骆贻意
（福州左海高铁有限公司，福建福州350019）
摘要：为降低隧道下穿施工沉降，避免影响既有隧道，以某城市的盾构隧道下穿既有隧道工程为例展开相关施工技术分析。结合新建盾构隧道与既有隧道交汇区域地质情况以及施工难点和风险，选择加泥式土压平衡盾构机进行盾构隧道施工，并从盾构姿态监控、盾构下穿参数控制、下穿施工控制、二次注浆、盾构施工监测等几个方面对盾构下穿施工技术进行控制。实践表明：所采用的下穿施工技术保证了新建隧道的施工质量，同时避免了对既有隧道造成影响。
0引言
随着地下交通网的不断开发，新建隧道下穿既有隧道的情况越来越多。在该种情况下，如果新建隧道的施工技术不合理，会导致土体发生沉降和变形，进而引发既有隧道的沉降[1]，甚至发生开裂以及破坏，严重影响既有隧道的安全运营。因此，新建隧道在下穿既有隧道工程施工时，需合理选择施工技术，严格控制施工质量[2]，在降低新建隧道施工风险的前提下，确保既有隧道的安全。
本文以某城市的盾构隧道下穿既有隧道工程为例，结合既有隧道情况以及盾构隧道施工地质情况，研究盾构隧道下穿既有隧道的施工技术，为同类工程提供参考。
1工程概况
盾构隧道下穿既有隧道案例工程中，新建盾构隧道为左右双线设计，左、右线路拟建长度分别为3126.3m和3126.5m，采用土压平衡式盾构，隧道外径为6.7m，内径为6m，既有隧道的内外径分别为6.3m和5.5m，新建隧道与既有隧道之间的最小垂直净距离为9.9m，最小水平距离净距离为8.7m。新建盾构隧道和既有隧道的平面交角为60°左右，两者之间竖向最小净距离为3.2m左右；新旧隧道交汇处，新建盾构隧道覆土厚度为18m。新旧隧道的交汇剖面图如图1所示。
对隧道施工范围内地质情况进行勘察后，确定两条隧道交汇区域以及新建盾构隧道施工区域的地质土层物理参数如表1所示。依据地质勘察结果可知：新旧隧道交汇区域主要以粉砂层土层为主，该区域的地下水位埋深在地下3m以上，动态变化幅度在1~1.5m之间，承压水位在地下6.5m左右。
由上述分析可知，新建盾构隧道和既有隧道之间的净距离较小，因此，在进行盾构隧道施工时，容易引起既有隧道竖向沉降变形，进而会导致该隧道发生开裂以及渗水；此外，两者交汇区域的土层稳定性较差，位于承压水位内，在施工过程中极易发生涌水或者涌砂现象，诱发施工开挖面的土体坍塌。
2盾构隧道下穿施工技术及控制要点
2.1隧道盾构选择
为保证新建盾构隧道的施工质量，同时避免影响既有隧道[3]，结合工程概况对施工难点和风险进行分析，选择加泥式土压平衡盾构机进行盾构隧道施工，施工参数见表2所示。
2.2盾构下穿施工控制要点
该工程的施工标准为既有隧道竖向位移不可超过15mm，盾构隧道施工土体沉降不可超过20mm。因此，结合施工质量标准以及实际工程施工情况，重点做好相关施工质量控制。
2.2.1盾构姿态监控
盾构设备掘进过程中需控制好盾构姿态，该工程选择自动导向系统同时结合人工校对测量进行盾构姿态控制。自动导向系统是由导向、定位、掘进控制以及显示屏等设备组成，能够实时监控盾构机的施工位姿，判断其与隧道设计轴线之间的吻合程度，当误差超过允许标准后，该系统能够自动进行盾构位姿校正。随着掘进施工的不断推进，该系统的后视基准点需进行前移处理，此时为保证移动后基准点的精准性，需通过人工校对测量，避免发生基准点偏移情况[4]。
2.2.2盾构下穿参数控制
在进行盾构下穿施工时，一旦盾构机的推力较大，会影响既有隧道，导致其发生位移等；但是如果推力过小，又会发生盾构机头和既有隧道发生碰撞。基于此，需严格控制盾构下穿参数[5]，该项目采用克泥效注入前盾的方式，降低盾壳和土体之间的摩阻力，以保证盾构下穿的连续通过，有效避免沉降发生，同时降低对既有隧道的影响。
在进行盾构下穿参数控制过程中，土仓压力和出土量的控制尤为重要，需结合实际工程情况进行计算。土仓压力用P表示，其大小与地层土压力以及静水压力相平衡，如果P0表示盾构设备刀盘中心地层静水压力和土压力总和，其计算公式为：
P0=η×h （1）
式中：η——土体平均垂度；
h——刀盘中心和地表之间的垂直距离。
在公式（1）的基础上计算土仓压力P，其公式为：
