盾构隧道下穿地铁区域地基加固技术

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1、引言

随着城市建设的发展，城市轨道交通建设得到了很大的发展，地下空间变得越来越局促，穿越已建运营隧道，特别是近距离穿越已建隧道，且不对其正常运营造成影响，这对现有的盾构施工技术提出了很大的挑战。本文结合上海轨道交通七号线8标段实际穿越地铁一号线工程，分析地基加固技术与盾构穿越已运营隧道沉降的关系，为后续工程积累经验。

2、工程概况

2.1轨道交通七号线穿越区域隧道简介

上海市轨道交通七号线8标盾构区间隧道施工中，上、下行隧道将从运营中的地铁一号线区间隧道下方穿越;与地铁一号线隧道呈98°相交，上、下层隧道间距离很小，结构净距最小仅为1.5m。

由于工作面压力没有通过前100m试推进确定，要保持开挖面稳定难度较大。在盾构出洞时若出现涌水、涌砂的情况，会引起地面沉降及土体流失，进而造成地铁1号线隧道出现差异沉降、移位等情况，对地铁1号线隧道造成不利影。

穿越范围内区间隧道隧道最大纵坡为4‰，隧道中心最低标高-21.031m，最高标高约-17.441m。隧道上部覆土厚度17m~22m。

上行线：隧道交叠的投影长度约为20米，第16～32环;

下行线：隧道交叠的投影长度约为18米，第15～30环。

2.2工程地质

勘察成果表明，该地段地基土分布有以下特点：

（1）浅部以饱和粘性土为主，第②1层褐黄～灰黄色粉质粘土下为第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土，其中第③层中夹较多薄层粉性土。

（2）第⑤层土分布较为稳定，上部粘性较重，向下夹较多薄层粉土。

（3）本区段第⑤层下部为⑤4灰绿色粉质粘土层，该层系古河道发育而成，层顶埋深约33～37.6m，层厚一般约2.5m。

3.运营1号线的保护等级

正在运营中的地铁一号线的保护等级为一级，是上海市重要的客运交通命脉，结构变形控制指标为：隧道结构纵向沉降与隆起值±5mm,隧道结构水平位移控制值±5mm。

4、加固方案

为确保该区段隧道及地铁一号线的安全，除盾构推进过程中采用（1）在运营的地铁一号线隧道内安置自动监测系统，实施信息化施工;（2）对常熟路站进出洞区域和穿越地铁一号线影响范围进行适当的预加固;（3）为保证地铁一号线和轨道交通7号线以后的长期稳定和安全运营，还必须对两隧道近距离穿越影响区段的土体进行必要的加固处理。

为了有效控制盾构穿越前后的已运营地铁隧道的沉降和位移，在穿越区及前后15环范围管片上适当增加注浆孔数量，每环管片新增开10个注浆孔，除封顶块外每块管片增开2孔。见管片增开注浆孔布置图。

4.1加固流程

注浆拟分四步进行：

1、隧道盾构施工后，在保证注浆对盾构推进没有影响的前提下，对盾尾后5～8环处从隧道上部注浆孔进行同步注浆，再盾尾后10环以后从隧道下部注浆孔进行同步注浆。

2、在同步注浆施工过程中，在对地铁一号线有影响的施工区段从隧道顶部90°范围内的预留注浆孔打入适当数量的预埋注浆管，预埋注浆管深度暂定为2米，如孔位距地铁一号线隧道管片外壁距离不足2米时，预埋注浆管打入深度为距地铁一号线隧道管片外壁20cm左右。

3、在同步注浆施工结束后，对地铁一号线有影响的施工区段范围内的惰性浆液进行置换注浆加固（双液注浆），注浆加固范围为管片外0.5米。

4、在隧道置换注浆施工结束后，对该区段隧道土体进行双液分层注浆加固。施工范围为隧道顶部90º～180º范围内的预留注浆孔以上、地铁一号线中心线以下范围内的土体，加固壳的厚度为1.5～1.8米。

