盾构连续密集穿越不同类型轨交设施的施工方法与流程

本发明涉及一种盾构穿越施工方法，尤其是一种盾构连续密集穿越不同类型轨交设施的施工方法。

背景技术：

随着城市建设的发展，地上、地下交通种类日益丰富，轨道交通、高架等迅速发展，整个城市的交通网络变得越来越密集。同时随着地下空间的开发，可利用的地下空间变得越来越稀缺，使得地铁线路的选择余地也越来越小。在此情况下，新建地铁线路难免会以穿越既有轨道交通和高架的形式布置。这无疑给盾构法隧道施工带来了巨大挑战。因此，如何保证盾构法隧道顺利穿越且保证被穿越的交通线路安全正常使用，就成了施工中的主要问题。

在国内轨道交通较发达的城市已先后进行了盾构穿越既有地铁隧道、地铁车站、高架桩基的技术研究，并取得一定成果。但盾构连续密集穿越不同类型轨交设施的工程实例很少，尚未形成系统化、专业化的一整套施工工艺，如何顺利穿越且不影响周边环境以及运营中的上部结构安全是施工中需要解决的难题。

上海轨道交通18号线工程土建工程11标龙阳路站～迎春路站区间隧道工程，采用两台盾小松φ6760盾构机分别自迎春路站始发，沿上、下行线过中间风井后向龙阳路站推进并进洞。其中上行线迎春路站～中间风井长844.883m，下行线迎春路站～中间风井长845.792m，上行线中间风井～龙阳路站长1231.857m，下行线中间风井～龙阳路站长1230.882m。盾构从中间风井二次始发并掘进1006m后开始侧穿龙阳路内环高架及其桩基、下穿运营中地铁7号线龙阳路站～芳华路站区间隧道、下穿运营中地铁2号线龙阳路站、侧穿磁悬浮高架桩基、侧穿16号线高架及其桩基之后于龙阳路站进洞。穿越总长度约224m，其中与7号线隧道叠交长度约22m；与2号线龙阳路站叠交长度约22m；磁悬浮龙阳路站位于本区间东侧，其桩基与上行线隧道最小水平净距为13.48m；16号线龙阳路站位于本区间东侧，其桩基与上行线隧道最小水平净距为7.5m。

穿越区域拟建隧道所处地层主要为⑤1-2层粉质粘土、⑥层粉质粘土、⑦1-1层砂质粉土夹粉质粘土，为上软下硬土层，盾构掘进施工时易发生轴线偏差现象，并且软硬不均的土层容易造成螺旋机出泥口堵塞或喷涌，影响正常掘进，并威胁上部结构安全，所以如何选择施工设备是确保工程顺利实施的前提，也是前期研究中需要重点解决的难题。

盾构在推进过程中，需保持推进速度、刀盘切削速度、螺旋机出土速度、同步注浆速度相匹配，否则开挖面压力忽高忽低、盾尾建筑间隙填充不合理，都会对被穿越结构造成不利影响，所以采取何种措施确保盾构在一个较低的土体损失率下连续、快速的完成穿越施工，是一个需要关注的问题。

穿越施工势必会对被穿越构筑产生一定的影响，并且不同结构类型构筑物的变形特点不同，穿越施工时一台盾构机可能同时影响多个构筑物，如何根据每种结构类型的特点制定针对措施并同时兼顾多个构筑物的影响；并且如何采用先进的监测措施，及时、准确的反应变形情况，以便能够及时的调整施工参数，是确保被穿越构筑物结构安全的重要手段，也是施工中需要重点研究的内容。

技术实现要素：

本发明是要提供一种盾构连续密集穿越不同类型轨交设施的施工方法，使盾构顺利完成对不同类型轨交设施的连续密集穿越施工。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种盾构连续密集穿越不同类型轨交设施的施工方法，包括

(1)设计与制造具有连续密集穿越不同类型构筑物能力的盾构设备：

通过对盾构机泡沫注入系统、聚合物注入系统、慢速推进系统、径向注浆系统的专项设计，使其能够在复杂地质条件下顺利的进行连续密集穿越施工。

(2)对被穿越构筑物进行勘察

在施工之前对被穿越构筑物进行详细勘察，包括构筑物主体结构形式、基础形式、与拟建盾构隧道的相对位置关系。并且分析不同结构类的变形特点，针对其特点制定针对性措施。

(3)全面、实时监测网的布设

通过监测网的布设对被穿越构筑物的各方面变形情况进行检测，全面、实时的反映已运营轨交设施结构的变形情况。

(4)穿越段施工方法

通过模拟区的施工、监测、分析以及施工参数的调整，掌握最优施工参数用以进行盾构穿越施工，并且在穿越段对盾构设备进行全面检查保养。

穿越施工过程中根据监测数据变化及时对施工参数作出调整，并且根据不同的结构类型应有不同的控制要点，达到快速、微扰动穿越的目的。

(5)微扰动注浆

盾构通过后，根据构筑物的变形情况进行“多次少量”微扰动注浆，减小土体的固结沉降、次固结沉降对结构的影响。

上述步骤(3)中通过监测网的布设可以对既有隧道：沉降、收敛、轨道道床沉降、轨距变形、轨道高差变形情况；对既有车站：主体结构沉降、主体结构与隧道结构沉降缝的差异沉降、轨道道床结构沉降、轨距变形、轨道高差变形情况；对既有高架：桩基沉降、桩基水平位移、桩基倾斜、轨道道床沉降、轨距变形、轨道高差变形情况进行监测，全面、实时的反映已运营轨交设施结构的变形情况。

