CN104912562A - 一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，所施工隧道为下穿既有运营隧道的盾构隧道，下穿既有运营隧道的隧道节段为下穿段，对下穿段进行施工时，过程如下：一、既有运营隧道钢环加固；二、既有运营隧道变形监测点布设；三、试验段盾构施工确定指导性施工参数的基准值；四、下穿段指导性施工参数确定：根据指导性施工参数的基准值，对下穿段的指导性施工参数进行确定；五、下穿段盾构施工；六、下穿后分阶段补充注浆：根据监测结果且通过盾构管片上开设的注浆孔，对下穿段进行补充注浆。本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、施工效果好，能对盾构下穿既有运营隧道变形进行有效控制，周期短且成本低。

Description

一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法

技术领域

本发明属于隧道盾构施工技术领域，尤其是涉及一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法。

背景技术

盾构推进对周围环境的影响主要表现在盾构推进引起的地表沉降。地表沉降过大时，会影响到盾构隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营,特别是在建筑物、道路、地下管线密集的城市修建地铁，隧道施工引起的地表沉降更应引起高度重视。实际进行地表沉降监测时，采用地表沉降监测系统进行监测，并且需具备地面监测条件，具体是能在监测区域的地面上布设地表沉降监测系统并能布置多个地表沉降监测点，这样才能有效完成地表沉降监测过程。目前，盾构推进引起的地表沉降监测技术已相当成熟。但实际施工过程中，受施工现场周侧环境、地上建筑物等多种因素的限制，经常出现无地面监测条件的情形，相应使施工区域的地表沉降监测无法正常进行。

地铁施工过程中，盾构下穿既有运营隧道的施工案例较多，但是在富水软土层中，且在无地面监测条件下，盾构小净距斜下穿既有运营隧道的施工实例较少。例如，对下穿既有运营隧道的盾构隧道进行施工时，盾构隧道的施工工况具有以下特点：第一、下穿地层的地基承载力为60kPa～80kPa、孔隙比为1.0～1.2且饱和度为95％～96％，具有高含水量、高压缩性、低强度、高灵敏度和易触变特性的特点，在动力作用下极易破坏土体结构，使土体强度骤然降低，变形量增加；第二、盾构下穿既有运营隧道的最小垂直净距仅为2.1m，为所施工盾构隧道直径的三分之一，盾构下穿既有运营隧道非正交下穿且其和既有运营隧道平面夹角约为22°，盾构下穿既有运营隧道为小角度斜交下穿；第三、地面位置为地火车站地下广场，无地面监测条件，针对上述施工工况，该处于富水软土层中且无地面沉降监测条件的盾构隧道施工过程中，变形控制难度非常大。

现如今，进行盾构下穿既有运营隧道施工时，通常采取的是既有运营隧道钢环加固与穿越地层提前注浆预加固相结合的施工方法，但采用该方法进行下穿施工时，施工工序复杂、周期长且成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、施工效果好，能对盾构下穿既有运营隧道变形进行有效控制，周期短且成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，所施工隧道为下穿既有运营隧道的盾构隧道，所述既有运营隧道为已有的运营隧道，其特征在于：所施工隧道中下穿既有运营隧道的隧道节段为下穿段，所述既有运营隧道中位于所述下穿段上方的隧道节段为需加固段；对所述下穿段进行施工时，过程如下：

步骤一、既有运营隧道钢环加固：对所述下穿段进行施工之前，先采用隧道内部加固结构对既有运营隧道的需加固段进行加固；

所述隧道内部加固结构包括多个由前至后支撑于所述需加固段内的钢环，前后相邻两个所述钢环之间通过多道纵向拉结梁紧固连接为一体；

步骤二、既有运营隧道变形监测点布设：在既有运营隧道的两个变形监测区域内分别布设多组变形监测点，每组所述变形监测点均包括沉降监测点、水平位移监测点和净空收敛监测点；

两个所述变形监测区域分别为既有运营隧道中位于所述需加固段前侧和后侧的隧道节段，两个所述变形监测区域的长度均为50m～100m；

步骤三、试验段盾构施工确定指导性施工参数的基准值：先在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段，并在所述试验段所处的施工区域布设多个地表沉降监测点；再对所述试验段进行盾构施工，盾构施工过程中对各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况进行监测，并根据地表沉降情况监测结果，对所述试验段的盾构施工参数进行确定；

所述试验段的盾构施工参数为指导性施工参数的基准值且其包括土仓内部压力P₀₁、推力F₀、同步注浆压力P₀₂和同步注浆量Q₀；

步骤四、下穿段指导性施工参数确定：根据步骤三中所确定的指导性施工参数的基准值，对所述下穿段的指导性施工参数进行确定；所述下穿段的指导性施工参数包括土仓内部压力P₁₁、推力F₁、同步注浆压力P₁₂和同步注浆量Q₁；

其中，P₁₁＝P₀₁-DP₁，DP₁＝0.02MPa～0.05MPa；F₁＝F₀-DF，DF＝200t～500t；P₁₂＝P₀₂-DP₂，DP₂＝0.02MPa～0.04MPa；Q₁＝(1-c)′Q₀，c＝20％～30％；

步骤五、下穿段盾构施工：按照步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数，对所述下穿段进行盾构施工；对所述下穿段进行盾构施工时，采用盾构机进行盾构掘进施工，且盾构掘进施工完成一环后进行盾构管片拼装施工；

