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【摘 要】本文以杭州地铁下穿已施工完成的线路为背景，论述了穿越时的既有隧道的保护措施，及穿越时的施工技术，为杭州地铁同类盾构施工提供参考。
【关键词】盾构;掘进;参数控制;土压平衡
1、工程概况
1.1 工程概述
杭州地铁1号线【九堡东站～下沙西站区间】位于下沙区（区间隧道起点里程为K31+573.447，终点里程为K28+571.326,单线全长3002m，隧道外径6200mm，内径5500mm），隧道从下沙西站过松华河后沿九沙大道向西，过月雅路后沿九沙大道北侧向西，避让规划运河桥至东湖路，下穿临平支线盾构（即已完成的【九堡东站～乔司站】盾构区间）段至九堡东站。沿线主要分布有九沙大道、1号线临平支线、规划运河桥以及沿线1～4层民居等。两段区间隧道纵坡均为“V”型坡，最大坡度为25‰，隧道顶部埋深为9.0～20.6m，最小平面曲线半径为800m，最大平面曲线半径为2000m。
杭州地铁1号线【九堡东站～乔司南站】盾构支线，盾构机从乔司南站下井始发掘进至九堡东站接收。该隧道与【九堡东站～下沙西站】区间左线隧道在里程K28+934.864～K28+823.427范围内发生了立体重叠，重叠段长度为111.437m。九～下区间左线隧道在里程K28+861.2145处与临平支线左线隧道在里程K28+861.215处两条隧道中线重叠；九～下区间左线隧道在里程K28+923.1081处与临平支线右线隧道在里程K28+915.955处两条隧道中线重叠，如图1重叠隧道线路平面图。
重叠处两隧道埋深：临平支线隧道埋深约6.7m；九～下区间隧道埋深约18.4m；两条隧道之间最小距离为4.95m，如图2重叠隧道断面图。
1.2 地质状况
1.2.1 地质状况
两重叠隧道之间地层为③3粉砂夹砂质粉土层：灰色，灰黄色，很湿，稍密，含云母碎屑。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度低，韧性低；③4砂质粉土：灰色，很湿，中密，含云母碎屑，局部夹粘性土薄层。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度低，韧性低，局部缺失，重叠区段土体力学指标见表1。
1.2.2 水文地质
本标段地下水主要为浅层潜水及承压水，具体如下：
⑴ 浅层潜水
浅层潜水主要赋存于上部填土层及粉土、砂土层中，补给来源主要为大气降水及地表水，其静止水位一般在深0.8～2m，高程4.12～5.63m。
沿线场地地下潜水对混凝土结构一般无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋一般不具腐蚀性，但局部钻孔揭露其潜水对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性；对钢结构一般具弱腐蚀性或中等腐蚀性。
⑵ 承压水
沿线承压含水层主要分布于重叠段隧道附近区段，赋存于地层深部的⑿1中砂及⒁1圆砾层中，隔水顶板为其上部的粘性土层。
1.3 周边建筑物及管线情况
重叠段为居民房屋拆迁空地，场地空旷，无其他建筑物及管线。
2、工程难点分析
2.1 变形控制要求高
2.1.1设计通过计算要求新建盾构隧道结构变形控制标准：①临平支线隧道任意一点变形≤20mm；②引起的附加曲率半径应大于15000m，相对弯曲＜1/2500；
2.1.2 地面累计沉降值≤3cm，地面累计隆起值≤1cm
2.2 下穿区间地质条件复杂
