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【摘 要】 该文结合某隧道工程，介绍了盾构在穿越轨道交通4号线地下区间施工时所采取的施工技术和措施。在充分了解了周边环境、相邻构筑物、管线、盾构机、特定的水文地质条件以后，把盾构穿越分为3个阶段，在试推进阶段收集盾构推进参数，在穿越阶段控制盾构施工参数，在穿越后阶段根据沉降监测情况进行后期补压浆。同时考虑好穿越轨道交通运营线时在不良地层中推进的技术措施，以及做好隧道轴线、地面沉降变形和临近构筑物管线的监测工作，做好信息化施工管理，做到数据及时采集、及时分析、及时指导施工。并做好应急预案。其成果可供同行借鉴。
【关键词】 隧道工程;穿越轨道交通运营线;施工技术;不良地层技术措施
引言：
随着既有铁路网络的发展，新建隧道穿越正在运营的既有车站的工程将越来越多。目前，国内外许多专家学者已经对各种工法下穿既有地铁构筑物开展了控制沉降量方面的研究。
一、盾构穿越铁路风险分析
对盾构穿越铁路的风险分析是非常重要的一个步骤，可以根据以往经验，先对穿越铁路的工况采用有限元模型进行模拟分析，为制定穿越铁路方案提供理论支持。有限元模型尺寸可以根据经验来确定，然后进行优化以形成有限元网格。对于该网格可以进行模拟土体开挖，还可以利用ADINA软件中单元生死的技术来模拟隧道开挖过程。正如文献[2]指出的是，单元死掉是刚度消失的过程，ADINA的单元死掉可以让其刚度在一段时间内变化，最终为零，这可以用于模拟施工过程的时间效应，从而实现控制应力释放率的大小。
二、工程概况
某隧道工程长度累计3947m，共3287环。隧道内径φ5500mm;隧道外径6200mm;管片厚度为350mm。衬砌采用预制钢筋混凝土管片，通缝拼装。管片环全环共6块管片构成，环宽1200mm。管片强度等级C55、抗渗等级为S10。
该区间下穿段埋深23.45～23.5m，区间开挖范围内主要穿越粉土层、中细砂层、粉质黏土层，局部夹杂卵石层，开挖范围内拱部位于粉土层。本区间地段有4层地下水：第1层为上层滞水（较普遍存在）距隧道上方约9.7m;第2层层间滞留水距隧道上方约2.8m;第3层层间滞留水距隧道下方约1m;第4层潜水距隧道下方约3m。盾构下穿段地质情况见图1。
三、盾构机
该工程采用Φ6340mm加泥式土压平衡盾构进行掘进。主要技术参数：盾构机最小转弯曲线半径350m，最大坡度25‰，主机最大推力34208kN，最大掘进速度60mm/min，盾尾三道盾尾刷（两道钢丝刷、一道钢板刷），刀盘扭矩5632/5562kN·m，开口率35%，刀具一用一备。
图1 盾构下穿既有站地质剖面图
四、隧道下穿轨道交通地铁线施工步骤
（一）施工准备
1、现场踏勘及资料收集
在穿越施工前约1个月，通过相关部门配合到盾构欲穿越段的地铁结构内部进行现场踏勘，了解现场的工况条件。施工过程中将穿越的轨道交通4号线已投入运营，因此施工前需到地铁运营管理部门联系，争取取得该线路运营期间（近期）监测的资料数据，以进一步了解该结构的变形情况。
2、管片预留注浆孔
为了有效地控制盾构穿越前后的地面及运营中地铁线的沉降和位移，在穿越区及前后的管片上适当增加注浆孔数量，每环管片增开10个注浆孔，邻接块、标准块及落底块分别增开2孔。
（二）既有站下方土体加固
新建隧道拱顶距离既有站底板最近处仅2.5m，夹层土体较薄，既有站基坑在开挖过程中可能已经造成一定的扰动，且既有站上方为北二环鼓楼桥，荷载负重较大，新建隧道盾构在施工过程中，极易造成土体坍塌，对控制既有站沉降有不利影响，需进行加固处理。
（三）施工关键技术
1、掘进参数的优化技术