盾构施工过程中，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，对既有运营隧道的隧道变形情况进行监测，并根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整；所调整的盾构施工参数包括土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量；

步骤六、下穿后分阶段补充注浆：步骤五中所述下穿段盾构施工完成后，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，分多次对既有运营隧道的隧道变形情况进行监测；每次监测完成后，均根据监测结果且通过步骤五中拼装施工好的盾构管片上开设的注浆孔，对所述下穿段进行补充注浆。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤一中多个所述钢环通过多道所述纵向拉结梁紧固连接为一体，所述纵向拉结梁沿所述需加固段的纵向长度方向布设且其长度不小于所述需加固段的长度，多道所述纵向拉结梁沿圆周方向由左至右布设。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤一中所述钢环支撑在所述需加固段的拱顶和左右两个侧墙上，所述钢环包括由多个弧形支撑钢板沿圆周方向从前至后拼装而成的支撑架和两个分别支撑在所述支撑架左右两侧底部的基座，两个所述基座分别支撑在既有运营隧道的仰拱左右两侧上方；多个所述弧形支撑钢板和两个所述基座均布设在既有运营隧道的同一个隧道横断面上。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：所述既有运营隧道的仰拱上设置有供钢轨铺装的混凝土平台，所述混凝土平台的上部左右两侧分别设置有一个排水沟；

两个所述基座分别支撑在两个所述排水沟内；多个所述弧形支撑钢板的宽度均为0.4m～0.6m，相邻两个所述弧形支撑钢板之间以及所述弧形支撑钢板与基座之间均通过多个连接螺栓进行紧固连接，每个所述弧形支撑钢板均通过多个锚栓固定在既有运营隧道内的管片环上，每个所述弧形支撑钢板上均开有多个供所述锚栓安装的锚栓安装孔；

每个所述弧形支撑钢板的外侧均设置有第一加固框架，每个所述第一加固框架的左右两侧均开有多个分别供所述连接螺栓安装的第二螺栓安装孔；所述基座包括水平钢板和安装在水平钢板上的第二加固框架，所述第二加固框架的外侧开有多个供所述连接螺栓安装的第一螺栓安装孔。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤三中所述的推力F₀和步骤四中所述的推力F₁均为盾构机的总推力；步骤三中所确定的盾构施工参数还包括同步注浆浆液配合比C₀以及所述盾构机的出土量M₀、推进速度v₀和刀盘扭矩T₀，步骤四中所述下穿段的指导性施工参数还包括同步注浆浆液配合比C₁以及所述盾构机的出土量M₁、推进速度v₁和刀盘扭矩T₁，其中C₀＝C₁，M₀＝M₁，v₀＝v₁，T₀＝T₁；

步骤三中对所述试验段的盾构施工参数进行确定时，根据各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况，将累计沉降量控制在5mm以内且沉降日变量控制在3mm以内所选取的盾构施工参数作为所述试验段的盾构施工参数。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤三中在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段后，还需对所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件进行对比：当所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件相同时，指导性施工参数的基准值为所述试验段的盾构施工参数；反之，指导性施工参数的基准值为对所述试验段的盾构施工参数进行调整后的盾构施工参数；

对所述试验段的盾构施工参数进行调整时，根据所述下穿段的地质条件与所述试验段的地质条件之间差异进行调整；所述地质条件包括地面覆土厚度、地层类型和地下水压力。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤二中每组所述变形监测点均布设在所述变形监测区域的同一个隧道横断面上，各组所述变形监测点布设的隧道横断面均为隧道监测面；

步骤五中对所述下穿段进行盾构施工时，将步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数作为所述下穿段的盾构施工参数；

步骤五中根据隧道变形情况监测结果，当任一个隧道监测面的沉降变化速率大于3mm/天、水平位移变化速率大于3mm/天或净空收敛变化速率大于2mm/天时，对所述下穿段的盾构施工参数进行一次调整；否则，无需对所述下穿段的盾构施工参数进行调整。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤五中根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整时，先对既有运营隧道的隧道变形方向进行判断：当既有运营隧道的隧道变形方向与盾构施工过程所述盾构机产生的压力的方向相同时，对土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量分别进行减小；反之，当既有运营隧道的隧道变形方向与盾构施工过程所述盾构机产生的压力的方向相反时，减小土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量；

步骤五中对所述下穿段进行盾构施工时，采用盾构机由前至后进行盾构施工；

所述下穿段分为前部节段和后于所述前部节段进行施工的后部节段，所述前部节段和所述后部节段的长度相同；

步骤五中根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整时，需对此时所述盾构机的盾构施工位置进行判断：当此时所述盾构机的盾构施工位置位于所述前部节段时，土仓内部压力和推力为主要调整参数，同步注浆压力和同步注浆量为次要调整参数；当此时所述盾构机的盾构施工位置位于所述后部节段时，同步注浆压力和同步注浆量为主要调整参数，土仓内部压力和推力为次要调整参数。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤六中进行下穿后分阶段补充注浆时，步骤五中所述下穿段盾构施工完成后15天～20天内，分多次对既有运营隧道的隧道变形情况进行监测且两次监测间隔时间为4小时～6小时；对所述下穿段进行补充注浆时，每次注浆量为0.3m³～0.5m³，注浆压力为0.2MPa～0.4MPa。

