专利名称：地铁盾构超浅覆土穿越运营隧道的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种盾构施工方法，尤指一种盾构在超浅覆土的条件下安全穿越运营 地铁隧道的盾构掘进施工方法。
背景技术：
随着城市轨道交通建设的高速发展，地铁建设及运营线路的数量逐渐增加。在城 市市区内地铁都为地下线路，且绝大多数采用盾构法施工。由于轨道交通网络化的需要，地 铁线路需要纵横交错，形成四通八达的轨道交通网络，因此在轨道交通建设过程中，越来越 多地遇到盾构穿越运营或在建地铁隧道。地铁线路规划设计时从造价、施工技术及风险等 方面考虑，为了便于施工和控制施工风险，先建成的地铁线路大多位于地下10 20m的空 间范围内。盾构在穿越已建成的地铁隧道时，有上穿和下穿两种选择。多数类似工程中，考 虑到上穿地铁隧道时处于浅覆土掘进工况可能遇到浅层地下障碍物，例如建筑物桩基、大 型公用管线等，最终选择下穿的方案。随着城市地铁网络化进程的推进，在地铁站的规划设计，尤其是换乘站的建设规 划，需要综合考虑地下空间的利用效率，同时几条线路在换乘站内上下交错，必然有一条线 路埋深较浅，盾构在这类地铁站附近掘进时，将面临浅覆土甚至超浅覆土的施工工况。浅覆 土指盾构顶部覆土厚度0. 8D < H < 1. 2D (D为盾构外径)，超浅覆土指盾构顶部覆土厚度H <0. SD0而在此种工况条件下如果需要穿越运营地铁线路时则必须从其上部穿越。另外， 在超浅覆土工况条件下掘进时，若需要穿越马路，还将面临近距离穿越大型公用管线和高 压管线的风险。可以看出，随着城市地铁网络化建设的不断发展，客观上要求我们突破盾构 法隧道施工领域内有关超浅覆土盾构掘进及环境保护的技术瓶颈，摸索并总结出地铁盾构 在超浅覆土条件下安全穿越运营地铁隧道、公用管线盾构掘进及环境保护施工综合技术。
发明内容
有鉴于上述现有的盾构超浅覆土穿越运营隧道施工方法的不完善，本发明要解决 的技术问题是提供了一套地铁盾构在市区内超浅覆土工况条件下掘进并穿越运营地铁隧 道、大型公用管线的施工方法。为解决上述技术问题，本发明提供一种地铁盾构超浅覆土穿越运营隧道施工的方 法，包括以下步骤a.施工前准备，包括(1)在工程开工前做好超浅覆土穿越范围的地上 和地下构、建筑物的排摸及掘进沿线障碍物的排摸，以所述排摸资料为基础，对盾构超浅覆 土掘进施工过程的施工风险进行辨识和评估，并制定施工方案；(2)根据所述排摸资料，对 盾构设备进行改制；(3)对管片进行改制；(4)对穿越范围地下管线进行防护处理；b.实际施工，包括(1)分段掘进，进一步包括将盾构超浅覆土穿越范围划分为 试验段、穿越段和穿越后控制段，盾构在试验段掘进时，采集盾构掘进施工的最优化参数配 置，利用所述采集到的最优化参数配置指导盾构穿越段掘进施工；(2)在穿越范围内实施 抗浮措施；(3)盾构穿越过后，在施工隧道内向被穿越隧道上部进行二次跟踪注浆，进一步
3稳定土体的后期变形；(4)在施工过程中对地面变形与被穿越隧道的沉降情况保持监测， 将监测数据汇总到指挥中心的计算机。本发明通过预先排摸资料制定施工方案，对盾构设备、管片进行改制，并实施穿越 范围地下管线的防护处理；利用分段掘进采集盾构掘进施工的最优化参数配置指导盾构穿 越段掘进施工；通过抗浮措施有效防止隧道上浮变形；通过二次跟踪注浆，进一步稳定土 体的后期变形，使盾构在超浅覆土的条件下安全穿越运营地铁隧道。
图1为本发明施工方法中的改制管片示意图；图2为在施工隧道内实施铁块压载示意图；图3为被穿越隧道内的电水平尺布置示意图。
