降。

7.预埋注浆管及跟踪注浆：

工程量根据实际施工情况确定。

8.双液加固注浆：

1)上行线：58米即SK19+490～SK19+548，48环。每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.5米，每只孔注浆段长度1.5米，共计施工340只孔，计510延长米。双液注浆加固土方量为1052m³。

2)下行线：60米即XK19+488～XK19+548，30环。每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.5米，每只孔注浆段长度1.5米，共计施工350只孔，计525延长米。双液注浆加固土方量为1088m³。

双液注浆总计施工690只孔，加固总长度为1035延长米，总计加固土体方量2140m³。

平均每延米施工数据如下：加固土体方量为2.07m³，注入浆量0.41m³。

实际注浆情况：上行线穿越段(823环～869环)2008年6月8日～2009年5月5日跟踪注浆、置换注浆和分层注浆共244.65米3水泥浆量；2008年10月20日～2009年5月8日对下行线穿越段(821环～865环)及时进行同步补浆、跟踪注浆、置换注浆和土体分层双液注浆加固，共注入234.85米3水泥浆量。

四、施工技术要点：

1、注浆孔布置

本次双液注浆孔布置在10号线隧道加固段范围内的拱底、标准、邻接块中预埋件1和预埋件4的压浆预留孔内(土体加固注浆仅利用上半部预留注浆孔)。注浆前先用冲击钻将预留孔疏通，然后将注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧设计深度处。随即将特制的防喷装置安装好，并将单向球阀接在注浆管上，以便注浆(双液注浆将2.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧1.5米处)。若出现有浆液或地下水渗漏的情况时，先将防喷装置安装在预留孔中，并接上单向球阀，直接将注浆无缝钢管打入设计深度，以达到防止地下水或浆液渗漏的目的。

2、施工流程(图1)

3、双液浆配比

为尽量减少注浆过程对地铁2号线及上部地下管线和周边环境的影响，根据我公司施工经验，选用凝固较快且收缩率小的浆液配比，具体如下：(200升浆液配比)

4、注浆顺序：

5、注浆压力及流量控制：在④、⑤层土施工时，注浆压力控制在0.3Mpa以下，注浆流量控制在10～15L/min。

6、注浆量控制：

壁后注浆根据监测数据，随时调整注浆量。

跟踪注浆注浆量按实际要求而定。

五.信息化施工管理

盾构穿越期间，实时监测的数据应立即报告盾构总控制室，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域管路变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，使推进施工面及时作相应调整，最后通过监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保隧道施工质量。

1.地铁2号线隧道监测

为保证地铁2号线安全运营，盾构穿越期间，在地铁2号线隧道穿越影响区段内布设自动化监测系统，将监测数据及时传输到监控室，对地铁2号线进行实时、精确监测。

采用美国SLOPE INDICATOR公司的电水平尺及相应的CR10数据采集器，在穿越范围中心部分用电水平尺横向布置在轨道的道床上，监测线路的横向位置(高差)变化。电水平尺的布设不会影响地铁列车的安全运营，其监测数据用电缆送到监测计算机中，实时得到线路纵向和横向位置变化数据和图形，调整注浆参数。

2.拟建隧道及周边环境监测

在隧道从豫园站盾构出洞后开始对盾构推进时的地面沉降情况进行重点监测，根据监测数据，不断调整施工参数，以便合理的施工参数下，在穿越2号线时让盾构推进对环境的影响降到较小的状态。

本工程盾构施工过程中，应对2号线隧道沉降、断面变形，道床沉降等进行监测，由于2号线的运行影响，必须采用自动监测仪器进行监测。该区段的2号线监测由地铁监护部门负责实施。

结合盾构推进施工中引起的地面沉降的机理，在盾构穿越2号线前和穿越2号期间拟开展如下监测内容：(1)地表沉降监测；(2)地表深层沉降监测；(3)地下管线沉降监测；(4)拟建隧道结构沉降监测。

Claims

1.一种复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，其特征在于，具体步骤是：

(1)穿越工况数学模型分析

(2)设置施工参数

(3)建立盾构穿越期间的实时监测以及隧道及周边环境的监测

(4)盾构施工

A.施工参数控制

根据设置的施工参数和盾构推进时的实时监测数据，控制：

1)盾构推进速度

2)出土量

3)盾构姿态

在穿越过程中，减少盾构纠偏量和纠偏次数；

4)同步注浆

①注浆量

每环压入量控制在1.8m³～2.6m³之间；

②注浆压力

根据经验取为1.1～1.2倍的静止土压力；

③浆液配比

B.双液注浆

2.根据权利要求1所述的复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，其特征在于：所述双液注浆加固分四步进行：

4)在隧道置换注浆施工结束后，对该区段隧道土体再次进行双液注浆加固。

3.根据权利要求1或2所述的复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，其特征在于，所述双液注浆加固具体步骤是：

(1)布置注浆孔

(2)注浆前预留孔疏通

(3)振插注浆管入注浆孔内至隧道管壁外侧

(4)安装防喷装置，并将单向球阀接在注浆管上

(5)注浆加固。

4.根据权利要求1所述的复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，其特征在于，盾构姿态在曲线推进过程中：

(1)控制纠偏量

(2)控制注浆量

(3)采用仿形超挖刀

(4)控制管片拼装精度：管片采取居中拼装，如果管片无法居中拼装，采用低压石棉橡胶板或软木楔子进行调整。

5.根据权利要求1所述的复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法，其特征在于，上述纠偏同步注浆时，在曲线外侧及时进行管片壁后注浆，注浆采用水泥和水玻璃组成的双液浆，使外侧浆液快速凝固，及时提供盾构纠偏所需的曲线外侧的纠偏反力，并防止因千斤顶的推力导致已拼装隧道向外侧位移。