上述一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征是：步骤二中每组所述变形监测点均布设在所述变形监测区域的同一个隧道横断面上，各组所述变形监测点布设的隧道横断面均为隧道监测面；

步骤六中每次监测完成后，均先根据监测结果判断各隧道监测面所处位置是否需进行补充注浆，各隧道监测面所处位置是否需进行补充注浆的判断方法均相同；

对于任一个隧道监测面所处位置进行判断时，根据该隧道监测面上所布设变形监测点的监测结果，当该隧道监测面的水平位移超过8mm或累计沉降量超过8mm时，需对该隧道监测面所处位置进行补充注浆；对该隧道监测面所处位置进行补充注浆时，通过步骤五中拼装施工好的盾构管片上开设的且距离该监测断面最近的注浆孔进行注浆；

步骤六中下穿后分阶段补充注浆完成后，将既有运营隧道中各隧道监测面的水平位移和累计沉降量均控制在10mm以内。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且施工方便，投入成本较低，实现方便。

2、设计合理，实际施工过程主要包括既有运营隧道钢环加固、既有运营隧道变形监测点布设、试验段盾构施工确定指导性施工参数的基准值、下穿段指导性施工参数确定、下穿段盾构施工和下穿后分阶段补充注浆六个施工步骤。上述六个施工步骤相辅相成，既有运营隧道钢环加固是提高隧道的抗变形能力；既有运营隧道变形监测点布设是为盾构机下穿提供实时监测数据，精确指导施工；试验段盾构施工确定指导性施工参数的基准值是为了验证和提高通过理论和经验计算施工参数的适应性，为确定下穿段指导性施工参数提供理论和实践依据；下穿段指导性施工参数确定是在试验段指导性施工参数基准值的基础上，对施工参数进行进一步调整，确定最终的指导性施工参数；下穿施工过程中，结合变形监测结果所反映的变形情况，对盾构施工参数进行动态调整，以达到变形控制的目的；下穿后分阶段补充注浆主要是补充在富水软弱地层中由于盾构穿越施工扰动产生的后期变形，将既有运营隧道变形控制在预定范围之内。

3、无地面监测条件下，在富水软弱地层中，下穿既有运营隧道安全系数高，能保证既有运营隧道的正常运营，且对既有运营隧道不产生危害。

4、实用价值高且使用效果好，相比现有机械化既有运营隧道钢环加固与穿越地层提前注浆预加固的施工方法，缩短了施工工期，较大降低了施工成本。本发明操作简便、投入成本低且安全系数高、使用效果好，能有效解决在盾构机无地面监测条件下且在富水软弱地层中下穿既有运营隧道变形控制的实际问题。

5、适用面广，能有效适用至所有无地面监测条件下且在富水软弱地层中的盾构小净距斜下穿既有运营隧道施工中。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、施工效果好，能对盾构下穿既有运营隧道变形进行有效控制，周期短且成本低。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明钢环的使用状态示意图。

图3为本发明第一弧形支撑钢板的结构示意图。

图4为本发明第一弧形支撑钢板的侧部结构示意图。

图5为本发明第二弧形支撑钢板的结构示意图。

图6为本发明第二弧形支撑钢板的侧部结构示意图。

图7为本发明基座的结构示意图。

图8为本发明基座的侧部结构示意图。

图9为本发明所采用土压平衡盾构机的结构示意图。

图10为本发明补充注浆的施工状态示意图。

附图标记说明:

1—既有运营隧道；          2-1—基座；           2-11—水平钢板；

2-2—第二弧形支撑钢板；    2-3—第一弧形支撑钢板；

3—钢轨；                  4—混凝土平台；       5—排水沟；

6—管片环；                7—锚栓安装孔；       8—第一加固框架；

9—第二螺栓安装孔；        10—第二加固框架；    11—第一螺栓安装孔；

12-1—刀盘；               12-2—顶推千斤顶；    12-3—土仓；

12-4—螺旋出土机；         12-5—同步注浆管；    13—注浆孔；

14—注浆管道；             15—注浆设备。

具体实施方式

如图1所示的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，所施工隧道为下穿既有运营隧道1的盾构隧道，所述既有运营隧道1为已有的运营隧道，所施工隧道中下穿既有运营隧道1的隧道节段为下穿段，所述既有运营隧道1中位于所述下穿段上方的隧道节段为需加固段；对所述下穿段进行施工时，过程如下：

步骤一、既有运营隧道钢环加固：对所述下穿段进行施工之前，先采用隧道内部加固结构对既有运营隧道1的需加固段进行加固；

所述隧道内部加固结构包括多个由前至后支撑于所述需加固段内的钢环，前后相邻两个所述钢环之间通过多道纵向拉结梁紧固连接为一体，详见图2；

步骤二、既有运营隧道变形监测点布设：在既有运营隧道1的两个变形监测区域内分别布设多组变形监测点，每组所述变形监测点均包括沉降监测点、水平位移监测点和净空收敛监测点；

两个所述变形监测区域分别为既有运营隧道1中位于所述需加固段前侧和后侧的隧道节段，两个所述变形监测区域的长度均为50m～100m；

步骤三、试验段盾构施工确定指导性施工参数的基准值：先在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段，并在所述试验段所处的施工区域布设多个地表沉降监测点；再对所述试验段进行盾构施工，盾构施工过程中对各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况进行监测，并根据地表沉降情况监测结果，对所述试验段的盾构施工参数进行确定；

