北橫通道工程超大直徑盾構(gòu)穿越運行軌道交通重大風險分析及對策

仲建平

（1.上海市交通委員會，上海 200125；2.上海市北橫通道工程建設指揮部辦公室，上海 200063）

0 引言

在大規(guī)模城市建設及地下空間開發(fā)中，盾構(gòu)法隧道以其機械化程度高、安全可靠、對周邊環(huán)境擾動小等優(yōu)點而被廣泛采用，并朝著“大斷面、深覆土、長距離”方向發(fā)展。

隨著城市發(fā)展的需要，超大斷面盾構(gòu)隧道建設也由跨江越海逐步移位至城市核心區(qū)。在軌道交通路網(wǎng)越織越密的情況下，超大斷面盾構(gòu)穿越運行的軌道交通將不可避免，以后將成為常態(tài)。以正在實施的北橫通道工程為例，直徑 15.56 m 盾構(gòu)將先后 6 次［自西向東依次為軌交 3（4）、11、7、4、10、18 號線］穿越運營的軌道交通。正在規(guī)劃的南北大通道以及機場連接線也將面臨超大斷面盾構(gòu)多次穿越運營軌道交通的情況。

軌道交通人流密集，交通流量大，為了不影響人們的出行，盾構(gòu)需在軌道交通運營狀態(tài)時進行穿越，帶來巨大的風險。地下工程施工存在諸多不可預見性，影響因素復雜多變，盾構(gòu)在穿越工程必須嚴格控制施工變形，保障軌道交通可以順利運行。

盡管盾構(gòu)法施工技術(shù)日趨成熟，但直徑 15 m 級超大斷面盾構(gòu)穿越運營軌道交通還是新問題。穿越施工面臨控制標準嚴格、穿越施工控制難度高風險大、軌道交通系統(tǒng)安全保障復雜等諸多問題，由于北橫通道隧道主線盾構(gòu)多次下穿運營的軌道交通，有必要進行專門研究，總結(jié)經(jīng)驗和成果，為以后類似工程提供技術(shù)支撐。

1 工程整體概況

北橫通道新建工程（以下簡稱“北橫通道”）西起北虹路，東至內(nèi)江路，貫穿上海中心城區(qū)北部區(qū)域，全線向西接北翟快速路，向東接周家嘴路越江隧道，全長 19.1 km，其總體平面布置如圖 1 所示。工程主體部分采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)段長度占比 65 %，是目前上海市在建項目中規(guī)模最大、綜合性最強、技術(shù)難度最復雜、風險程度最高的特大型市政工程項目。

圖1 北橫通道總體平面布置圖

北橫通道西段從北虹路立交至篩網(wǎng)廠段長約 8 km，其中，主線盾構(gòu)段長約 6 426 m，采用 1 臺直徑 15.56 m 的超大斷面泥水盾構(gòu)掘進施工。

盾構(gòu)段由 3 座工作井分為 2 段組成，中江路工作井至中山公園工作井盾構(gòu)段為 2 761 m，中山公園工作井至篩網(wǎng)廠工作井盾構(gòu)段為 3 665 m（見圖 2）。盾構(gòu)覆土深度約 15.4～35.3 m。

圖2 北橫通道西段盾構(gòu)平面布置圖

中江路始發(fā)井的尺寸為 25.4 m，寬度為 24.4 m，深度為 29.1 m。中山公園過站井長度 75 m，南北向?qū)挾?25～37.5 m，開挖深度 31 m。篩網(wǎng)廠接收井長度為 25.4 m，寬度為 24.4 m，深度為 35 m。

中山公園工作井東南側(cè)接江蘇路匝道，總長 1 550 m，匝道普遍埋深為地面以下 15 m，地下兩層結(jié)構(gòu)，上層車道為地面進入主線隧道匝道，下層車道為主線匝道由中山公園井分流至江蘇路匝道。

盾構(gòu)段施工采用某公司生產(chǎn)的直徑 15 560 mm 的泥水平衡盾構(gòu)機。

盾構(gòu)隧道襯砌采用單層管片，為通用環(huán)楔形管片，外徑 15 m，內(nèi)徑 13.7 m，環(huán)寬 2 m，管片厚度 0.65 m，混凝土標號為 C 60，抗?jié)B等級為 P12。

