砂土地層盾構(gòu)隧道超近距離下穿既有隧道變形控制技術(shù)研究

崔玉龍

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710043)

引言

隨著我國(guó)城市軌道交通的不斷發(fā)展，出現(xiàn)大量近接地下工程。其中新建地鐵隧道下穿運(yùn)營(yíng)期地鐵隧道已成為一種普通的現(xiàn)象。新建隧道下穿既有隧道一般分為正交和斜交兩種形式，其中小角度超近距離斜交下穿既有隧道不僅易引起軌道沉降，更易引起較大的軌道高差，影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全[1-3]。

針對(duì)盾構(gòu)隧道下穿既有地鐵隧道，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量研究，主要集中在下穿工程施工力學(xué)行為、施工參數(shù)優(yōu)化及變形控制技術(shù)和施工風(fēng)險(xiǎn)控制三個(gè)方面。下穿過程中的施工力學(xué)行為是確定施工參數(shù)、控制風(fēng)險(xiǎn)的重要基礎(chǔ)，仇文革[4]通過對(duì)廣州地鐵、深圳地鐵等近接工程的研究，系統(tǒng)地提出了廣義的地下工程近接施工的分類、分區(qū)、分區(qū)指標(biāo)表達(dá)式、近接度等概念，給出了研究和解決近接施工問題的普遍方法；Chehade[5]分析了多種穿越形式下既有隧道與新建隧道的相互作用；Yin[6]采用3D有限元法分析了考慮開挖凈空因素盾構(gòu)隧道開挖對(duì)既有隧道的影響。張瓊方[7]、金大龍[8]分別從Winkler地基梁理論、盾構(gòu)機(jī)-土體-結(jié)構(gòu)的多元耦合角度，分析了掘進(jìn)參數(shù)對(duì)已建隧道縱向變形的影響。盾構(gòu)下穿既有隧道一般為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源，施工風(fēng)險(xiǎn)控制是施工中的重要內(nèi)容[9-11]，關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)控制的研究主要集中在掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化和變形控制措施，其中基于現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)和變形數(shù)據(jù)監(jiān)控是一種重要研究方法[12]，張瓊方[13]根據(jù)已建地鐵的監(jiān)測(cè)位移反饋，對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，采用合理的盾構(gòu)參數(shù)設(shè)置使既有隧道變形在允許范圍內(nèi)；呂向紅[14]通過南水北調(diào)干渠工程盾構(gòu)下穿北京地鐵4號(hào)線工程，通過對(duì)下穿工程前期準(zhǔn)備工作、掘進(jìn)參數(shù)的選擇、監(jiān)控量測(cè)等措施，提出了全斷面卵石地層盾構(gòu)下穿既有隧道工程施工技術(shù)。此外，眾多學(xué)者針對(duì)不同盾構(gòu)隧道下穿工程[15-20]，采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，并提出針對(duì)性措施。

由上述分析可知，盾構(gòu)隧道下穿既有隧道工程中，無論是風(fēng)險(xiǎn)控制還是結(jié)構(gòu)變形控制，盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)都是重要影響因素，但在眾多數(shù)值模擬中，掘進(jìn)參數(shù)對(duì)既有地鐵軌道高差影響的分析較少。在既有隧道結(jié)構(gòu)變形控制措施中，除掘進(jìn)參數(shù)控制外，還包括既有隧道加固，監(jiān)控測(cè)量等，但對(duì)盾構(gòu)機(jī)選型及地層適應(yīng)性分析較少。如何在既有地鐵隧道加固措施較少的情況下，保證盾構(gòu)隧道下穿過程中既有隧道結(jié)構(gòu)變形在允許范圍內(nèi)，確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全，是目前需要進(jìn)一步研究的重要難題。因此，依托西安地鐵1號(hào)線二期工程下穿1號(hào)線出入線工程，從既有隧道軌道評(píng)估與加固，盾構(gòu)機(jī)地層適應(yīng)性評(píng)價(jià)，掘進(jìn)參數(shù)數(shù)值模擬優(yōu)化，試掘進(jìn)試驗(yàn)，既有隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)等內(nèi)容，提出砂土地層盾構(gòu)隧道超近距離下穿既有地鐵隧道工程變形控制技術(shù)，研究成果既確保了依托工程的順利施工，又可為類似工程提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