所确定的盾构施工参数为指导性施工参数的基准值且其包括土仓内部压力P₀₁、推力F₀、同步注浆压力P₀₂和同步注浆量Q₀；

步骤四、下穿段指导性施工参数确定：根据步骤三中所确定的指导性施工参数的基准值，对所述下穿段的指导性施工参数进行确定；所述下穿段的指导性施工参数包括土仓内部压力P₁₁、推力F₁、同步注浆压力P₁₂和同步注浆量Q₁；

其中，P₁₁＝P₀₁-DP₁，DP₁＝0.02MPa～0.05MPa；F₁＝F₀-DF，DF＝200t～500t；P₁₂＝P₀₂-DP₂，DP₂＝0.02MPa～0.04MPa；Q₁＝(1-c)′Q₀，c＝20％～30％；

步骤五、下穿段盾构施工：按照步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数，对所述下穿段进行盾构施工；对所述下穿段进行盾构施工时，采用盾构机进行盾构掘进施工，且盾构掘进施工完成一环后进行盾构管片拼装施工；

盾构施工过程中，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，对既有运营隧道1的隧道变形情况进行监测，并根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整；所调整的盾构施工参数包括土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量；

步骤六、下穿后分阶段补充注浆：步骤五中所述下穿段盾构施工完成后，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，分多次对既有运营隧道1的隧道变形情况进行监测；每次监测完成后，均根据监测结果且通过步骤五中拼装施工好的盾构管片上开设的注浆孔13，对所述下穿段进行补充注浆，详见图10。

本实施例中，步骤一中多个所述钢环通过多道所述纵向拉结梁紧固连接为一体，所述纵向拉结梁沿所述需加固段的纵向长度方向布设且其长度不小于所述需加固段的长度，多道所述纵向拉结梁沿圆周方向由左至右布设。

实际加工时，所述纵向拉结梁为槽钢。并且，所述纵向拉结梁具体为16b槽钢。

本实施例中，所述纵向拉结梁的数量为6道且其与所述钢环之间以焊接方式进行连接。实际对所述纵向拉结梁进行布设时，以避开既有运营隧道1内管线为原则进行布设。

实际加固时，可根据具体需要，对所述纵向拉结梁的数量以及各纵向拉结梁的布设位置进行相应调整。

传统的隧道沉降和隧道水平位移监测方法是在隧道的顶部或腰线处设立监测点，然后用常规的水准测量方法进行沉降量的测量，同时以隧道轴线和其轴线的垂直方向建立坐标系，用导线测量的方法测量所有观测点的坐标，以此来推算隧道水平位移量。

本实施例中，步骤五和步骤六中利用多组所述变形监测点，对既有运营隧道1的隧道变形情况进行监测时，也可以利用上述传统的隧道沉降和隧道水平位移监测方法进行监测。

本实施例中，步骤一中多个所述钢环的结构和尺寸均相同。

结合图2，步骤一中所述钢环支撑在所述需加固段的拱顶和左右两个侧墙上，所述钢环包括由多个弧形支撑钢板沿圆周方向从前至后拼装而成的支撑架和两个分别支撑在所述支撑架左右两侧底部的基座2-1，两个所述基座2-1分别支撑在既有运营隧道1的仰拱左右两侧上方；多个所述弧形支撑钢板和两个所述基座2-1均布设在既有运营隧道1的同一个隧道横断面上。

本实施例中，所述既有运营隧道1的仰拱上设置有供钢轨3铺装的混凝土平台4，所述混凝土平台4的上部左右两侧分别设置有一个排水沟5；两个所述基座2-1分别支撑在两个所述排水沟5内。

结合图3、图4、图5和图6，多个所述弧形支撑钢板的宽度均为0.4m～0.6m，相邻两个所述弧形支撑钢板之间以及所述弧形支撑钢板与基座2-1之间均通过多个连接螺栓进行紧固连接，每个所述弧形支撑钢板均通过多个锚栓固定在既有运营隧道1内的管片环6上，每个所述弧形支撑钢板上均开有多个供所述锚栓安装的锚栓安装孔7。

本实施例中，多个所述弧形支撑钢板的宽度均为0.5m。

实际加工时，可根据具体需要，对所述弧形支撑钢板的宽度进行相应调整。

本实施例中，每个所述弧形支撑钢板的外侧均设置有第一加固框架8，每个所述第一加固框架8的左右两侧均开有多个分别供所述连接螺栓安装的第二螺栓安装孔9。结合图7和图8，所述基座2-1包括水平钢板2-11和安装在水平钢板2-11上的第二加固框架10，所述第二加固框架10的外侧开有多个供所述连接螺栓安装的第一螺栓安装孔11。

本实施例中，多个所述弧形支撑钢板包括一个第二弧形支撑钢板2-2和多个第一弧形支撑钢板2-3，多个所述第一弧形支撑钢板2-3的结构和尺寸均相同，所述第二弧形支撑钢板2-2连接于相邻两个所述第一弧形支撑钢板2-3之间。