盾构穿越区域为粉沙夹砂质粉土和沙质粉土，新建盾构隧道位于沙质粉土地层中，穿越地层地质条件差，该土体摇振反映迅速，扰动后易形成流沙，沉降大，达到稳定沉降所需时间长，穿越前已无条件进行地基加固。
2.3 重叠隧道净距小，且穿越距离长
2.3.1两重叠隧道最小近距仅4.95m；
2.3.2盾构成13.7度斜向穿越已新建盾构隧道底部，穿越距离长达111.44m，新建盾构隧道结构松弛控制难度大。
3、施工方案的确定
3.1 盾构掘进引起地层变形的因素
盾构掘进引起的土体变形通常取决于以下因素：施工引起的地层损、地层初始应力的改变、扰动土体的固结与土体的蠕变、隧道结构的变形、及其他因素等。施工引起的地层损失主要由正常的地层损失、不正常的地层损失以及灾害性的地层损失组成，盾构掘进中的施工工艺是造成地层损失的主要因素。为此，盾构施工关键在于怎样减少地层的不正常损失及灾害性的地层损失。
3.2 对新建隧道结构的加固
除对新建隧道穿越范围内的管片螺栓进行复紧外还在新建隧道内利用预先准备好的槽钢和连接件将沉降点左右24m范围内管片进行4道纵向加固联系条，将管片连成一体，形成整体受力，如图3：临平支线隧道管片加固图。
3.3 控制推进速度，严禁急纠盾构姿态
盾构推进速度对既有隧道的隆沉变形影响较大，推进速度须考虑土仓压力等综合因素，确保匀速通过。盾构掘进时要求：推进速度控制在20mm/min、不间断监测盾尾间隙、不断复核盾构纠偏量、并结合监测数据及时调整施工参数、每10环测量一次管片姿态、杜绝大幅度纠偏、以减少地层损失和周围土体的挠动，降低对既有隧道的影响。
3.4 信息化施工
为减小盾构施工对既有隧道的影响，及时掌握既有隧道的变形情况，动态调整盾构掘进施工参数。施工前在既有隧道内布置监测点（隧道内每5环在隧顶、底各布设一个沉降点、腰部布设一组收敛点）布置图见图4，对既有隧道的变形情况实时监控。
项目组织监测人员每2小时监测一次（异常时加密频次），24小时不间断进行，将每次监测结果第一时间反馈至盾构操作间，以供参考。同时及时分析监测数据，掌控既有隧道变形情况与盾构施工参数调整间的关系，达到动态平衡，很好的指导了施工。
4、施工中的问题及采取措施
4.1 严格控制土仓压力
盾构掘进过程中，盾构切屑面土体受到水平支护应力（即：当掘削土体涌入土仓时，由于盾构的推进作用，致使掘削土体对掘削面加压产生的压力）与原始侧向应力（即：掘削地层的土压+水压）关系，当水平支护应力小于原始侧向应力，切屑面土体向土仓方向移动，引起地层损失而导致盾构刀盘上方地面沉陷，引起新建隧道结构变形；相反，会使盾构刀盘前上方土体隆起，引起新建隧道结构变形。所以，合理控制土仓压力对减少地层损失造成的地层位移效果明显。在穿越该区间推进过程中土压力设置值为静止土压力的1.008~1.085倍（0.26~0.28MPa），实际控制值为静止土压力的0.930~1.0倍（0.24~0.26MPa）。现场监测数据表明，按此压力控制掘进过程中刀盘前方新建隧道结构均有0.4mm~1.5mm的隆起。
4.2 合理选用注浆工艺，有效控制地面沉降
4.2.1 同步注浆。施工过程中采用同步注浆和二次注浆相结合的措施，填充脱出盾尾的管片与土体间的间隙及浆液收缩间隙，达到防止地层变形的目的。同步注浆量往往超过理论空隙体积，每环实际同步注浆量均控制在4.8~5.1m3（设计每环注浆量3.4m3）。注浆浆液配比为：水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水=120：400：100：830：720（质量比）。