具体实施例方式下面结合本发明所依托的具体工程实施例作进一步详细说明。在本发明所依托的工程实施例为上海轨道交通某线二期6标段徐家汇站 肇嘉 浜路站区间工程。盾构掘进期间须在超浅覆土条件下穿越徐家汇公园、衡山路天平路、地铁 1号线徐家汇站 衡山路站区间隧道。在超浅覆土掘进段覆土深度为4. 2 5. 0m。上穿地 铁1号线隧道时，盾构与1号线隧道最小净距为0. 83m ；穿越衡山路Φ900雨水管时净距为 0. 34m。如此近距离穿越运营地铁隧道及地下大型管线的工况条件极为罕见，因此施工风险 非常高。在工程开工之前，需做好以下准备工作依据隧道设计图、物探报告、水文地质勘查报告等基础资料对盾构掘进沿线地面 建筑物及地下构筑物的分布情况进行详细排摸，取得准确的第一手资料，作为编制施工方 案的依据。包括沿线地面建筑物的结构情况和使用情况，被穿越地铁隧道、地下管线的结构 情况和与盾构的相对位置关系，盾构超浅覆土掘进段掘进断面及其附近的地下障碍物的分 布情况等内容。根据上述排摸到的资料，对盾构设备进行改制超浅覆土掘进段可能有废旧桩基、 废旧管线等地下障碍物位于盾构掘进断面内，为此必须对盾构设备进行改制，包括刀盘上 增加切削钢筋混凝土或木质桩基的刀具，如贝壳刀、先行刀等；配备改良土体所需的刀盘正 面加水、膨润土或泡沫的孔位及相应管路和设备；为方便障碍物碎块从排泥设备的螺旋机 中排出，需相应增大螺旋机设定油压，配备润滑和降温设备；还需针对施工工艺对管片进行改制在盾构超浅覆土穿越段设计特殊的管片，即 在普通管片上增加注浆孔，有利于盾构穿越时二次注浆施工，使注浆更为均勻足量。作为本 发明的较佳实施例，配合图1所示，现有的每环管片上开设有5个注浆孔10，现于每环管片 上增加10个注浆孔20，从而满足穿越完成后实施二次注浆施工的需要。为确保管线及施工隧道的安全，对于穿越范围内的大型地下管线须进行处理，例 如雨、污水管等进行临排措施，确保盾构掘进安全。所述地下管线防护处理进一步包括对穿越范围内的地下管线临时断流，并对所 述被断流的管线接支管进行临泵临排。
对于大型公用管线，在多方调研的基础上为确保管线安全及施工隧道的安全，对 盾构穿越点两侧一定范围内管线封堵停用，并抽干管线停用部分管线内的积水，通过连接 支管对该段被断流的管线实施临泵临排措施；在盾构穿越前后分别对管线的现状进行检测 并进行摄影记录，待盾构穿越后比较管线状况是否完好，待确认完好后再恢复使用；在完成上述准备工作后即进入实际施工过程将盾构超浅覆土穿越范围划分为试验段、穿越段和穿越后控制段；盾构在穿越地 铁1号线隧道及大型公用管线之前，先穿越徐家汇公园，以此作为上述的试验段，在穿越段 之前设40环(48m)试验段，通过试验段的掘进，以采集到的地面监测数据作为盾构掘进参 数优化调整的依据，在进入穿越段之前将盾构掘进参数实现最优化配置；盾构上穿地铁1号线时，对1号线隧道产生土体卸载作用，卸载量约40T/m。隧道 上部土体卸载将造成隧道上浮变形，对隧道安全运营不利。因此在穿越范围内实施隧道抗 浮措施，包括(1)地面压载地面压载在盾构穿越范围地面有压载条件的前提下实施，选用钢板在地面上压 载，相当于增加覆土深度，钢板压载厚度要根据地面承载能力、钢板运输、铺设和拆除的施 工条件及地面交通环境综合考虑确定；(2)被穿越隧道内压载在被穿越隧道的列车轨枕上铺设钢轨，由于在被穿越隧道内压载不能影响列车正 常运行，因此所铺设钢轨的高度不能高于列车轨道的高度，作为本发明的较佳实施例，使用 相同规格的列车轨道排列在轨枕上，这样可以在有限的空间内尽量多地进行压载；(3)施工隧道内压载在施工隧道内压载在不影响隧道内的水平运输及正常掘进施工的条件下实施压 载，压载材料选用堆载施工操作简便、空间利用灵活的铁块；铁块尺寸不能过大，否则不利 于人工搬运和隧道空间的利用；参阅图2所示，利用长轨枕30将施工隧道内的电机车轨道 40及车架轨道50抬高，在所述长轨枕30下面的空间堆载铁块60 ；(4)施工隧道纵向拉紧为了增强施工隧道的整体刚度，在盾构推进时管片被压紧的状态下采用槽钢对已 完成部分隧道实施纵向拉紧措施，沿隧道延伸方向将槽钢与管片焊接牢固，连接位置位于 每环管片中除封顶块以外的5块管片的中间手孔位置，共5根纵向拉紧槽钢；在盾构穿越过后，通过上述改制管片上的注浆孔进行二次跟踪注浆，进一步稳定 土体的后期变形，确保被穿越地铁隧道及地面环境的安全；在施工过程中对地面变形与被穿越隧道的沉降情况保持监测，将监测数据汇总到 指挥中心的计算机终端；其中，对试验段和穿越段地面变形监测采用布置水准仪进行人工 监测，监测内容包括试验段和穿越段区域的地面沉降和土体分层沉降；在地铁1号线隧道 内采用电水平尺监测被穿越隧道的沉降情况，作为本发明的较佳实施例，参阅图3所示，电 水平尺70在盾构穿越点沿被穿越隧道80两侧各布设35m，即从a至b，从b至c，ab长度为 35m, be长度也为35m，总监测范围为70m。电水平尺可24小时连续监测，将监测结果通过 无线网络传输到盾构掘进施工现场的计算机终端上，每5分钟更新一次数据，可满足盾构 穿越运营隧道的监测施工要求。