其中，所述第一弧形支撑钢板2-3也称为标准块，所述第二弧形支撑钢板2-2也称为异形块。

本实施例中，多个所述弧形支撑钢板的板厚均为20mm，所述钢管的外径与既有运营隧道1的隧道洞内径一致。

实际对所述钢环进行安装时，所述钢环安装在既有运营隧道1内管片环6的内弧面上，并且相邻两个所述弧形支撑钢板之间的连接处尽量避开既有运营隧道1内的管片环6中相邻盾构管片之间的连接缝，防止既有运营隧道1内盾构管片不均匀沉降使盾构管片连接用的螺栓拉断。

本实施例中，所述第一弧形支撑钢板2-3的数量为25个。

实际使用时，可根据具体需要，对第一弧形支撑钢板2-3的数量以及各第一弧形支撑钢板2-3的布设位置和尺寸进行相应调整。

本实施例中，相邻两个所述弧形支撑钢板之间以及所述弧形支撑钢板与基座2-1之间均通过三个所述连接螺栓进行紧固连接，并且所述连接螺栓为直径Φ18mm的8.8级螺栓。每个所述弧形支撑钢板均通过2个所述锚栓固定在既有运营隧道1内的管片环6上，每个所述基座2-1均通过4个所述锚栓固定在排水沟5内，所述基座2-1上对应开有4个供所述锚栓安装的锚栓安装孔7。

本实施例中，步骤二中多组所述变形监测点沿变形监测区域的纵向长度方向由前至后进行布设；步骤二中所述净空收敛监测点为水平收敛监测点。

步骤五和步骤六中利用多组所述变形监测点对既有运营隧道1的隧道变形情况进行监测时，采用全站仪进行监测。

步骤二中所述沉降监测点为对所布设位置处既有运营隧道1的拱顶沉降数据进行监测的监测点，所述水平位置监测点为对所布设位置处既有运营隧道1的水平位移数据进行监测的监测点，所述净空收敛监测点为对所布设位置处既有运营隧道1的水平净空收敛数据进行监测的监测点。

本实施例中，所述全站仪为MS全站仪，所述MS全站仪与装有自动变形监测软件具体是Topmonitor的上位机连接，每个监测点自动化监测频率不小于1次/10分钟。

本实施例中，步骤三中所述的推力F₀和步骤四中所述的推力F₁均为盾构机的总推力；步骤三中所确定的盾构施工参数还包括同步注浆浆液配合比C₀以及所述盾构机的出土量M₀、推进速度v₀和刀盘扭矩T₀，步骤四中所述下穿段的指导性施工参数还包括同步注浆浆液配合比C₁以及所述盾构机的出土量M₁、推进速度v₁和刀盘扭矩T₁，其中C₀＝C₁，M₀＝M₁，v₀＝v₁，T₀＝T₁；

并且，步骤三中对所述试验段的盾构施工参数进行确定时，根据各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况，将累计沉降量控制在5mm以内且沉降日变量控制在3mm以内所选取的盾构施工参数作为所述试验段的盾构施工参数。

本实施例中，步骤三中在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段后，还需对所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件进行对比：当所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件相同时，指导性施工参数的基准值为所述试验段的盾构施工参数；反之，指导性施工参数的基准值为对所述试验段的盾构施工参数进行调整后的盾构施工参数；

对所述试验段的盾构施工参数进行调整时，根据所述下穿段的地质条件与所述试验段的地质条件之间差异进行调整；所述地质条件包括地面覆土厚度、地层类型和地下水压力。

本实施例中，所述试验段为具有地面沉降监测条件的施工段，也就是说，对所述试验段进行盾构施工时，能布设地面沉降监测点，并能对地面沉降情况进行监测。因而，实际施工时，在有地面沉降监测条件的位置设置试验段，并根据地面沉降监测数据，调整盾构施工参数包括土仓压力、出土量、推进速度、总推力、刀盘扭矩、同步注浆浆液配合比、同步注浆压力及同步注浆量，以确定下一步盾构施工的下穿段的指导性施工参数。并且，将累计沉降量控制在5mm以内且沉降日变量控制在3mm以内所选取的盾构施工参数作为指导性施工参数的基准值，若地面覆土厚度、地层类型、地下水压力等条件发生变化时，应根据情况对所述试验段的盾构施工参数进行相应调整。

步骤四中根据步骤三中所确定的指导性施工参数的基准值，对所述下穿段的指导性施工参数进行确定时，推进速度、出土量、刀盘扭矩和同步注浆浆液配合比均按照指导性施工参数的基准值进行控制，土仓内部压力简称土仓压力、总推力、同步注浆压力和同步注浆量需进行调整，将土仓内部压力在基准值的基础上降低0.02MPa～0.05MPa，总推力在基准值的基础上降低200t～500t，同步注浆压力在基准值的基础上降低0.02～0.04MPa，同步注浆量在基准值的基础上降低20％～30％，以此确定下穿施工的指导性施工参数。

实际施工时，步骤五中盾构掘进施工完成一环后进行盾构管片拼装施工时，多个所述盾构管片拼装而成一个管片环6，所述下穿区、前侧节段和后侧节段内的每个管片环6上开设注浆孔13的数量为m个，m个所述注浆孔13沿圆周方向由前至后进行布设；其中，m为正整数且m＝15～18；

所述前侧节段为所施工隧道中位于所述下穿区前侧的隧道节段，所述后侧节段为所施工隧道中位于所述下穿后后侧的隧道节段，所述前侧节段和所述后侧节段的长度均为L，其中L＝18m～22m。