4.2.2 二次注浆。因同步注浆浆液早期强度低，隧道受侧向分力影响大的问题，在管片脱出盾尾8~10环后，结合监测数据当地面沉降达到2mm时，及时进行二次补充注浆，浆液采用单液浆，每环注浆量控制在0.5m3以内。为增强扰动后地层的稳定性，在盾构下穿既有隧道前10环和盾尾脱出既有隧道后10环逐环通过6个注浆孔位注入单液浆进行封环。
4.2.3 注浆孔布置。⑴ 盾构下穿既有隧道前对同步注浆系统进行系统的检修，确保注浆管路的畅通，保证同步注浆的饱满。减少现施工隧道的沉降量，并有一定量的隆起。⑵根据监测数据通过从15点、1点两个注浆孔隔环注入单液浆。
4.2.4 注浆压力及速度控制。⑴ 同步注浆整个注浆过程中，压力控制在0.45MPa以内，每环注浆量均控制在4.8~5.1m3范围内（如出现漏浆等异常情况时，根据实际情况调整注浆量）。⑵ 二次注浆压力控制在0.2MPa以内，浆液配比，采用水：水泥=1：1的单液浆或水泥浆：水玻璃溶液=1：1的双液浆（水：水玻璃=3：1），根据监测数据控制注浆量（本区间每环注浆量约0.5m3）。
4.2.5 注浆效果
盾构穿越既有隧道的初期及稳定后，其监测数据显示地面最大沉降量为5.3mm，确保了新建隧道结构的稳定。
5、体会
沙质粉土地层中在无地层加固条件下，盾构穿越既有隧道施工应注意以下几点：⑴为提高隧道抗变形能力，对既有隧道进行预先加固；⑵为减少地层不正常损失引起的地层位移，设置合理的施工参数；⑶在同步注浆必须饱满的情况下，进行二次补充注浆；⑷做到信息化施工，动态控制盾构施工的每一环节。
参考文献
[1]《地下铁道工程施工及验收规范》 2003版
[2]《中国隧道及地下工程修建技术》 王梦恕
[3]《盾构法隧道施工与验收规范》 2008-09-01
[4]《建筑变形测量规范》 2008-03-01
[5]《城市轨道交通工程测量规范》 2008-09-01
[6]《简明施工计算手册》 江正荣
【关键词】盾构;掘进;参数控制;土压平衡
1、工程概况
1.1 工程概述
杭州地铁1号线【九堡东站～下沙西站区间】位于下沙区（区间隧道起点里程为K31+573.447，终点里程为K28+571.326,单线全长3002m，隧道外径6200mm，内径5500mm），隧道从下沙西站过松华河后沿九沙大道向西，过月雅路后沿九沙大道北侧向西，避让规划运河桥至东湖路，下穿临平支线盾构（即已完成的【九堡东站～乔司站】盾构区间）段至九堡东站。沿线主要分布有九沙大道、1号线临平支线、规划运河桥以及沿线1～4层民居等。两段区间隧道纵坡均为“V”型坡，最大坡度为25‰，隧道顶部埋深为9.0～20.6m，最小平面曲线半径为800m，最大平面曲线半径为2000m。
杭州地铁1号线【九堡东站～乔司南站】盾构支线，盾构机从乔司南站下井始发掘进至九堡东站接收。该隧道与【九堡东站～下沙西站】区间左线隧道在里程K28+934.864～K28+823.427范围内发生了立体重叠，重叠段长度为111.437m。九～下区间左线隧道在里程K28+861.2145处与临平支线左线隧道在里程K28+861.215处两条隧道中线重叠；九～下区间左线隧道在里程K28+923.1081处与临平支线右线隧道在里程K28+915.955处两条隧道中线重叠，如图1重叠隧道线路平面图。
重叠处两隧道埋深：临平支线隧道埋深约6.7m；九～下区间隧道埋深约18.4m；两条隧道之间最小距离为4.95m，如图2重叠隧道断面图。
1.2 地质状况
1.2.1 地质状况