P=k×P0 （2）
式中：k——侧向静止土压力系数。
在盾构下穿过程中，需控制出土量，一旦出土量过大会导致土体发生显著竖向沉降[6]，导致土层坍塌，如果出土体积用V表示，其计算公式为：
式中：D——盾构设备的刀盘开挖直径；
L——环宽度。
该项目结合粉砂层的松散情况，确定其松散系数在1.15~1.2之间，并结合相关设备参数确定盾构下穿参数控制，如表3所示。
2.2.3下穿施工控制
在进行交汇区域施工时，除上述位姿以及下穿施工控制外，还需进行注浆施工控制，包括注浆孔数量、同步注浆量以及浆液质量。
下穿盾构过程中，在里程影响范围内盾构环片上设置注浆孔数量，每个环片上增加4个注浆孔，落地块和相邻标准块上分别增加2个和1个。完成注浆孔数量确定后，对同步注浆量进行严格控制，及时实现空隙填充，最大程度降低平盾构施工过程中土体变形；交汇区域的同步注浆量通常保证在空隙的170%左右，并且浆液使用大比重单液浆。
注浆量需结合盾构下穿的地层变形监测结果进行及时调整。在盾构下穿时，如果掘进速度相对较慢，则保证浆液注入的均匀性，不可进行集中或者间断式注浆。在注浆时，对于注浆位置、注浆量以及此时的土体压力情况进行详细记录，以此保证注浆量的有效控制，以及根据土层变化进行调整，保证压浆施工质量。
2.2.4二次注浆
同步注浆完成后仍旧会存在一定空隙，并且注浆后浆液会发生一定程度的收缩变形，会造成土体沉降影响。因此，为控制该沉降程度，依据监测情况进行二次注浆，实现盾构下穿后的土体加固处理。
二次注浆主要在隧道管片脱出盾构机后进行，选择对于既有隧道影响明显的施工区域进行，从该区域的隧道底部垂直范围内预留注浆孔并进行跟踪注浆，完成既有隧道的二次加固，控制既有隧道发生上浮情况。该二次注浆主要在既有隧道的沉降监测结果在4mm以上时进行，二次注浆时选择双液浆，根据沉降监测结果控制并调整注浆量。此外，结合施工实际情况可选择加强环施工，保证掘进段的注浆质量，避免发生浆液流失。
2.2.5盾构施工监测
交汇区域盾构掘进施工过程中，需实时监测地面土层的沉降情况。该项目依据国家的二等水准测量标准，使用精密水准仪、条码铟钢尺进行测量，从高程控制网的基准点开始，对设置的监测点逐一进行测量，并将测量结果存储至计算机监控系统中，生成施工沉降监测变化曲线，为施工质量检测以及后续施工提供可靠依据。
除地面沉降监测外，需对既有隧道进行监测。该项目选择全站仪进行隧道监测，并结合计算机处理系统，全面分析既有隧道的沉降监测结果。监测系统结构如图2所示。
既有隧道沉降过大会导致隧道发生变形以及渗水等，因此，将检测基站安装在隧道侧壁，并且设置4个基准点进行工作基站位置的校核。将全站仪安装在校核后的基站处，通过通信系统将其和后台控制中心相连接，进行监测点的逐一扫描。监测点分布情况如图3所示。
监测点的位置设计需具备代表性，该隧道主要设计了5个监测点，分别位于隧道顶部、腰部以及底部处，其中底部处的监测点主要位于和新建盾构隧道相交位置的断面道床边缘，以此精准监测新建盾构隧道掘进时对既有隧道沉降的影响。
2.3实施效果分析
完成盾构隧道下穿既有隧道施工后，为分析该施工技术的施工效果，随机获取施工后10个监测点的沉降监测结果，并将该结果和工程允许的沉降结果进行对比，结果如表4所示。依据表4结果分析可知：完成盾构隧道下穿既有隧道施工后，既有隧道竖向位移均在15mm以内，最大沉降值为12.6mm；新建盾构隧道施工土体沉降均在20mm内，最大沉降值为15.8mm，满足工程施工需求。
3结束语
随着地下交通路网的不断建设，隧道工程之间的下穿施工已越来越普遍。本文结合实际工程，通过对工程施工难点和风险分析后，为保证新建盾构隧道的施工质量，避免影响既有隧道，结合新建盾构隧道的整个盾构区间情况，选择加泥式土压平衡盾构机进行盾构隧道的下穿施工，施工后既有隧道竖向位移均在15mm以内，最大沉降值为12.6mm；新建盾构隧道施工土体沉降均在20mm内，最大沉降值为15.8mm，满足工程施工需求。保证了新建隧道的施工质量，同时最大程度避免该施工对于既有隧道造成影响。
转载文献来源：中国知网-道路桥隧