本实施例中，m＝16个，L＝20m。实际施工时，根据具体需要，对m和L的取值大小分别进行调整。

本实施例中，步骤二和步骤五中进行盾构施工时，采用的盾构机均为土压平衡盾构机，详见图9。其中，盾构施工参数中，刀盘扭矩为土压平衡盾构机的刀盘12-1的扭矩，推力也称总推力为土压平衡盾构机内部顶推千斤顶12-2的总推力，推进速度为土压平衡盾构机内部顶推千斤顶12-2的推进速度，土仓内部压力为土压平衡盾构机的土仓12-3的内部压力，出土量为土压平衡盾构机的螺旋出土机12-4的出土量，同步注浆浆液配合比为土压平衡盾构机的同步注浆系统具体是同步注浆系统的同步注浆管12-5所注入浆液的浆液配合比和注浆压力。

并且，步骤二中每组所述变形监测点均布设在所述变形监测区域的同一个隧道横断面上，各组所述变形监测点布设的隧道横断面均为隧道监测面；

步骤五中对所述下穿段进行盾构施工时，将步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数作为所述下穿段的盾构施工参数；

步骤五中根据隧道变形情况监测结果，当任一个隧道监测面的沉降变化速率大于3mm/天、水平位移变化速率大于3mm/天或净空收敛变化速率大于2mm/天时，对所述下穿段的盾构施工参数进行一次调整；否则，无需对所述下穿段的盾构施工参数进行调整。

本实施例中，步骤五中根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整时，先对既有运营隧道1的隧道变形方向进行判断：当既有运营隧道1的隧道变形方向与盾构施工过程所述盾构机产生的压力的方向相同时，对土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量分别进行减小；反之，当既有运营隧道1的隧道变形方向与盾构施工过程所述盾构机产生的压力的方向相反时，减小土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量。

本实施例中，步骤五中对所述下穿段进行盾构施工时，采用盾构机由前至后进行盾构施工；

所述下穿段分为前部节段和后于所述前部节段进行施工的后部节段，所述前部节段和所述后部节段的长度相同；

步骤五中根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整时，需对此时所述盾构机的盾构施工位置进行判断：当此时所述盾构机的盾构施工位置位于所述前部节段时，土仓内部压力和推力为主要调整参数，同步注浆压力和同步注浆量为次要调整参数；当此时所述盾构机的盾构施工位置位于所述后部节段时，同步注浆压力和同步注浆量为主要调整参数，土仓内部压力和推力为次要调整参数。

由于土压平衡盾构机是在机械式盾构机的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。盾构施工过程所述盾构机产生的压力为所述盾构机作用于开挖面上的压力，具体是土仓内部压力。

由上述内容可知，步骤五中按照步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数，对所述下穿段进行盾构施工时，需结合根据隧道变形情况监测结果对所述下穿段的盾构施工参数进行调整，若任一个隧道监测面的沉降变化速率大于3mm/天、水平位移变化速率大于3mm/天或净空收敛变化速率大于2mm/天时，则需调整盾构施工参数，具体调整土仓内部压力、总推力、同步注浆量和同步注浆压力这四个参数。并且，根据盾构机的位置确定需调整的参数，若盾构机位于下穿段的前部，则重点调整土仓内部压力和总推力；若盾构机位于下穿段的后部，则重点调整同步注浆压力和同步注浆量。具体的调整方法是：若隧道变形的方向和盾构机产生的压力方向相同，则降低土仓内部压力、总推力、同步注浆量和同步注浆压力；若隧道变形方向和盾构机产生压力的方向相反，则提高土仓内部压力、总推力、同步注浆量和同步注浆压力，土仓内部压力和同步注浆压力调整时均按照0.02MPa/次的调整幅度进行调整，若能满足变形控制指标则调整完成，若不能满足变形控制指标则继续调整，直至满足变形控制指标为止。其中，变形控制指标指的是各隧道监测面的沉降变化速率大于3mm/天、水平位移变化速率大于3mm/天且净空收敛变化速率大于2mm/天。

本实施例中，步骤六中进行下穿后分阶段补充注浆时，步骤五中所述下穿段盾构施工完成后15天～20天内，分多次对既有运营隧道1的隧道变形情况进行监测且两次监测间隔时间为4小时～6小时；对所述下穿段进行补充注浆时，每次注浆量为0.3m³～0.5m³，注浆压力为0.2MPa～0.4MPa。

并且，步骤六中进行下穿后分阶段补充注浆时，注浆次数为20次～30次。

本实施例中，步骤六中每次监测完成后，均先根据监测结果判断各隧道监测面所处位置是否需进行补充注浆，各隧道监测面所处位置是否需进行补充注浆的判断方法均相同；

对于任一个隧道监测面所处位置进行判断时，根据该隧道监测面上所布设变形监测点的监测结果，当该隧道监测面的水平位移超过8mm或累计沉降量超过8mm时，需对该隧道监测面所处位置进行补充注浆；对该隧道监测面所处位置进行补充注浆时，通过步骤五中拼装施工好的盾构管片上开设的且距离该监测断面最近的注浆孔13进行注浆。