在沿線區(qū)域周邊，按照盾構(gòu)外邊線兩邊各 7.5 m（0.5D）范圍，共穿越建筑物 89 處，其中下穿建筑物 30 處，側(cè)穿建筑物 59 處［1］。

沿線穿越已建軌道交通 3 處［軌交3（4）號線，軌交 11 號線，軌交 7 號線］，在建軌道交通 2 處（軌交 15 號線，軌交 14 號線）。北橫通道穿越區(qū)域均為城市中心區(qū)，存在原有地下管線復雜，且年代久遠，管位較凌亂的狀況，穿越過程中碰到大量的電力管線、電信管線、排水管線、給水管線和煤氣管線，并先后 4 次穿越蘇州河防汛墻。

北橫通道盾構(gòu)段穿越土層主要包括：褐色、灰黃黏土，黃灰色粉砂，灰色淤泥質(zhì)黏土，灰色粉質(zhì)黏土，灰色粉砂，暗綠色黃色粉質(zhì)黏土，草黃灰色粉砂、粉細砂，灰色黏土以及灰色粉細砂等。根據(jù)隧道線性和地質(zhì)報告分析，盾構(gòu)將主要在⑥暗綠色黃色粉質(zhì)黏土、⑦1草黃灰色粉砂、⑦2草黃灰色粉細砂、⑧1-1灰色黏土土層中穿越。盾構(gòu)將長距離（超過 3.5 km）在不良地質(zhì) ⑦1、⑦2層斷面中掘進。

2 穿越運行軌道交通11號線

2.1 穿越概況

北橫通道在里程 K5+915～K5+943 間（11 號線投影面范圍對應東段 386～400 環(huán)），在長寧路與江蘇北路路口附近將下穿運行的軌道交通 11 號線隧道，兩隧道軸線夾角為 68°。地鐵 11 號線的覆土厚度為 20.8 m，北橫隧道的覆土厚度為 34.6 m，兩層隧道間的最小凈距為 7.06 m。兩隧道間的位置關(guān)系如圖 3 所示。在穿越節(jié)點處北橫隧道的線型：平面為 R=500 m 急曲線段，豎向為 1.45 % 的直線段。

圖3 穿越段平面圖

被穿越地鐵為 11 號線隆德路-江蘇路站區(qū)間，隧道外徑 6.2 m，管片厚 0.35 m，環(huán)寬 1.2 m。穿越節(jié)點中心距離江蘇路站約 500 m，距最近的聯(lián)絡通道約 180 m。

北橫盾構(gòu)自西向東掘進，先穿越上行線再穿越下行線。其中，上行線穿越范圍為 595～607 環(huán)；下行線穿越范圍為 583～595 環(huán)。

11 號線地鐵隧道位于 ⑤1層中，北橫通道盾構(gòu)切削斷面上部為 ⑦1層，中間夾層 ⑦2層，下部 ⑧1-1層，如圖 4 所示。北橫通道與 11 號線之間 7.06 m 范圍夾層中有厚度約為 4 m 的 ⑥ 層土。

圖4 穿越段區(qū)域剖面圖（單位：m）

2.2 風險分析

2.2.1 軌道交通設施保護要求高

軌道交通 11 號線是上海市主要軌交運行線路，具有線路長、運量大、密度高的特點，對設施保護要求高，在穿越過程中不能發(fā)生停運事件。本次穿越施工必須將風險降到最低，確保運行安全［2］。

2.2.2 超大直徑盾構(gòu)首次穿越運行軌道交通

國內(nèi)盾構(gòu)穿越運行的軌道交通已經(jīng)達數(shù)十次之多，選取與本工程工況最為接近的兩個典型案例——直徑 11 m 級盾構(gòu)隧道穿越運行軌道交通進行參考。

上海市西藏南路隧道下穿 8 號線案例，西藏南路越江隧道工程分為東、西線盾構(gòu)推進段，隧道管片外徑 Φ11.36 m，內(nèi)徑 Φ10.36 m，壁厚 500 mm 襯砌，中心環(huán)寬 1.5 m，采用單面楔形鋼筋混凝土管片錯縫拼裝成環(huán)。盾構(gòu)從浦東工作井出洞約 400 m 后，從 M 8 線西藏南路站區(qū)間隧道下方穿越。兩對隧道呈井字形交叉，西線隧道與 M8 線最小凈距 2.73 m，東線隧道與 M 8 線最小凈距 3.57 m。隧道采用外徑 Φ11.58 m 的泥水平衡盾構(gòu)掘進施工。西線穿越后，上行線最大沉降為 16.84 mm，考慮到沉降較大，在東線穿越施工期間對列車進行停運，東線穿越后，下行隧道最大沉降為 29.6 mm。盾構(gòu)穿越完成后通過在隧道內(nèi)進行壁后二次注漿對地鐵隧道進行恢復。