西安地鐵1號(hào)線二期工程西起森林公園站，東至1號(hào)線一期工程起點(diǎn)后衛(wèi)寨站。張家村站—后衛(wèi)寨站區(qū)間(以下簡(jiǎn)稱“張后區(qū)間”)全長(zhǎng)1 511 m，區(qū)間下穿1號(hào)線出入段線段采用盾構(gòu)法施工[21]，平面布置如圖1所示。

圖1 隧道平面布置示意

張后區(qū)間ZDK6+206.524～ZDK6+247.481段以26°斜下穿1號(hào)線出入段線K型暗挖斷面，下穿范圍為41 m，結(jié)構(gòu)相交最近處凈距約0.9 m，最遠(yuǎn)處結(jié)構(gòu)凈距約3.44 m，兩隧道位置關(guān)系示意如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)下穿出入線空間位置示意(單位：m)

1號(hào)線出入線為礦山法施工的雙線結(jié)構(gòu)，32.913‰單面上坡，初支為30 cm厚噴射混凝土，二襯為35 cm厚鋼筋混凝土，軌道結(jié)構(gòu)為整體式混凝土道床。

1.2 工程水文地質(zhì)情況

本區(qū)間范圍由全新統(tǒng)人工填土(Q4ml)，沖洪積(Q4al+pl)黃土狀土、細(xì)砂、中粗砂夾粉質(zhì)黏土，上更新統(tǒng)沖積(Q3al)中砂夾粉質(zhì)黏土等組成。盾構(gòu)下穿1號(hào)線出入線影響范圍內(nèi)盾構(gòu)施工段主要穿越的地層為細(xì)砂、中砂和粗砂，平均標(biāo)貫值分別為30，55擊和82擊。地下水為第四系松散層孔隙潛水，水位埋深26.2 m，水位高程361.08 m，區(qū)間隧道位于水位以上，地層分布及隧道埋深如圖3所示。

圖3 地層及水文情況分布(單位：m)

2 既有線軌道評(píng)估與加固

2.1 既有線軌道調(diào)查

盾構(gòu)下穿施工前，對(duì)出入段線隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)估，并對(duì)周邊管線、人防洞室等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，徹底摸清地下障礙物情況，排除意外因素。

盾構(gòu)下穿引起的結(jié)構(gòu)變形最嚴(yán)重的問題是危及行車安全的軌道變形，為確保既有線運(yùn)營(yíng)安全，重點(diǎn)對(duì)鋼軌、扣件及道床等進(jìn)行了全面檢查，對(duì)松動(dòng)扣件進(jìn)行了加固，確保既有軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定。

2.2 軌道加固

對(duì)盾構(gòu)下穿施工中可能變形較大的軌道段落進(jìn)行加固，設(shè)置軌距拉桿防護(hù)措施，在下穿41 m范圍設(shè)置間隔為1 m的軌距拉桿，如圖4所示。

圖4 盾構(gòu)下穿段既有線路軌距拉桿防護(hù)

2.3 限速運(yùn)行

為了保證地鐵列車的運(yùn)行安全，結(jié)合軌道調(diào)查和評(píng)價(jià)情況，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，在下穿施工過程中采取限速運(yùn)行(圖5)，建議限速20～30 km/h。

圖5 既有線限速標(biāo)識(shí)

3 盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性及掘進(jìn)參數(shù)研究

由于地鐵運(yùn)營(yíng)要求，對(duì)既有線隧道結(jié)構(gòu)加固措施有限，為保證運(yùn)營(yíng)安全，需要采取的重點(diǎn)措施為下穿隧道盾構(gòu)機(jī)專業(yè)選型和掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化。

3.1 盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性

針對(duì)砂層孔隙率大，自穩(wěn)性差，易結(jié)泥餅特點(diǎn)和超近距離下穿時(shí)可能出現(xiàn)塌空的問題，對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1.1 掘進(jìn)機(jī)功率

本區(qū)間采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，總推力370 000 kN，主驅(qū)動(dòng)為液壓驅(qū)動(dòng)，功率為945 kW，額定扭矩6 000 kN·m，脫困扭矩7 200 kN·m，滿足在西安地區(qū)砂層推進(jìn)的需要。

為了應(yīng)對(duì)流塑性較差的砂土，螺旋輸送機(jī)配置尺寸為φ800 mm×12 500 mm，中心驅(qū)動(dòng)，功率為315 kW，最大扭矩為210 kN·m，最大出渣能力為446 m3/h。