两重叠隧道之间地层为③3粉砂夹砂质粉土层：灰色，灰黄色，很湿，稍密，含云母碎屑。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度低，韧性低；③4砂质粉土：灰色，很湿，中密，含云母碎屑，局部夹粘性土薄层。摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度低，韧性低，局部缺失，重叠区段土体力学指标见表1。
1.2.2 水文地质
本标段地下水主要为浅层潜水及承压水，具体如下：
⑴ 浅层潜水
浅层潜水主要赋存于上部填土层及粉土、砂土层中，补给来源主要为大气降水及地表水，其静止水位一般在深0.8～2m，高程4.12～5.63m。
沿线场地地下潜水对混凝土结构一般无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋一般不具腐蚀性，但局部钻孔揭露其潜水对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性；对钢结构一般具弱腐蚀性或中等腐蚀性。
⑵ 承压水
沿线承压含水层主要分布于重叠段隧道附近区段，赋存于地层深部的⑿1中砂及⒁1圆砾层中，隔水顶板为其上部的粘性土层。
1.3 周边建筑物及管线情况
重叠段为居民房屋拆迁空地，场地空旷，无其他建筑物及管线。
2、工程难点分析
2.1 变形控制要求高
2.1.1设计通过计算要求新建盾构隧道结构变形控制标准：①临平支线隧道任意一点变形≤20mm；②引起的附加曲率半径应大于15000m，相对弯曲＜1/2500；
2.1.2 地面累计沉降值≤3cm，地面累计隆起值≤1cm
2.2 下穿区间地质条件复杂
盾构穿越区域为粉沙夹砂质粉土和沙质粉土，新建盾构隧道位于沙质粉土地层中，穿越地层地质条件差，该土体摇振反映迅速，扰动后易形成流沙，沉降大，达到稳定沉降所需时间长，穿越前已无条件进行地基加固。
2.3 重叠隧道净距小，且穿越距离长
2.3.1两重叠隧道最小近距仅4.95m；
2.3.2盾构成13.7度斜向穿越已新建盾构隧道底部，穿越距离长达111.44m，新建盾构隧道结构松弛控制难度大。
3、施工方案的确定
3.1 盾构掘进引起地层变形的因素
盾构掘进引起的土体变形通常取决于以下因素：施工引起的地层损、地层初始应力的改变、扰动土体的固结与土体的蠕变、隧道结构的变形、及其他因素等。施工引起的地层损失主要由正常的地层损失、不正常的地层损失以及灾害性的地层损失组成，盾构掘进中的施工工艺是造成地层损失的主要因素。为此，盾构施工关键在于怎样减少地层的不正常损失及灾害性的地层损失。
3.2 对新建隧道结构的加固
除对新建隧道穿越范围内的管片螺栓进行复紧外还在新建隧道内利用预先准备好的槽钢和连接件将沉降点左右24m范围内管片进行4道纵向加固联系条，将管片连成一体，形成整体受力，如图3：临平支线隧道管片加固图。
3.3 控制推进速度，严禁急纠盾构姿态
盾构推进速度对既有隧道的隆沉变形影响较大，推进速度须考虑土仓压力等综合因素，确保匀速通过。盾构掘进时要求：推进速度控制在20mm/min、不间断监测盾尾间隙、不断复核盾构纠偏量、并结合监测数据及时调整施工参数、每10环测量一次管片姿态、杜绝大幅度纠偏、以减少地层损失和周围土体的挠动，降低对既有隧道的影响。
3.4 信息化施工
为减小盾构施工对既有隧道的影响，及时掌握既有隧道的变形情况，动态调整盾构掘进施工参数。施工前在既有隧道内布置监测点（隧道内每5环在隧顶、底各布设一个沉降点、腰部布设一组收敛点）布置图见图4，对既有隧道的变形情况实时监控。