杭州市文一路隧道下穿2 號線案例，隧道外徑 11.36 m，內(nèi)徑 10.36 m，環(huán)寬 2 m，管片厚度 500 mm，線路最大縱坡 3 %，最小轉(zhuǎn)彎半徑 1 200 m，采用 1 臺直徑 11 660 mm 的大型泥水平衡式盾構(gòu)掘進施工。文一路隧道分南線和北線，下穿杭州地鐵 2 號線。兩隧道間的凈距為 5.2～6.9 m。北線隧道先通過，穿越期間地鐵 2 號線未開通運營。在掘進過程中由于大隧道不穩(wěn)定，出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，帶動上方地鐵隧道上抬，最大上抬量 23.5 mm。南線穿越施工期間，地鐵已運營，針對北線穿越施工遇到的問題并考慮到列車運營等因素，綜合采取了針對性的措施。穿越期間地鐵 2 號線隧道略有上抬（最大 5.2 mm），但后期出現(xiàn)緩慢下沉，達到 -16 mm，通過在大隧道內(nèi)部二次壁后注漿進行恢復。

雖然盾構(gòu)穿越運行的軌道交通有較多案例，但是直徑 15 m 級超大泥水盾構(gòu)穿越運行軌道交通尚無先例。軌道交通運行過程中列車振動荷載與盾構(gòu)施工的地層損失率相互影響，地層損失率大時導致軌道交通的變形增大，由于 15 m 級盾構(gòu)的開挖面控制難度大，變形量難以控制，將進一步增加軌道交通的保護難度。

2.2.3 與運行軌道交通 11 號線凈距小、截面比高

主線盾構(gòu)與軌道交通最小凈距僅為 7.06 m，盾構(gòu)外徑為 15.56 m，隧道外徑為 6.2 m，超大直徑盾構(gòu)施工土體切削斷面達 190 m2，且盾構(gòu)與地鐵隧道面積比達 6.29，變形量控制難度大，風險極高。

2.2.4 急曲線段穿越

急曲線是本工程顯著特點以及諸多難點之一，其中最小轉(zhuǎn)彎半徑僅 R=500 m（國家標準規(guī)定轉(zhuǎn)彎半徑＜40 D 定義為急曲線）。在穿越節(jié)點處北橫隧道的線型平面為 R=500 m 急曲線段，豎向為坡度 1.45 % 的直線段，穿越運行軌道交通與急曲線掘進風險在此區(qū)域疊加出現(xiàn)，風險進一步增大［3］。

2.2.5 土層分析

軌道交通 11 號線位于 ⑤1層土中，北橫通道盾構(gòu)切削斷面上部為 ⑦1層，下部 ⑧1-1層，中間夾層 ⑦2層，11 號線與北橫隧道之間 7.0 6 m 范圍夾層有厚度約 4 m 的 ⑥ 層土。⑥ 層土屬于暗綠色黃色粉質(zhì)黏土，比較硬，經(jīng)過分析北橫盾構(gòu)上覆的 ⑥ 層以及盾構(gòu)下方下臥 ⑧1-1層對盾構(gòu)穿越施工以及上部的軌道交通 11 號線保護是有利的。

2.2.6 周邊環(huán)境復雜

北橫通道穿越運行的軌道交通 11 號線隧道區(qū)域內(nèi)，同時先后穿越辦公樓（日旭商務中心、上海君城、銀河證券）、住宅（長寧大廈），及周邊的市政管線（包括直徑 2 400 mm 雨水管等），風險產(chǎn)生疊加效應。

2.3 對策

2.3.1 建立健全管控體系

針對盾構(gòu)穿越運行軌道交通涉及的部門及單位眾多的特點，建立科學合理的安全管控體系，明確體系中參與的部門和單位以及各自的職責分工。確保穿越施工的籌劃與實施過程中的指令暢通，體系運轉(zhuǎn)高效［4］。