3.1.2 刀盤、刀具配置

根據(jù)西安地鐵1號(hào)線二期工程張家村站—后衛(wèi)寨站盾構(gòu)區(qū)間的地質(zhì)條件，對(duì)刀盤重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，重新制作輻條式刀盤，開口率擴(kuò)大到55%。

根據(jù)刀具在砂層中切削土體的性能來進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，主要刀具類型以刮刀、撕裂刀和切刀為主，撕裂刀與切刀保持一定高差，先行松動(dòng)地層，減輕對(duì)切刀及面板的磨損，另配以中心刀、保徑刀、超挖刀和大圓環(huán)保護(hù)刀。

3.2 膨潤(rùn)土拌制及改良

根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，結(jié)合類似地層施工經(jīng)驗(yàn)，施工過程渣土改良需消耗大量的膨潤(rùn)土，盾構(gòu)機(jī)自帶的膨潤(rùn)土存儲(chǔ)罐無法滿足需要，因此在地面安裝膨潤(rùn)土拌制和膨化系統(tǒng)，配置5個(gè)帶攪拌裝置的儲(chǔ)漿罐，總量約120 m3，采用泵送加管道的方式輸送至地下。

根據(jù)砂層渣土改良試驗(yàn)，坍落度以(160±10) mm為宜。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使用10%的膨潤(rùn)土溶液，3%泡沫劑溶液。土倉(cāng)中膨潤(rùn)土溶液注入量為20%、清水注入量為5%，刀盤口泡沫劑溶液注入量為5%。

3.3 掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化

3.3.1 數(shù)值模擬

采用位移邊界約束條件，建立有限元計(jì)算模型，模型尺寸為80 m×60 m×45 m(長(zhǎng)×寬×高)，如圖6所示。

圖6 計(jì)算模型

3.3.2 本構(gòu)模型及參數(shù)選取

土體采用摩爾-庫(kù)侖模型，初期支護(hù)及二襯采用彈性本構(gòu)模型。依據(jù)勘察結(jié)果，隧道所處地層參數(shù)如表1所示。既有線隧道采用復(fù)合式襯砌，初支為30 cm厚、C25噴射混凝土及格柵拱架，二襯為35 cm厚、C40鋼筋混凝土，隧道各結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表1 地層參數(shù)

表2 既有隧道材料參數(shù)

3.3.3 影響因素及工況確定

根據(jù)相關(guān)研究成果，盾構(gòu)土倉(cāng)壓力、注漿壓力和注漿厚度是影響既有隧道變形的主要影響因素。在既定地層中，注漿厚度受土層性質(zhì)、注漿壓力及注漿量控制，因此，選取土倉(cāng)壓力、注漿壓力兩個(gè)主要因素進(jìn)行模擬。以土倉(cāng)壓力=0.1 MPa、注漿壓力=0.22 MPa為基準(zhǔn)工況，取注漿加固層厚度為0.23 m。最終確定的計(jì)算工況如表3所示。

表3 盾構(gòu)施工參數(shù)計(jì)算工況

3.3.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

以盾構(gòu)隧道中線與既有隧道中線交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿既有隧道軌道位置以3.08 m的間距布置20個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)軌道沉降及高差進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。

3.3.5 盾構(gòu)施工參數(shù)確定

(1)土倉(cāng)壓力

不同土倉(cāng)壓力下的軌道沉降及高差分布如圖 7、圖8所示，軌道最大沉降及最大高差如圖9所示。

圖7 不同土倉(cāng)壓力下既有隧道軌道沉降

圖8 不同土倉(cāng)壓力下既有隧道軌道高差分布曲線

圖9 不同土倉(cāng)壓力下既有隧道軌道最大沉降及高差

由圖7、圖8可知，既有隧道軌道沉降及高差沿交叉點(diǎn)左右對(duì)稱分布，土倉(cāng)壓力為0.08 MPa時(shí)，軌道最大沉降和高差分別為8.97 mm和1.52 mm，土倉(cāng)壓力為0.14 MPa時(shí)，軌道最大沉降和高差分別為6.378 mm和1.08 mm。由圖9可知，既有隧道軌道最大沉降和高差隨土倉(cāng)壓力的增大而減小，當(dāng)土倉(cāng)壓力由0.08 MPa提高到0.1 MPa時(shí)，最大沉降和軌道高差減小約20%，對(duì)變形的控制作用十分顯著；當(dāng)土倉(cāng)壓力由0.1 MPa提高到0.12 MPa時(shí)，最大沉降和軌道高差減小約6.5%，即土倉(cāng)壓力為0.1 MPa是土倉(cāng)壓力對(duì)隧道沉降和軌道高差控制的關(guān)鍵點(diǎn)，當(dāng)土倉(cāng)壓力超過0.1 MPa后，雖然隧道沉降和軌道高差會(huì)因土倉(cāng)壓力增大而減小，但控制作用已不明顯。