本实施例中，步骤六中下穿后分阶段补充注浆完成后，将既有运营隧道1中各隧道监测面的水平位移和累计沉降量均控制在10mm以内。

如图10所示，通过拼装施工好的盾构管片上开设的注浆孔13对所述下穿段进行补充注浆时，先通过注浆管道14将注浆孔13与注浆设备15连接。

本实施例中，所施工盾构隧道中除所述下穿区、前侧节段和后侧节段内之外的其它隧道段内管片环6上开设的注浆孔13数量均为6个。所述下穿区、前侧节段和后侧节段内管片环6上开设注浆孔13的数量为16个，以便进行分阶段补充注浆。在盾构机盾尾脱出所述下穿段后，进行分阶段补充注浆，根据各隧道监测面的监测结果，对水平位移或累计沉降量超过8mm的位置进行注浆，注浆在所施工盾构隧道内进行且选择离既有运营隧道1最近的注浆孔13进行注浆，由于注浆和监测数据的滞后性，每次注浆量宜控制在0.3m³～0.5m³，注浆压力宜控制在0.2MPa～0.4MPa，间隔4～6小时后，根据监测结果判断是否继续注浆。补充注浆需持续15天～20天，注浆次数为20～30次，最终将水平位移和累计沉降量控制在10mm以内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，所施工隧道为下穿既有运营隧道(1)的盾构隧道，所述既有运营隧道(1)为已有的运营隧道，其特征在于：所施工隧道中下穿既有运营隧道(1)的隧道节段为下穿段，所述既有运营隧道(1)中位于所述下穿段上方的隧道节段为需加固段；对所述下穿段进行施工时，过程如下：

步骤一、既有运营隧道钢环加固：对所述下穿段进行施工之前，先采用隧道内部加固结构对既有运营隧道(1)的需加固段进行加固；

所述隧道内部加固结构包括多个由前至后支撑于所述需加固段内的钢环，前后相邻两个所述钢环之间通过多道纵向拉结梁紧固连接为一体；

步骤二、既有运营隧道变形监测点布设：在既有运营隧道(1)的两个变形监测区域内分别布设多组变形监测点，每组所述变形监测点均包括沉降监测点、水平位移监测点和净空收敛监测点；

两个所述变形监测区域分别为既有运营隧道(1)中位于所述需加固段前侧和后侧的隧道节段，两个所述变形监测区域的长度均为50m～100m；

步骤三、试验段盾构施工确定指导性施工参数的基准值：先在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段，并在所述试验段所处的施工区域布设多个地表沉降监测点；再对所述试验段进行盾构施工，盾构施工过程中对各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况进行监测，并根据地表沉降情况监测结果，对所述试验段的盾构施工参数进行确定；

所述试验段的盾构施工参数为指导性施工参数的基准值且其包括土仓内部压力P₀₁、推力F₀、同步注浆压力P₀₂和同步注浆量Q₀；

步骤四、下穿段指导性施工参数确定：根据步骤三中所确定的指导性施工参数的基准值，对所述下穿段的指导性施工参数进行确定；所述下穿段的指导性施工参数包括土仓内部压力P₁₁、推力F₁、同步注浆压力P₁₂和同步注浆量Q₁；

其中，P₁₁＝P₀₁-ΔP₁，ΔP₁＝0.02MPa～0.05MPa；F₁＝F₀-ΔF，ΔF＝200t～500t；P₁₂＝P₀₂-ΔP₂，ΔP₂＝0.02MPa～0.04MPa；Q₁＝(1-c)×Q₀，c＝20％～30％；

步骤五、下穿段盾构施工：按照步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数，对所述下穿段进行盾构施工；对所述下穿段进行盾构施工时，采用盾构机进行盾构掘进施工，且盾构掘进施工完成一环后进行盾构管片拼装施工；

盾构施工过程中，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，对既有运营隧道(1)的隧道变形情况进行监测，并根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整；所调整的盾构施工参数包括土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量；

步骤六、下穿后分阶段补充注浆：步骤五中所述下穿段盾构施工完成后，利用步骤二中布设的多组所述变形监测点，分多次对既有运营隧道(1)的隧道变形情况进行监测；每次监测完成后，均根据监测结果且通过步骤五中拼装施工好的盾构管片上开设的注浆孔(13)，对所述下穿段进行补充注浆。

2.按照权利要求1所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤一中多个所述钢环通过多道所述纵向拉结梁紧固连接为一体，所述纵向拉结梁沿所述需加固段的纵向长度方向布设且其长度不小于所述需加固段的长度，多道所述纵向拉结梁沿圆周方向由左至右布设。

3.按照权利要求1或2所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤一中所述钢环支撑在所述需加固段的拱顶和左右两个侧墙上，所述钢环包括由多个弧形支撑钢板沿圆周方向从前至后拼装而成的支撑架和两个分别支撑在所述支撑架左右两侧底部的基座(2-1)，两个所述基座(2-1)分别支撑在既有运营隧道(1)的仰拱左右两侧上方；多个所述弧形支撑钢板和两个所述基座(2-1)均布设在既有运营隧道(1)的同一个隧道横断面上。

4.按照权利要求3所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：所述既有运营隧道(1)的仰拱上设置有供钢轨(3)铺装的混凝土平台(4)，所述混凝土平台(4)的上部左右两侧分别设置有一个排水沟(5)；

两个所述基座(2-1)分别支撑在两个所述排水沟(5)内；多个所述弧形支撑钢板的宽度均为0.4m～0.6m，相邻两个所述弧形支撑钢板之间以及所述弧形支撑钢板与基座(2-1)之间均通过多个连接螺栓进行紧固连接，每个所述弧形支撑钢板均通过多个锚栓固定在既有运营隧道(1)内的管片环(6)上，每个所述弧形支撑钢板上均开有多个供所述锚栓安装的锚栓安装孔(7)；