最佳盾构推进是指盾构推进中对周围地层及地面的影响最小，表现在地层的下降小、受到扰动小、超孔隙水压小、地面隆沉小以及盾尾脱开后的实沉幅度小，这些理想指标也是盾构施工中控制地面沉降、保護环境的首要条件和治本办法。盾构掘进主要由十个参数控制，即前仓压力、千斤顶顶力及分布、推进速度、盾构坡度、纠偏方向与纠偏量、浆液配式、数量、压力等。这10个参数，既是独立的，又有互相匹配、优化组合的问题，其根本目的，是控制盾构推进轴线偏差不超出允许范围及尽量减少地层变形的影响。建造高质量隧道的手段目的是使衬砌成环后连接形成的隧道轴线为最佳状态;保推进沿线建筑物及地下管线不受或少受影响，避免灾害性事故的发生。推进中参数优化组合的宏观表现就是地表变形的控制，同时必须配以相应的监测手段，将实测的各类数据与监测的地表沉降值整理分析、优化组合，指导下一步的掘进，实行信息化施工。
1）出土量控制
盾构排土量多少直接影响到盾构开挖面稳定盾构正面土压力，控制排土量是控制地表变形的重要措施。盾构在一定盾构正面土压力，其排土量取决于螺旋输送机的转速，而螺旋输送机的转速则和盾构千斤顶推进速度自动协调控制。按国外统计，在主动破坏和被动破坏限界之间的开挖面稳定区间内，压力差和排土量大致成比例关系。出土量应控制在理论值的95%左右，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。
2）掘进速度
掘进速度参量的选取应掌握使土体尽量的切削而不是挤压。过量的挤压，势必产生前仓内外压差，增加对地层的扰动。当在无结构物下面正常推进，速度可控制在20～30mm/min之间;盾构纠偏时，应取较小速度。同样，不同的地质条件，推进速度亦应不同。因土压平衡是依赖排土来控制的，所以，前仓的入土量必须与排土量匹配。合理设定土压力控制值的同时应限制推进速度。
2、同步注浆
在盾构工法中注浆施工是一个必不可少的重要施工环节，把握好该环节与其它施工环节的配合是盾构施工的关键之一，也是过轨施工控制地表沉降的关键点。盾构机的注浆方式采用由地面上制浆设备把浆液压送到盾构机台车上的浆液箱内，再由装在台车上的注浆泵注入的。同步注浆设备基本上由材料贮藏设备、计量设备、拌浆机、贮液槽仁料斗、搅拌器、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录装置等构成。单液型浆液由水泥、粉煤灰、膨润土、减水剂加水以合理的配比，经充分搅拌获得。根据不同地质情况、运输距离的远近，应采用不同凝结时间的浆液配合比。为了使浆液很好的充填于管片的外侧间隙，必须以一定的压力压送浆液。注入压力大小通常选择为地层土压力加上0.1～0.2MPa之和。注浆压力，在理论上只需使浆液压入口的压力大于该处水土压力之和，即能使建筑空隙得以充盈。但压浆压力不能太大，否则会使周围土层产生劈裂，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的后期沉降及影响盾构隧道管片的稳定性。掘进阶段，可按，其中，为土容重，h为隧道上覆土厚度。确定注浆压力。图2为同步注浆示意图。 图2
3、二次注浆
通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力。同时对盾构推力导致的，在管片、注浆材料、围岩之间产生的剥离状态进行填充并使其一体化，提高止水效果。注浆孔的位置选择对注浆效果起重要作用，从便于施工和注浆效果两方面综合考虑。注浆顺序为：两侧注浆一隧顶注浆一隧底注浆。注浆材料使用同步注浆材料。二次注浆压力按比同步注浆压力高出0.01～O.O5MPa来控制。
4、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，当盾构停在地铁隧道下方拼装时，应避免盾构机的后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待2～3min之后，到周圍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地少，并应逐一伸缩千斤顶，可以满足管片拼装即可，保持开挖面的平衡压力。拼装过程中，盾构司机注意土压力的控制，必要时通过反转螺旋机维持盾构前方土体平衡。同时，尽量熟练拼装工艺，确保优质快速拼装管片。