同時(shí)由于盾構(gòu)處于砂質(zhì)土層中，圍巖石英含量較高，土倉(cāng)壓力過大會(huì)使刀盤及刀具因較大的擠壓力而出現(xiàn)過度磨損現(xiàn)象，因此綜合考慮盾構(gòu)土倉(cāng)壓力取0.1 MPa。

(2)注漿壓力

不同注漿壓力下既有隧道軌道沉降、高差分布如圖10、圖11所示，軌道最大沉降和高差如圖12所示。

圖10 不同注漿壓力下既有隧道軌道沉降曲線

圖11 不同注漿壓力下既有隧道軌道高差分布曲線

圖12 不同注漿壓力下既有隧道軌道最大沉降及高差

由圖10、圖11可知，不同注漿壓力下的軌道沉降和高差以既有隧道與盾構(gòu)隧道交叉點(diǎn)為軸，左右對(duì)稱分布。當(dāng)注漿壓力由0.18 MPa逐漸增加到0.24 MPa時(shí)，既有隧道軌道最大沉降分別為14.79，10.15，7.14，6.21 mm，軌道高差最大值分別為2.52，1.73，1.22，1.06 mm。即隨著盾構(gòu)隧道注漿壓力的增大，既有隧道軌道沉降和高差不斷減小，主要是因?yàn)樵谧{早期漿液未形成有效強(qiáng)度，維持較高的注漿壓力可以有效地控制地層損失，減小地層應(yīng)力釋放，從而控制既有隧道軌道沉降和高差。

同時(shí)由圖12可知，當(dāng)注漿壓力由0.18 MPa增加到0.20 MPa，0.20 MPa增加到0.22 MPa，由0.22 MPa增加到0.24 MPa時(shí)，既有隧道軌道最大沉降減小率分別為31.4%，29.5%和13.1%，最大高差減小率分別為31.1%，26.9%和14.8%，由此可知，0.22 MPa是注漿壓力對(duì)軌道變形影響的重要拐點(diǎn)，當(dāng)注漿壓力超過0.22 MPa時(shí)，雖然軌道沉降和高差會(huì)不斷減小，但對(duì)軌道變形的控制效果已不明顯。

(3)初步確定盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

根據(jù)前述數(shù)值模擬結(jié)果，初步確定盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)為：土倉(cāng)壓力=0.10 MPa，注漿壓力=0.22 MPa。

4 盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)

為了保證盾構(gòu)隧道下穿1號(hào)線出入線既有隧道的順利施工，在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，選取與下穿段地質(zhì)基本相同的DK26+270～DK26+330進(jìn)行了盾構(gòu)試掘進(jìn)試驗(yàn)，進(jìn)一步完善掘進(jìn)參數(shù)。

4.1 試掘進(jìn)方案

試驗(yàn)段長(zhǎng)度為60 m，隧道所處地層主要為中、細(xì)砂，試驗(yàn)段埋深約14.4 m，在隧道中線地表每10 m布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

根據(jù)前述數(shù)值計(jì)算結(jié)果及參考已有工程經(jīng)驗(yàn)，土倉(cāng)壓力控制在0.08～0.1 MPa，推力為8 000～1 1000 kN，刀盤扭矩為2 000～2 700 kN·m，出土量控制在51 m3左右，注漿壓力為0.22 MPa，并采用前述地面膨潤(rùn)土拌制和膨化系統(tǒng)，對(duì)土倉(cāng)內(nèi)渣土進(jìn)行改良。

在試掘進(jìn)試驗(yàn)開始前，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面的維修和保養(yǎng)、刀具的檢查和更換，同時(shí)調(diào)整好盾構(gòu)姿態(tài)，保證盾構(gòu)勻速、連續(xù)掘進(jìn)，確保盾構(gòu)機(jī)在試掘進(jìn)段內(nèi)不停機(jī)。