1）建立聯(lián)合應急指揮機制（政府、企業(yè)）。①成立應急指揮體系，全面負責、監(jiān)督、指揮、協(xié)調(diào)；②成立現(xiàn)場應急指揮辦公室，指導和協(xié)調(diào)；信息匯總和上報；接上級指令及下達指令；下設 3 個 工作小組。

a.工程實施工作小組，負責跟蹤工程推進；匯總和上報突發(fā)情況信息；指導和協(xié)調(diào)現(xiàn)場各項應急措施實施。b.地面應急保障工作小組，牽頭協(xié)調(diào)穿越期間地面突發(fā)情況應急保障工作。c.社會宣傳工作小組，負責社會宣傳及溝通工作，及時溝通相關(guān)單位。

2）建立聯(lián)合應急響應機制。負責信息匯總、數(shù)據(jù)分析，在突發(fā)情況下，全面協(xié)調(diào)、指揮，啟動應急預案，保證穿越過程的安全。

2.3.2 制定專項技術(shù)方案

1）穿越施工控制標準評估。通過對大量類似工程案例分析與總結(jié)，以及考慮運行列車產(chǎn)生振動，疊加效應下對隧道變形的綜合影響，參考前期穿越房屋施工的變形數(shù)據(jù)分析，結(jié)合穿越地質(zhì)條件，經(jīng)多次專題討論、專家評審，確定本次盾構(gòu)下穿 11 號線節(jié)點，地鐵隧道變形量可控制在 +20～-20 mm。

2）穿越施工技術(shù)方案評估。通過對方案一“間斷推進”，即白天列車運營期間，盾構(gòu)停止推進，晚上列車停運期間，盾構(gòu)推進，和方案二“連續(xù)推進”，進行比選，專家評審，同意采取方案二，“列車限速運行，盾構(gòu)快速通過”。

3）穿越施工總體籌劃。為將安全風險降到最低，既要保證列車正常運行，又要保證居民安全出行，綜合考慮，首次穿越利用雙休日客流量較小的條件，并避開列車運行高峰時間，晚 8 點開始盾構(gòu)穿越。

4）運行列車控制措施。列車振動對于泥水盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定性及泥膜形成影響情況不明，穿越帶來的風險不能確定。經(jīng)各方討論研究、專家評審，列車運行采取限速 15km/h 控制措施，以減少列車振動對盾構(gòu)施工的影響，實時監(jiān)測、監(jiān)控地鐵隧道狀態(tài)。一旦發(fā)生險情，即刻中斷運營，啟動應急響應機制。

5）盾構(gòu)施工技術(shù)參數(shù)。為了解決 R500 急曲線，對隧道減少變形，在盾構(gòu)穿越過程中，施工單位必須嚴格按照專家評審通過的施工安全及保護專項方案實施 施工［5］。

①推進速度控制在 20～30 mm/min，刀盤扭矩控制在 3～5.5 mn·m，氣泡倉壓力控制在 4.93～5.02 bar，總推力控制在 10 000～14 000 kN。

②嚴格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，每環(huán)必須對同步漿液進行坍落度試驗（坍落度控制在 14±2 cm），上下分配約 7∶3。

③針對殼體穿越上行線和下行線期間，對殼體頂部壓注克泥效?？四嘈В╣）與水玻璃（ml）配合比為20∶1。

6）信息化管理。

①建立軌交運行權(quán)屬單位、隧道施工總包單位、監(jiān)測單位等相關(guān)單位現(xiàn)場聯(lián)合辦公室（中控室），數(shù)據(jù)共享。

②軌交現(xiàn)場采取遠程視頻監(jiān)控、人工監(jiān)測、自動化監(jiān)測相結(jié)合的方案。

遠程視頻監(jiān)控：實時傳送到現(xiàn)場聯(lián)合辦公室（中控室），及時反饋，根據(jù)監(jiān)控的信息評估影響范圍內(nèi)運行軌交隧道狀態(tài)，為信息化施工及必要時的施工措施提供數(shù)據(jù)。

人工監(jiān)測：軌交隧道內(nèi)，通過現(xiàn)場踏勘，各方研究討論、專家評審同意，對隧道內(nèi)垂直（水平）位移監(jiān)測點布置，上、下行線以 5 m 間距（垂直、水平），外放區(qū)域 10 m 間距（垂直）布設監(jiān)測點，上下行區(qū)域垂直各布置 46 個，水平各布置 11 個監(jiān)測點。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，為盾構(gòu)參數(shù)的調(diào)整、后期注漿施工調(diào)整及運營地鐵線路的狀態(tài)評估和保護提供基礎數(shù)據(jù)。收斂監(jiān)測：在上、下行隧道內(nèi)以 5 環(huán)（6 m）間距各布置 35 組監(jiān)測斷面（每組 2 個測點），共計 70 組（140 個測點）。隧道直徑收斂累計變化量數(shù)據(jù)為調(diào)整盾構(gòu)推進姿態(tài)提供依據(jù)。

