盾构隧道下穿既有地铁站设计及施工技术

1、盾构隧道下穿既有地铁站设计及施工技术刘力1李怀滨2郑小军3符瑞安1戚洪伟1（1 中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京，102600）（2.中国中铁电气化局集团公司，北京，100036）（3.中交公路规划设计院有限公司，北京，100088）title title titleliu lil, li huaibin2, fu ruianl, qi hongweil, yu panqingl（1. china railway fifth surway and design institute group co.,ltd, beijing 102600, china； 2. china cree rai

2、lway elecreification bureau group, beijing 100036, china）【摘 要】介绍了某盾构区间隧道下穿既有地铁地面站的设计及及施工情况, 重点介绍了工程复杂的地质及周边环境情况，以及针对此情况采取的设计、施工、 监测等方面的措施，并将监测结果与数值模拟预测结果进行对比分析。施工结果 表明，在采取一定措施后，既有地铁站的沉降可以有效控制，从而保证既有地铁 车站的安全，可以为类似工程提供借鉴。【关键词】盾构隧道；下穿；既有线；沉降【abstract introduced both the designand construction of the sh

3、ield tunnel crossing under the existing subway station. mainly des cribed complex engineering geological and the surroundings. aimed at this situation, take measures of design, construction, monitoring, etc. then the results of monitoring and the prediction results of numerical simulation were an al

4、yzed. the result of tunnel con struct! on show that after take several measures, the settleme nt of the existing subway statio n can be effective con trolled, consequently it ensure the safety of existing subway station. also it provided ref ere nee for other similar projectskeywordsj shield tunnel;

5、 design; construction;1引言随着城市轨道交通工程的不断发展，新建地铁下穿既有地铁车站、区间越来 越多，采取合理的技术措施，控制穿越过程中引起的变形在可控范围内，确保既 有地铁车站、区间的安全运行，是地铁设计、施工的重要工作。有关学者对新建盾构隧道下穿既有铁路、地铁等既有结构的影响进行了一些 相关研究1-2,为类似工程提供了借鉴。本文以北京地铁15号线关庄站望京西站盾构区间下穿既有13号线望京西 站工程为依托，结合相关单位对此工程的数值分析【3】及监测成果，以及本工 程的实际特点，对设计、施工中采取的关键技术进行分析、总结，达到保护既有 建筑物的目的。2工程概况北京地铁15

6、号线关庄站望京西站区间，采用盾构法施工，盾构由关庄站始 发，至望京西站接收，途中下穿既有13号线望京西站。13号线望京西站为地面站，两侧为京承高速公路，车站为地上2层框架结 构，柱距8-10m,柱下独立基础，基础埋深4.8m,左右线线间距5m,道床采用 整体道床，车站长142m,宽34.4m,区间斜穿13号线望京西站，与望京西站夹 角约70度，区间结构顶距基础底约88.5m。盾构区间与既有13号线望京西站的关系如图1、图2所示：3地质情况13号线车站下方地层自上而下分别为：杂填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、 粉土、粉质粘土、粘土；主要分布有2层地下水，分别为上层滞水、潜水，上层 滞水含水层为杂填

7、土层，潜水含水层为粉细砂层。盾构区间穿越范围为粉细砂层 3、粉土层2、粉质粘土层，其中盾构拱顶为站4m厚的粉细砂层。4穿越要求及难点根据运营部门的管理规定，依据评估报告【3】的意见，盾构下穿13号线望 京西站轨道沉降控制值为3mm,轨道水平变形控制值为2mm,站房结构沉降差 控制值为5mmo从地质情况及周边环境条件分析，本工程的难点主要有：(1) 穿越位置地层较差，盾构拱部主要是含水粉细砂层，盾构穿越过程中 可能会导致粉细砂层失水，导致沉降超过控制值；(2) 穿越位置距离盾构接收仅67m,距离短，相邻车站已建成，不具备通 过调整区间埋深避开不良地层来降低风险的条件；(3) 13号线望京西站两侧

8、为京承高速公路，现场可以用于作为加固的场地 条件较为紧张。5主要技术措施在施工过程中针对以上特点，采取的主要技术措施有以下几个方面：第一、施工前准备(1) 在穿越施工前，需对穿越地层作详尽细致的勘探，彻底摸清地下空洞、 障害物分布，做好充分准备，提前处理，排除穿越过程中的意外因素。结合超前 注浆钻孔情况，通过注浆，对13号线望京西站站房下方的部分淤泥进行了加固。(2) 在到达望京西站前，选择地质条件类似的地段进行试验，通过试验， 优化盾构掘进时土压力、刀盘扭矩、掘进速度、岀土量、同步注浆量、注浆压力、 浆液配合比等参数，选择地面沉降最小吋的盾构掘进参数，确保盾构通过13号 线望京西站区段为最优