4.2 試掘進(jìn)參數(shù)及地表沉降分析

試驗(yàn)段內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)記錄如圖13所示。由圖13可知，在10環(huán)以內(nèi)時(shí)盾構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定性較差，推力較小，土倉(cāng)壓力在4～5環(huán)時(shí)突然下降，經(jīng)分析是由于此時(shí)出土量的突增造成的。10環(huán)以后，盾構(gòu)各掘進(jìn)參數(shù)較為穩(wěn)定，推力平均值約為10 000 kN，土倉(cāng)壓力平均值約為0.105 MPa，出土量約為51.8 m3/環(huán)。

圖13 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

試驗(yàn)段隧道中線地表沉降曲線如圖14所示。由圖14可知，地表沉降在6～10環(huán)位置出現(xiàn)突然增大現(xiàn)象，與上述盾構(gòu)參數(shù)突變位置基本相當(dāng)，主要是由于推力較小狀態(tài)下，盾構(gòu)出土量突然增大，土倉(cāng)壓力減小造成的。20環(huán)后地表沉降穩(wěn)定在10～15 mm，平均值約為10.6 mm。

圖14 地表沉降曲線

4.3 下穿段掘進(jìn)參數(shù)確定

在下穿施工前，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面的維修和保養(yǎng)，刀具的檢查和更換，按數(shù)值模擬結(jié)果和試掘進(jìn)結(jié)果調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，做好施工組織和應(yīng)急預(yù)案，嚴(yán)格保證盾構(gòu)勻速、連續(xù)穿越既有線隧道，確保盾構(gòu)機(jī)在下穿既有線影響范圍內(nèi)不停機(jī)。

基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試掘進(jìn)參數(shù)，盾構(gòu)下穿既有線時(shí)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)如表4所示。

表4 下穿既有線段盾構(gòu)施工參數(shù)

注：1 bar=100 kPa

5 變形監(jiān)測(cè)及效果評(píng)價(jià)

在盾構(gòu)隧道超近距離下穿既有隧道時(shí)，為了評(píng)價(jià)下穿過程中的掘進(jìn)參數(shù)和控制措施的合理性，同時(shí)準(zhǔn)確反應(yīng)盾構(gòu)隧道施工對(duì)既有地鐵隧道建筑物影響的動(dòng)態(tài)變化，提前預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息化施工，保證地鐵運(yùn)行安全，在既有隧道內(nèi)布設(shè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)變形實(shí)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

5.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

在盾構(gòu)隧道與既有隧道交點(diǎn)處布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在交點(diǎn)左右20 m范圍，監(jiān)測(cè)斷面間距為5 m，交點(diǎn)左右20～50 m范圍，監(jiān)測(cè)斷面間距為10 m，共布設(shè)15個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，如圖15所示。

每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面分別在上、下行隧道內(nèi)布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中道床處布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖16中的B、C、F、G點(diǎn)；左、右邊墻布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖16中A、D、E、H點(diǎn)。

圖15 變形監(jiān)測(cè)斷面布置

圖16 既有線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

現(xiàn)場(chǎng)采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，以自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主。在既有隧道中部一側(cè)布設(shè)2個(gè)工作基點(diǎn)，安裝全站儀，在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)反光點(diǎn)，全站儀通過程序設(shè)置自動(dòng)掃描監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并實(shí)時(shí)傳輸，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布設(shè)如17所示。

當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至影響范圍前15 m時(shí)開始進(jìn)行監(jiān)測(cè)，施工關(guān)鍵期1次/30 min，一般施工狀態(tài)1次/h，工后影響期3次/d。

圖17 既有隧道變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)照片

5.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

盾構(gòu)隧道下穿施工完成后，既有線隧道道床沉降和邊墻沉降如圖18、圖19所示，軌道高差如圖20所示。

圖18 既有隧道道床沉降曲線

圖19 既有隧道邊墻沉降曲線

圖 20 既有隧道軌道高差

由圖18可知，既有隧道道床沉降分布呈現(xiàn)典型的“沉降槽”特點(diǎn)，只不過由于坐標(biāo)原點(diǎn)選取的原因，最大沉降點(diǎn)不同，但都位于盾構(gòu)隧道中心線的正上方，說明盾構(gòu)超近距離下穿既有隧道交叉點(diǎn)處影響最大。既有隧道道床最大沉降值介于5.93～6.08 mm，說明雖然盾構(gòu)斜下穿既有隧道，上、下行隧道與盾構(gòu)隧道凈距不同，但道床最大沉降差別不大，且遠(yuǎn)小于相關(guān)規(guī)范中的要求。