上述步骤(4)中在穿越之前设置50m穿越模拟段对盾构穿越施工的工况进行模拟。

本发明的有益效果是：

本发明的施工方法通过对盾构机的特殊设计，使其具备连续密集穿越不同类型轨交设施的能力；通过对被穿越构筑物进行勘察，分析不同类型结构的变形特点，针对其变形特点制定针对性措施；通过监测网的布设全面、实时反映运营中轨交设施的结构变形情况；通过模拟段的施工参数设定及穿越段的施工参数调整，能够确保盾构在对周边环境微扰动的前提下顺利进行穿越施工；通过穿越后的微扰动注浆减小土体的固结沉降、次固结沉降对结构的影响。

本发明所涉及的施工方法，能够使盾构顺利完成对不同类型轨交设施的连续密集穿越施工，形成系统化、专业化的一整套施工工艺，并为轨交线路设计带来便利。

附图说明

图1是泡沫、聚合物、径向注浆孔布置图；

图2是穿越区域平面图；

图3是穿越区域剖面图；

图4是7号线隧道、2号线车站监测点布置图；

图5是磁悬浮监测点布置图；

图6是16号线监测点布置图；

图7是微扰动注浆孔位示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明在上海轨道交通18号线工程土建工程11标龙阳路站～迎春路站区间隧道工程，该区间采用两台盾小松φ6760盾构机分别自迎春路站始发，沿上、下行线过中间风井后向龙阳路站推进并进洞。其中上行线迎春路站～中间风井长844.883m，下行线迎春路站～中间风井长845.792m，上行线中间风井～龙阳路站长1231.857m，下行线中间风井～龙阳路站长1230.882m。盾构从中间风井二次始发并掘进1006m后开始侧穿龙阳路内环高架及其桩基、下穿运营中地铁7号线龙阳路站～芳华路站区间隧道、下穿运营中地铁2号线龙阳路站、侧穿磁悬浮高架桩基、侧穿16号线高架及其桩基之后于龙阳路站进洞。穿越总长度约224m，其中与7号线隧道叠交长度约22m；与2号线龙阳路站叠交长度约22m；磁悬浮龙阳路站位于本区间东侧，其桩基与上行线隧道最小水平净距为13.48m；16号线龙阳路站位于本区间东侧，其桩基与上行线隧道最小水平净距为7.5m，如图3～4所示。

如图1～7所示，本发明的施工方法可以满足盾构连续密集穿越不同类型轨交设施的施工要求。

本发明主要包含以下几项内容：

(1)设备的设计与制造

如图1所示，通过对盾构机泡沫注入系统1、聚合物注入系统2、慢速推进系统、径向注浆系统3的专项设计，使其能够在复杂地质条件下顺利的进行连续穿越施工。

(2)被穿越构筑物的勘察

如图2～3所示，在施工之前对被穿越构筑物进行详细勘察，包括构筑物主体结构形式、基础形式、与拟建盾构隧道的相对位置关系。并且分析不同类型结构的变形特点，针对其变形特点制定针对性措施。

(3)全面、实时监测网的布设

如图4～6所示，通过监测网的布设可以对既有隧道：沉降、收敛、轨道道床沉降、轨距变形、轨道高差变形情况；对既有车站：主体结构沉降、主体结构与隧道结构沉降缝的差异沉降、轨道道床结构沉降、轨距变形、轨道高差变形情况；对既有高架：桩基沉降、桩基水平位移、桩基倾斜、轨道道床沉降、轨距变形、轨道高差变形情况进行监测，全面、实时的反映已运营轨交设施结构的变形情况。

(4)穿越段施工方法

在穿越之前设置50m穿越模拟段对盾构穿越施工的工况进行模拟，通过模拟区的施工、监测、分析以及施工参数的调整，掌握最优施工参数用以进行盾构穿越施工，并且在穿越段对盾构设备进行全面检查保养。

穿越施工过程中根据监测数据变化及时对施工参数作出调整，并且根据不同的结构类型应有不同的控制要点，例如隧道结构属于柔性结构，对于盾构施工反应较敏感，穿越过程中需根据隧道的沉降变化及时的对土仓压力、注浆量作出调整；车站结构刚度大、整体性好、局部变形不明显，可在模拟段参数的基础上适当减小出土量、增加注浆量，确保不超挖且填充密实；高架深桩基础竖向承载能力和抵抗位移能力较好，受侧向土压力的不利影响较大，掘进时应注意避免大幅度纠偏。

结合盾构设备性能以及对被穿越构筑物的勘察，通过模拟段对穿越施工参数进行设定，穿越过程中根据结构变形情况对施工参数进行微调，达到快速、微扰动穿越的目的。

(5)微扰动注浆

如图7所示，盾构通过后，由于应力松弛影响，地层还会发生固结沉降、次固结沉降，若被穿越构筑物变形明显则需进行注浆稳固沉降。本区间隧道在盾构穿越隧道、车站、磁浮高架及进洞区域上下行线均设置多孔注浆管片用于对隧道壁后的扰动土体进行固结注浆。注浆遵循“多次少量”微扰动注浆原则，并且注浆时要根据监测数据的实时变化进行。