5、土体改良技术
螺旋输送机能否顺畅排土是土压管理的基本前提。为此，需对切削下来的土体加泥、加水或加化学泡沫以控制土仓内土砂的塑性、泌水性、流动性（即塑流性）处于适当地范围内，保证螺旋输送机顺畅排土、避免土压力值波动。可以考虑采用加泥盾构工法。把高浓度的泥浆注入到掘削土砂中，不仅可以使泥土的流动性提高、抗渗性提高，还有防止粘附和降低刀具、掘削辐条、螺旋输送机等构件的磨耗;同时还可降低刀盘和螺旋输送机的扭矩。根据盾构穿越结构段工程地质条件，结合盾构机性能，盾构掘进施工中，当切削土为粘土或粉质粘土、粘质粉土时，加泥浆可以改善粘土在刀盘和螺旋输送机上的粘附性，通过刀盘切削搅拌和螺旋输送机传动，能具有很大的塑流性。泥浆是由膨润土和水按一定比例混合而成，浓度控制在5～30%之间。需要浸泡24小时以后使用，以保证泥浆注入效果。图3为土压平衡式盾构原理图。
图3 土压平衡式盾构原理图
6、监控测量技术
监测的目的主要是通过监测及时了解和掌握盾构施工过程中地表沉降情况及规律性;了解施工过程中因地表沉降而引起的结构物下沉及倾斜情况，并根据前一步的观测结果预测下一步地表沉降和周围结构物的影响，研究地层特性、施工参数和地表沉降的关系，以便及时调整施工参数，采取施工措施。因此，通过监测手段掌握由盾构施工引起的周围地层的移动规律，及时采取必要的技术措施改进施工工艺，对于控制周围地层位移量，确保邻近建筑物的安全是非常重要的。
五、结束语
经过精心组织，该项质构穿越轨道交通线路的施工技术及措施达到了预期效果。在试推进阶段（230环～239环）推力由3200t逐渐降到了3000t以内，推进速度控制在1.2cm/min，同步注浆3.5m3/环;在穿越阶段（240环～255环）控制总推力在3000t左右，推进速度在1.1～1.6cm/min，同步注浆4m3/环;在穿越后阶段（256环～275环）总推力由3000t逐步提升到3500t，推进速度逐步提升到2.5cm/min，同步注浆3.5m3/环。
参考文献：
[1]陈鹏.盾构掘进同步注浆技术的应用[J].中国新技术新产品，2010，（02）.
[2]鲍永亮，郑七振，唐建忠.盾构隧道穿越既有建筑物施工技术[J].铁道建筑，2009，（04）.
【关键词】 隧道工程;穿越轨道交通运营线;施工技术;不良地层技术措施
引言：
随着既有铁路网络的发展，新建隧道穿越正在运营的既有车站的工程将越来越多。目前，国内外许多专家学者已经对各种工法下穿既有地铁构筑物开展了控制沉降量方面的研究。
一、盾构穿越铁路风险分析
对盾构穿越铁路的风险分析是非常重要的一个步骤，可以根据以往经验，先对穿越铁路的工况采用有限元模型进行模拟分析，为制定穿越铁路方案提供理论支持。有限元模型尺寸可以根据经验来确定，然后进行优化以形成有限元网格。对于该网格可以进行模拟土体开挖，还可以利用ADINA软件中单元生死的技术来模拟隧道开挖过程。正如文献[2]指出的是，单元死掉是刚度消失的过程，ADINA的单元死掉可以让其刚度在一段时间内变化，最终为零，这可以用于模拟施工过程的时间效应，从而实现控制应力释放率的大小。
二、工程概况
某隧道工程长度累计3947m，共3287环。隧道内径φ5500mm;隧道外径6200mm;管片厚度为350mm。衬砌采用预制钢筋混凝土管片，通缝拼装。管片环全环共6块管片构成，环宽1200mm。管片强度等级C55、抗渗等级为S10。
该区间下穿段埋深23.45～23.5m，区间开挖范围内主要穿越粉土层、中细砂层、粉质黏土层，局部夹杂卵石层，开挖范围内拱部位于粉土层。本区间地段有4层地下水：第1层为上层滞水（较普遍存在）距隧道上方约9.7m;第2层层间滞留水距隧道上方约2.8m;第3层层间滞留水距隧道下方约1m;第4层潜水距隧道下方约3m。盾构下穿段地质情况见图1。
三、盾构机