综合应用本施工方法后，被穿越地铁隧道最终上浮量控制在3. 5mm以内。
权利要求
一种地铁盾构超浅覆土穿越运营隧道施工的方法，其特征在于包括以下步骤a.施工前准备，包括(1)在工程开工前做好超浅覆土穿越范围的地上和地下构、建筑物的排摸及掘进沿线障碍物的排摸，以所述排摸资料为基础，对盾构超浅覆土掘进施工过程的施工风险进行辨识和评估，并制定施工方案；(2)根据所述排摸资料，对盾构设备进行改制；(3)对管片进行改制；(4)对穿越范围地下管线进行防护处理；b.实际施工，包括(1)分段掘进，进一步包括将盾构超浅覆土穿越范围划分为试验段、穿越段和穿越后控制段，盾构在试验段掘进时，采集盾构掘进施工的最优化参数配置，利用所述采集到的最优化参数配置指导盾构穿越段掘进施工；(2)在穿越范围内实施抗浮措施；(3)盾构穿越过后，在施工隧道内向被穿越隧道上部进行二次跟踪注浆，进一步稳定土体的后期变形；(4)在施工过程中对地面变形与被穿越隧道的沉降情况保持监测，将监测数据汇总到指挥中心的计算机终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对盾构设备进行改制进一步包括对 刀盘的改制，对土体改良设备与管路的改制，以及对排泥设备的改制。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对管片进行改制进一步包括在普通 管片上增加注浆孔从而利于盾构穿越时二次注浆施工。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地下管线防护处理进一步包括对穿 越范围内的地下管线临时断流，并对所述被断流的管线接支管进行临泵临排。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗浮措施进一步包括(1)地面压载 在盾构穿越范围地面上采用钢板进行堆载；(2)被穿越隧道内压载在被穿越隧道的列车轨枕上铺设钢轨，且所述钢轨的高度不 高于列车轨道的高度；(3)施工隧道内压载利用长轨枕将施工隧道内的电机车轨道及车架轨道抬高，在所 述长轨枕下面的空间堆载铁块；(4)施工隧道纵向拉紧在盾构推进时管片被压紧的状态下，沿所述施工隧道延伸方 向将槽钢与管片焊接牢固，纵向拉紧隧道。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述被穿越隧道内布设电水平尺来监 测被穿越隧道的沉降情况。全文摘要
一种地铁盾构超浅覆土穿越运营隧道施工的方法，包括以下步骤a.施工前准备，包括(1)开工前做好穿越范围的工况排摸；(2)对盾构设备进行改制；(3)对管片进行改制；(4)对穿越范围地下管线进行防护处理；b.实际施工，包括(1)将盾构超浅覆土穿越范围划分为试验段、穿越段和穿越后控制段，盾构在试验段掘进时，采集盾构掘进施工的最优化参数配置，指导盾构穿越段掘进施工；(2)在穿越范围内实施抗浮措施；(3)穿越后，在施工隧道内向被穿越隧道上部进行二次跟踪注浆，进一步稳定土体的后期变形；(4)在施工过程中对地面变形与被穿越隧道的沉降情况保持监测，将监测数据汇总到指挥中心的计算机。
文档编号E21D9/04GK101899977SQ20101010568
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者吴列成, 吴惠明, 李刚, 邓喜, 金国鑫, 陶育, 顾春华 申请人:上海隧道工程股份有限公司