每个所述弧形支撑钢板的外侧均设置有第一加固框架(8)，每个所述第一加固框架(8)的左右两侧均开有多个分别供所述连接螺栓安装的第二螺栓安装孔(9)；所述基座(2-1)包括水平钢板(2-11)和安装在水平钢板(2-11)上的第二加固框架(10)，所述第二加固框架(10)的外侧开有多个供所述连接螺栓安装的第一螺栓安装孔(11)。

5.按照权利要求1或2所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤三中所述的推力F₀和步骤四中所述的推力F₁均为盾构机的总推力；步骤三中所确定的盾构施工参数还包括同步注浆浆液配合比C₀以及所述盾构机的出土量M₀、推进速度v₀和刀盘扭矩T₀，步骤四中所述下穿段的指导性施工参数还包括同步注浆浆液配合比C₁以及所述盾构机的出土量M₁、推进速度v₁和刀盘扭矩T₁，其中C₀＝C₁，M₀＝M₁，v₀＝v₁，T₀＝T₁；

步骤三中对所述试验段的盾构施工参数进行确定时，根据各地表沉降监测点所处位置处的地表沉降情况，将累计沉降量控制在5mm以内且沉降日变量控制在3mm以内所选取的盾构施工参数作为所述试验段的盾构施工参数。

6.按照权利要求1或2所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤三中在所施工隧道中选取一个隧道节段作为试验段后，还需对所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件进行对比：当所述试验段的地质条件与所述下穿段的地质条件相同时，指导性施工参数的基准值为所述试验段的盾构施工参数；反之，指导性施工参数的基准值为对所述试验段的盾构施工参数进行调整后的盾构施工参数；

对所述试验段的盾构施工参数进行调整时，根据所述下穿段的地质条件与所述试验段的地质条件之间差异进行调整；所述地质条件包括地面覆土厚度、地层类型和地下水压力。

7.按照权利要求1或2所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤二中每组所述变形监测点均布设在所述变形监测区域的同一个隧道横断面上，各组所述变形监测点布设的隧道横断面均为隧道监测面；

步骤五中对所述下穿段进行盾构施工时，将步骤四中确定的所述下穿段的指导性施工参数作为所述下穿段的盾构施工参数；

步骤五中根据隧道变形情况监测结果，当任一个隧道监测面的沉降变化速率大于3mm/天、水平位移变化速率大于3mm/天或净空收敛变化速率大于2mm/天时，对所述下穿段的盾构施工参数进行一次调整；否则，无需对所述下穿段的盾构施工参数进行调整。

8.按照权利要求1或2所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤五中根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整时，先对既有运营隧道(1)的隧道变形方向进行判断：当既有运营隧道(1)的隧道变形方向与盾构施工过程所述盾构机产生的压力的方向相同时，对土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量分别进行减小；反之，当既有运营隧道(1)的隧道变形方向与盾构施工过程所述盾构机产生的压力的方向相反时，减小土仓内部压力、推力、同步注浆压力和同步注浆量；

步骤五中对所述下穿段进行盾构施工时，采用盾构机由前至后进行盾构施工；

所述下穿段分为前部节段和后于所述前部节段进行施工的后部节段，所述前部节段和所述后部节段的长度相同；

步骤五中根据隧道变形情况监测结果，对所述下穿段的盾构施工参数进行调整时，需对此时所述盾构机的盾构施工位置进行判断：当此时所述盾构机的盾构施工位置位于所述前部节段时，土仓内部压力和推力为主要调整参数，同步注浆压力和同步注浆量为次要调整参数；当此时所述盾构机的盾构施工位置位于所述后部节段时，同步注浆压力和同步注浆量为主要调整参数，土仓内部压力和推力为次要调整参数。

9.按照权利要求1或2所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤六中进行下穿后分阶段补充注浆时，步骤五中所述下穿段盾构施工完成后15天～20天内，分多次对既有运营隧道(1)的隧道变形情况进行监测且两次监测间隔时间为4小时～6小时；对所述下穿段进行补充注浆时，每次注浆量为0.3m³～0.5m³，注浆压力为0.2MPa～0.4MPa。

10.按照权利要求1或2所述的一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法，其特征在于：步骤二中每组所述变形监测点均布设在所述变形监测区域的同一个隧道横断面上，各组所述变形监测点布设的隧道横断面均为隧道监测面；

步骤六中每次监测完成后，均先根据监测结果判断各隧道监测面所处位置是否需进行补充注浆，各隧道监测面所处位置是否需进行补充注浆的判断方法均相同；

对于任一个隧道监测面所处位置进行判断时，根据该隧道监测面上所布设变形监测点的监测结果，当该隧道监测面的水平位移超过8mm或累计沉降量超过8mm时，需对该隧道监测面所处位置进行补充注浆；对该隧道监测面所处位置进行补充注浆时，通过步骤五中拼装施工好的盾构管片上开设的且距离该监测断面最近的注浆孔(13)进行注浆；

步骤六中下穿后分阶段补充注浆完成后，将既有运营隧道(1)中各隧道监测面的水平位移和累计沉降量均控制在10mm以内。