该工程采用Φ6340mm加泥式土压平衡盾构进行掘进。主要技术参数：盾构机最小转弯曲线半径350m，最大坡度25‰，主机最大推力34208kN，最大掘进速度60mm/min，盾尾三道盾尾刷（两道钢丝刷、一道钢板刷），刀盘扭矩5632/5562kN·m，开口率35%，刀具一用一备。
图1 盾构下穿既有站地质剖面图
四、隧道下穿轨道交通地铁线施工步骤
（一）施工准备
1、现场踏勘及资料收集
在穿越施工前约1个月，通过相关部门配合到盾构欲穿越段的地铁结构内部进行现场踏勘，了解现场的工况条件。施工过程中将穿越的轨道交通4号线已投入运营，因此施工前需到地铁运营管理部门联系，争取取得该线路运营期间（近期）监测的资料数据，以进一步了解该结构的变形情况。
2、管片预留注浆孔
为了有效地控制盾构穿越前后的地面及运营中地铁线的沉降和位移，在穿越区及前后的管片上适当增加注浆孔数量，每环管片增开10个注浆孔，邻接块、标准块及落底块分别增开2孔。
（二）既有站下方土体加固
新建隧道拱顶距离既有站底板最近处仅2.5m，夹层土体较薄，既有站基坑在开挖过程中可能已经造成一定的扰动，且既有站上方为北二环鼓楼桥，荷载负重较大，新建隧道盾构在施工过程中，极易造成土体坍塌，对控制既有站沉降有不利影响，需进行加固处理。
（三）施工关键技术
1、掘进参数的优化技术
最佳盾构推进是指盾构推进中对周围地层及地面的影响最小，表现在地层的下降小、受到扰动小、超孔隙水压小、地面隆沉小以及盾尾脱开后的实沉幅度小，这些理想指标也是盾构施工中控制地面沉降、保護环境的首要条件和治本办法。盾构掘进主要由十个参数控制，即前仓压力、千斤顶顶力及分布、推进速度、盾构坡度、纠偏方向与纠偏量、浆液配式、数量、压力等。这10个参数，既是独立的，又有互相匹配、优化组合的问题，其根本目的，是控制盾构推进轴线偏差不超出允许范围及尽量减少地层变形的影响。建造高质量隧道的手段目的是使衬砌成环后连接形成的隧道轴线为最佳状态;保推进沿线建筑物及地下管线不受或少受影响，避免灾害性事故的发生。推进中参数优化组合的宏观表现就是地表变形的控制，同时必须配以相应的监测手段，将实测的各类数据与监测的地表沉降值整理分析、优化组合，指导下一步的掘进，实行信息化施工。
1）出土量控制
盾构排土量多少直接影响到盾构开挖面稳定盾构正面土压力，控制排土量是控制地表变形的重要措施。盾构在一定盾构正面土压力，其排土量取决于螺旋输送机的转速，而螺旋输送机的转速则和盾构千斤顶推进速度自动协调控制。按国外统计，在主动破坏和被动破坏限界之间的开挖面稳定区间内，压力差和排土量大致成比例关系。出土量应控制在理论值的95%左右，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。
2）掘进速度
掘进速度参量的选取应掌握使土体尽量的切削而不是挤压。过量的挤压，势必产生前仓内外压差，增加对地层的扰动。当在无结构物下面正常推进，速度可控制在20～30mm/min之间;盾构纠偏时，应取较小速度。同样，不同的地质条件，推进速度亦应不同。因土压平衡是依赖排土来控制的，所以，前仓的入土量必须与排土量匹配。合理设定土压力控制值的同时应限制推进速度。
2、同步注浆
在盾构工法中注浆施工是一个必不可少的重要施工环节，把握好该环节与其它施工环节的配合是盾构施工的关键之一，也是过轨施工控制地表沉降的关键点。盾构机的注浆方式采用由地面上制浆设备把浆液压送到盾构机台车上的浆液箱内，再由装在台车上的注浆泵注入的。同步注浆设备基本上由材料贮藏设备、计量设备、拌浆机、贮液槽仁料斗、搅拌器、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录装置等构成。单液型浆液由水泥、粉煤灰、膨润土、减水剂加水以合理的配比，经充分搅拌获得。根据不同地质情况、运输距离的远近，应采用不同凝结时间的浆液配合比。为了使浆液很好的充填于管片的外侧间隙，必须以一定的压力压送浆液。注入压力大小通常选择为地层土压力加上0.1～0.2MPa之和。注浆压力，在理论上只需使浆液压入口的压力大于该处水土压力之和，即能使建筑空隙得以充盈。但压浆压力不能太大，否则会使周围土层产生劈裂，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的后期沉降及影响盾构隧道管片的稳定性。掘进阶段，可按，其中，为土容重，h为隧道上覆土厚度。确定注浆压力。图2为同步注浆示意图。 图2