项目组织监测人员每2小时监测一次（异常时加密频次），24小时不间断进行，将每次监测结果第一时间反馈至盾构操作间，以供参考。同时及时分析监测数据，掌控既有隧道变形情况与盾构施工参数调整间的关系，达到动态平衡，很好的指导了施工。
4、施工中的问题及采取措施
4.1 严格控制土仓压力
盾构掘进过程中，盾构切屑面土体受到水平支护应力（即：当掘削土体涌入土仓时，由于盾构的推进作用，致使掘削土体对掘削面加压产生的压力）与原始侧向应力（即：掘削地层的土压+水压）关系，当水平支护应力小于原始侧向应力，切屑面土体向土仓方向移动，引起地层损失而导致盾构刀盘上方地面沉陷，引起新建隧道结构变形；相反，会使盾构刀盘前上方土体隆起，引起新建隧道结构变形。所以，合理控制土仓压力对减少地层损失造成的地层位移效果明显。在穿越该区间推进过程中土压力设置值为静止土压力的1.008~1.085倍（0.26~0.28MPa），实际控制值为静止土压力的0.930~1.0倍（0.24~0.26MPa）。现场监测数据表明，按此压力控制掘进过程中刀盘前方新建隧道结构均有0.4mm~1.5mm的隆起。
4.2 合理选用注浆工艺，有效控制地面沉降
4.2.1 同步注浆。施工过程中采用同步注浆和二次注浆相结合的措施，填充脱出盾尾的管片与土体间的间隙及浆液收缩间隙，达到防止地层变形的目的。同步注浆量往往超过理论空隙体积，每环实际同步注浆量均控制在4.8~5.1m3（设计每环注浆量3.4m3）。注浆浆液配比为：水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水=120：400：100：830：720（质量比）。
4.2.2 二次注浆。因同步注浆浆液早期强度低，隧道受侧向分力影响大的问题，在管片脱出盾尾8~10环后，结合监测数据当地面沉降达到2mm时，及时进行二次补充注浆，浆液采用单液浆，每环注浆量控制在0.5m3以内。为增强扰动后地层的稳定性，在盾构下穿既有隧道前10环和盾尾脱出既有隧道后10环逐环通过6个注浆孔位注入单液浆进行封环。
4.2.3 注浆孔布置。⑴ 盾构下穿既有隧道前对同步注浆系统进行系统的检修，确保注浆管路的畅通，保证同步注浆的饱满。减少现施工隧道的沉降量，并有一定量的隆起。⑵根据监测数据通过从15点、1点两个注浆孔隔环注入单液浆。
4.2.4 注浆压力及速度控制。⑴ 同步注浆整个注浆过程中，压力控制在0.45MPa以内，每环注浆量均控制在4.8~5.1m3范围内（如出现漏浆等异常情况时，根据实际情况调整注浆量）。⑵ 二次注浆压力控制在0.2MPa以内，浆液配比，采用水：水泥=1：1的单液浆或水泥浆：水玻璃溶液=1：1的双液浆（水：水玻璃=3：1），根据监测数据控制注浆量（本区间每环注浆量约0.5m3）。
4.2.5 注浆效果
盾构穿越既有隧道的初期及稳定后，其监测数据显示地面最大沉降量为5.3mm，确保了新建隧道结构的稳定。
5、体会
沙质粉土地层中在无地层加固条件下，盾构穿越既有隧道施工应注意以下几点：⑴为提高隧道抗变形能力，对既有隧道进行预先加固；⑵为减少地层不正常损失引起的地层位移，设置合理的施工参数；⑶在同步注浆必须饱满的情况下，进行二次补充注浆；⑷做到信息化施工，动态控制盾构施工的每一环节。
参考文献
[1]《地下铁道工程施工及验收规范》 2003版
[2]《中国隧道及地下工程修建技术》 王梦恕
[3]《盾构法隧道施工与验收规范》 2008-09-01
[4]《建筑变形测量规范》 2008-03-01
[5]《城市轨道交通工程测量规范》 2008-09-01
[6]《简明施工计算手册》 江正荣