由圖19可知，上、下行隧道的邊墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)(D、E點(diǎn))沉降分布規(guī)律基本一致，最大值分別為3.2 mm和2.9 mm，中隔墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)(A、H點(diǎn))沉降分布規(guī)律基本一致，最大沉降值分別為1.3 mm和1.2 mm。由于既有隧道為雙邊拱結(jié)構(gòu)，上、下行隧道左右邊墻結(jié)構(gòu)差異性較大，中隔墻結(jié)構(gòu)剛度更大，導(dǎo)致中隔墻沉降較小。但上、下行隧道邊墻和中隔墻沉降分別以交叉點(diǎn)為軸左右對(duì)稱分布，且遠(yuǎn)小于相關(guān)規(guī)范要求，說明本文提出的措施有效地控制了隧道沉降變形。

由圖20可知，既有隧道的軌道高差分布規(guī)律一致，基本以既有隧道中線與盾構(gòu)隧道中線的交點(diǎn)為扭轉(zhuǎn)中心，左右對(duì)稱分布，但由于測(cè)線與交點(diǎn)線的距離不同，導(dǎo)致各測(cè)線的軌道高差變化曲線在軸線上有所錯(cuò)動(dòng)。B、C、F、G四條測(cè)線最大軌道高差分別為0.8，0.7，0.7 mm和0.8 mm，與計(jì)算結(jié)果基本吻合，且小于相關(guān)規(guī)范中4 mm的控制值。

6 結(jié)論

針對(duì)西安地鐵1號(hào)線二期工程在砂土地層中超近距離下穿1號(hào)線出入線既有地鐵隧道工程，通過對(duì)既有地鐵軌道評(píng)估與加固、盾構(gòu)適應(yīng)性分析、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)數(shù)值模擬優(yōu)化、盾構(gòu)試掘進(jìn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)砂土地層盾構(gòu)隧道超近距離下穿既有地鐵變形控制技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，確保了下穿工程的順利實(shí)施，主要結(jié)論如下。

(1)盾構(gòu)隧道超近距離下穿既有地鐵隧道前，應(yīng)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查與評(píng)估，并對(duì)鋼軌、扣件等進(jìn)行加固，采取拉桿措施保證軌距，并應(yīng)對(duì)地鐵進(jìn)行限行措施。

(2)針對(duì)砂土地層超近距離下穿工程，盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)應(yīng)處于青壯年時(shí)期，避免盾構(gòu)始發(fā)或接收在下穿影響范圍內(nèi)；同時(shí)盾構(gòu)應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，并進(jìn)行砂土改良試驗(yàn)，在地面安裝膨潤(rùn)土拌制和膨化系統(tǒng)。

(3)超近距離下穿工程中，盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)對(duì)既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形具有重要影響，軌道沉降和高差隨土倉(cāng)壓力、注漿壓力、注漿厚度的增大而減小，經(jīng)過數(shù)值計(jì)算初步確定盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)中土倉(cāng)壓力為0.1 MPa，注漿壓力為0.22 MPa。

(4)選取與下穿段地質(zhì)情況相似的段進(jìn)行試掘進(jìn)試驗(yàn)，通過掘進(jìn)參數(shù)與地表沉降數(shù)據(jù)分析，最終確定下穿段掘進(jìn)參數(shù)。

(5)在下穿施工前應(yīng)對(duì)盾構(gòu)進(jìn)行全面的維修和保養(yǎng)，刀具的檢查和更換，按數(shù)值模擬結(jié)果和試掘進(jìn)結(jié)果調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，嚴(yán)格保證盾構(gòu)勻速、連續(xù)穿越既有線隧道，確保盾構(gòu)機(jī)在下穿既有線影響范圍內(nèi)不停機(jī)。

(6)通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，盾構(gòu)下穿過程中，既有地鐵隧道軌道最大沉降及高差分別為6 mm和0.8 mm左右，符合規(guī)范要求，確保了地鐵安全運(yùn)營(yíng)，表明本文提出的變形控制措施對(duì)既有地鐵隧道變形起到了很好的控制作用。