3、二次注浆
通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力。同时对盾构推力导致的，在管片、注浆材料、围岩之间产生的剥离状态进行填充并使其一体化，提高止水效果。注浆孔的位置选择对注浆效果起重要作用，从便于施工和注浆效果两方面综合考虑。注浆顺序为：两侧注浆一隧顶注浆一隧底注浆。注浆材料使用同步注浆材料。二次注浆压力按比同步注浆压力高出0.01～O.O5MPa来控制。
4、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，当盾构停在地铁隧道下方拼装时，应避免盾构机的后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待2～3min之后，到周圍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地少，并应逐一伸缩千斤顶，可以满足管片拼装即可，保持开挖面的平衡压力。拼装过程中，盾构司机注意土压力的控制，必要时通过反转螺旋机维持盾构前方土体平衡。同时，尽量熟练拼装工艺，确保优质快速拼装管片。
5、土体改良技术
螺旋输送机能否顺畅排土是土压管理的基本前提。为此，需对切削下来的土体加泥、加水或加化学泡沫以控制土仓内土砂的塑性、泌水性、流动性（即塑流性）处于适当地范围内，保证螺旋输送机顺畅排土、避免土压力值波动。可以考虑采用加泥盾构工法。把高浓度的泥浆注入到掘削土砂中，不仅可以使泥土的流动性提高、抗渗性提高，还有防止粘附和降低刀具、掘削辐条、螺旋输送机等构件的磨耗;同时还可降低刀盘和螺旋输送机的扭矩。根据盾构穿越结构段工程地质条件，结合盾构机性能，盾构掘进施工中，当切削土为粘土或粉质粘土、粘质粉土时，加泥浆可以改善粘土在刀盘和螺旋输送机上的粘附性，通过刀盘切削搅拌和螺旋输送机传动，能具有很大的塑流性。泥浆是由膨润土和水按一定比例混合而成，浓度控制在5～30%之间。需要浸泡24小时以后使用，以保证泥浆注入效果。图3为土压平衡式盾构原理图。
图3 土压平衡式盾构原理图
6、监控测量技术
监测的目的主要是通过监测及时了解和掌握盾构施工过程中地表沉降情况及规律性;了解施工过程中因地表沉降而引起的结构物下沉及倾斜情况，并根据前一步的观测结果预测下一步地表沉降和周围结构物的影响，研究地层特性、施工参数和地表沉降的关系，以便及时调整施工参数，采取施工措施。因此，通过监测手段掌握由盾构施工引起的周围地层的移动规律，及时采取必要的技术措施改进施工工艺，对于控制周围地层位移量，确保邻近建筑物的安全是非常重要的。
五、结束语
经过精心组织，该项质构穿越轨道交通线路的施工技术及措施达到了预期效果。在试推进阶段（230环～239环）推力由3200t逐渐降到了3000t以内，推进速度控制在1.2cm/min，同步注浆3.5m3/环;在穿越阶段（240环～255环）控制总推力在3000t左右，推进速度在1.1～1.6cm/min，同步注浆4m3/环;在穿越后阶段（256环～275环）总推力由3000t逐步提升到3500t，推进速度逐步提升到2.5cm/min，同步注浆3.5m3/环。
参考文献：
[1]陈鹏.盾构掘进同步注浆技术的应用[J].中国新技术新产品，2010，（02）.
[2]鲍永亮，郑七振，唐建忠.盾构隧道穿越既有建筑物施工技术[J].铁道建筑，2009，（04）.