4.2加固内容

1..双液同步注浆：

上行线32环，下行线30环，计62环;注浆采取跳环形式，共计施工31环，每个注浆环施工孔数及每孔注浆量根据监测数据及实际需求确定。

2.置换注浆：

1）上行线：38米，32环;注浆采取跳环形式，施工16环，每个注浆环施工5孔，每孔注浆量400L，注浆孔深度为管壁外0.5米。合计注浆孔数80只。

2）下行线：36米，30环;注浆采取跳环形式，施工15环，每个注浆环施工5孔，每孔注浆量400L，注浆孔深度为管壁外0.5米。合计注浆孔数75只。

置换注浆总计施工155只孔，总计注入浆量62m3。

3.双液加固注浆：

1）.上行线：38米即SDK17+060～SDK17+022，32环。Ⅰ区加固共约14环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.5米，即每环4只注浆孔（SDK17+060～SDK17+052，约7环，注浆孔号为9、10、11、12;SDK17+030～SDK17+022，约7环，注浆孔号为5、6、7、8）。Ⅱ区加固共约18环，每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.5米，即每环8只注浆孔（SDK17+052～SDK17+030，约18环，注浆孔号为5、6、7、8、9、10、11、12）。每只孔注浆段长度1.5米,共计施工200只孔，计300延长米。双液注浆加固土方量为544.3m3，

2）.下行线：36米即XDK17+020～XDK17+056，30环。Ⅰ区加固共约14环，每环设计加固范围为90度，加固壳的厚度为1.8米，即每环4只注浆孔（XDK17+020～XDK17+028，约7环，注浆孔号为9、10、11、12;XDK17+048～XDK17+056，约7环，注浆孔号为5、6、7、8）。Ⅱ区加固16环，每环设计加固范围为180度，加固壳的厚度为1.8米，即每环8只注浆孔（XDK17+028～XDK17+048，约16环）。每只孔注浆段长度1.8米,共计施工184只孔，计331.2延长米。双液注浆加固土方量为624.312m3。

5、施工技术要点

5.1注浆孔布置

本次双液注浆孔布置在7号线隧道加固段范围内的拱底、标准、邻接块的压浆预留孔内。注浆前先用冲击钻将预留孔疏通，然后将注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧设计深度处，并将单向球阀接在注浆管上，以便注浆（置换注浆将1.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧0.5米处或疏通压浆预留孔后直接接入防喷装置及单向球阀进行置换注浆;双液注浆将2.0米的注浆管振动插入孔内至隧道管壁外侧1.5米处）。

5.2双液浆配比

为尽量减少注浆过程对地铁一号线及上部地下管线和周边环境的影响，选用凝固较快且收缩率小的浆液配比，具体如下：

另外再加入适量的促进剂，甲、乙两液配比由现场试验初凝时间为最快30秒至1分钟。施工过程中根据实际情况配比可作适当调整。

5.4注浆过程

注浆顺序：为减少浆液渗漏，降低注浆压力，防止抬升过大，采取隔环跳孔施工形式，每环一次施工1～2只孔，每两个连续施工环间隔三环。加固注浆采用分层注浆，先外层后内层，注浆管每次回拔10-20CM，同时，根据自动水平监测仪实时监测情况调整注浆量和压力，每孔分层注浆可达2～4次，注浆全部结束后，拔除注浆管，封闭孔口。

5.5注浆压力及流量控制

在④、⑤层土施工时，注浆压力控制在0.3Mpa以下，注浆流量控制在10～15L/min。

6.信息化施工管理及实施效果

为保证地铁一号线安全运营，盾构穿越期间，在地铁一号线隧道穿越影响区段内布设自动化监测系统，运用电子水平尺将监测数据及时传输到监控室，对地铁一号线进行实时、精确监测。

根据电子水平尺监测数据进行了及时的二次补压浆，在注浆后，上部一号线电子观测点数据有少量的下沉，经一段时间的稳定后再次恢复，但变化速率明显减慢。注浆施工控制以少量多次，每次注浆后以达到稳定，测点并略有变化为原则;单次注浆应将其变化量控制在0.5～2mm以内，如此反复多次，以达到稳定的目的。分层注浆结束前，将运营中的地铁一号线隧道沉降控制接近+3mm左右，7号线隧道和一号线穿越段隧道已稳定，加固后的土体具有良好的均匀性和渗透性，达到设计要求，可以说此次穿越注浆施工是相当成功的。

9、结语

隧道穿越已有地下建筑、地铁线路已越来越普遍，施工技术要求也越来越严格，保护原有地下结构安全非常重要。本工程中所运用的穿越区注浆技术有效解决了盾构施工对已运营地铁隧道的二次影响，分析地基加固技术与盾构穿越已运营隧道沉降的关系，为后续工程积累经验。

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