9、参数。第二、超前加固措施在盾构到达13号线望京西站前，利用在京承高速公路与13号线站房之间的 排水沟作为施工场地，向13号线站房基础及轨道下方注浆，注浆管长度在 21m之间，注浆管打入13号线望京西站轨道下面粉细砂层，由地面压注水泥 水玻璃双液浆，注浆压力控制在0.20.5mpa,注浆宽度方向每侧超出盾构范围 3m,对盾构上方粉细砂层进行加固。在轨道正下方每侧预留两根注浆管，穿越 期间根据监测数据进行同步注浆。第三、盾构掘进中的措施(1) 在盾构掘进时，严格控制出土量，实际出土量控制在理论值的95%, 确保地层损失降至最小。(2) 采取措施提高浆液的质量，保证浆液的和易性、流动性和初凝强度。

10、根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来缩短胶凝时间。(3) 采取合适的地层改良措施，改善土体的流塑性、保持进出土顺畅并有 效控制岀土量，确保盾构掘进过程中地层不失水沉降。(4) 本工程采用的浆液及其注入的效果直接关系到车站结构及轨道沉降， 依据本标段线路埋深及地质情况，注浆压力控制在0.2o.smpa,注浆应均匀、 压力适中，如果注浆压力过小，可适当加大注浆量以使注浆压力满足要求，保证 管环背后填充密实，必要时可多次重复注浆，注浆量与掘进速度匹配，保证整个 注浆过程连续，穿13号线期间应保证盾尾密封有效，避免发生因盾尾漏浆而导 致实际注浆量减小的情况。第四、盾构穿过后的措施

11、(1) 盾构通过13号线望京西段使用特殊管片，相邻块管片注浆孔由1个增 加至3个，右线盾构通过后在盾构管片上打设径向注浆管，封顶块1根，每个相 邻块各3根，靠近左线的标准块1根，注浆管长3m,采用无收缩浆液，注浆量 结合注浆压力进行控制，要求浆液凝结时间尽量短，注浆后土体强度高，通过注 浆弥补地层损失，注浆操作要严格保证压力充足，使浆液能有效填充管环外的空 隙，及吋有效控制地面沉降，同吋进一步加固盾构上方及盾构间土体，加固范围 为隧道拱部180度，减小左线盾构推进吋二次扰动引起的沉降叠加，左线通过后 同样打设径向注浆管，通过注浆弥补地层损失，减小地面沉降。注浆期间，需派 专人随时观察轨面沉降(

12、隆起)情况，控制好注浆量及注浆压力，做到信息化施 工。右线通过沉降稳定后，方可进行左线下穿。(2) 盾构靠近扶梯桩基处，施工期间严格控制推进轴线，同时加强对盾构 机与桥桩间的注浆，盾构在桥桩前后各3m范围内，径向注浆范围应达到270度。(3) 盾构通过站房后，根据监测数据的稳定情况，在地面进行补充注浆。6数值模拟情况图3计算模型示意图在盾构周围土体未注浆加固的情况下，新建15号线关庄站望京西站盾构区 间隧道下穿13号线望京西站施工后，既有13号线望京西站道床结构的变形结果 如下：第一条盾构隧道通过后，既有13号线望京西站道床结构的最人横向变形值 为0.836mm,变形方向与掘进方向一致，部位位

13、于道床南端；最大竖向变形值 为3.684mm,下沉变形，部位位于第一条盾构隧道正上方对应的道床位置处。第二条盾构隧道通过后，既有13号线望京西站道床结构的最人横向变形值 为1.483mm,变形方向与掘进方向一致，部位位于道床南端；最大竖向变形值 为6.457mm,下沉变形，部位位于两条盾构隧道中心正上方对应的道床位置处。在盾构周围土体注浆加固的情况下，新建15号线关庄站望京西站盾构区间 隧道下穿13号线望京西站站房基础和道床工程施工后，既有13号线望京西站道 床结构的变形结果如下：第一条盾构隧道通过后，既有13号线望京西站道床结构的最人横向变形值 为0.669mm,变形方向与掘进方向一致，部位

14、位于道床南端；最大竖向变形值 为1.978mm,下沉变形，部位位于第一条盾构隧道正上方对应的道床位置处。第二条盾构隧道通过后，既有13号线望京西站道床结构的最人横向变形值 为1.186mm,变形方向与掘进方向一致，部位位于道床南端；最大竖向变形值 为2.841mm,下沉变形，部位位于两条盾构隧道中心正上方对应的道床位置处。数值模拟结果显示，未对盾构上方土体进行加固前，沉降不满足轨道对于沉 降的要求；对土体进行加固后，可以满足轨道对于沉降的要求。7实测情况施工过程中，对轨道沉降进行了监测，结果如下：西侧轨道累计沉降1.4-1.7mm,东侧轨道累计沉降西侧站房累 计沉降0.91.5mm,东侧站房累计沉降092.3mm。值得注意的是，盾构通过后， 东侧轨道的最大沉降发生在加固区范围外，但未超过警戒值。8结论(1) 盾构区间下穿既有车站前，为保证沉降控制值小于3mm，应采取工前 预加固措施；(2) 盾构区间下穿既有车站后，为进一步减小工后沉降，应采取洞外跟踪 注浆及洞内径向注浆措施；(3) 盾构区间下穿既有线，加固范围应结合