自動化監(jiān)測：軌交隧道內(nèi)，隧道縱剖面電水平尺垂直位移自動化監(jiān)測，在上、下行線縱向 172.8 m 范圍內(nèi)布置 144 把電水平尺；隧道直徑收斂激光自動化監(jiān)測，在上、下行線 120 m 范圍內(nèi)布置 42 只激光測距儀。為盾構(gòu)參數(shù)的調(diào)整、后期注漿施工調(diào)整及運營地鐵線路的狀態(tài)評估和保護提供實時數(shù)據(jù)。

③隧道內(nèi)利用盾構(gòu)設備遠程控制系統(tǒng)與人工變形監(jiān)測方法相結(jié)合。

遠程控制系統(tǒng)：利用盾構(gòu)設備（海瑞克）配備的國際先進遠程控制系統(tǒng)，通過 PLC 數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)實時傳送現(xiàn)場聯(lián)合辦公室（中控室），指導盾構(gòu)推進技術(shù)參數(shù)優(yōu)化。

變形監(jiān)測：穿越階段加強對隧道豎向位移的監(jiān)測。取隧道管片上固定點為隧道沉降觀測點，每 3 環(huán)設 1 個監(jiān)測點。監(jiān)測范圍為穿越段及其前后 15 環(huán)，監(jiān)測頻率為每天 1 次，直至隧道穩(wěn)定。

2.3.3 建立應急預案

1）軌交單位。

①設定報警指標。通過對沉降數(shù)據(jù)、沉降速率、軌交設施狀態(tài)三方面監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，分級報警。

三級報警：軌交結(jié)構(gòu)變形在 10～20 mm，利用軌交夜間停運期間，進行微擾動注漿治理，北橫隧道內(nèi)同步采用殼體注漿或二次注漿。

二級報警：軌交結(jié)構(gòu)變形超過 15 mm，進一步預報警。

一級報警：軌交結(jié)構(gòu)變形超過 20 mm，立即向應急指揮部報警。

②行車調(diào)整方案。出現(xiàn)一級報警時，根據(jù)結(jié)構(gòu)變化情況，采取以下措施。

a.如結(jié)構(gòu)發(fā)生劣化，明確第二日運營穿越段停運，立即啟動非停電搶修行車方案和公交短駁方案；

b.如結(jié)構(gòu)發(fā)生突變，立即啟動停電搶修停運方案和公交短駁方案，采取搶救措施。

2）建設單位。建立現(xiàn)場應急管理機制，包括現(xiàn)場指揮小組、專家小組和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析小組。

現(xiàn)場指揮小組：負責協(xié)調(diào)解決重大問題，組織實施應急措施。

專家小組：對重大技術(shù)問題提出建議意見，提供技術(shù)支撐。

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析小組：對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、研判與報警，及時向現(xiàn)場應急指揮辦公室匯報。

3）施工總包單位。

①建立現(xiàn)場應急管理機制，包括現(xiàn)場指揮小組、盾構(gòu)推進處置小組、設備故障處置小組、注漿加固處置小組、后勤保障小組、信息匯總小組。

現(xiàn)場指揮小組：負責施工現(xiàn)場各類問題處置，實施應急措施。

盾構(gòu)推進處置小組：根據(jù)現(xiàn)場指揮小組的指令，對盾構(gòu)推進的各類參數(shù)做出快速響應；對盾尾滲漏、盾構(gòu)姿態(tài)及軸線偏差超標進行應急處置；根據(jù)應急處置的需要進行二次壁后注漿、殼體注漿等；確保應急處置階段盾構(gòu)的后勤補給，隧道內(nèi)組織與協(xié)調(diào)。

設備故障處置小組：根據(jù)現(xiàn)場指揮小組的指令，對設備的故障及時處置。

注漿加固處置小組：根據(jù)現(xiàn)場指揮小組的指令，進行地面補償（或上抬）注漿；地層擾動引發(fā)結(jié)構(gòu)滲漏進行堵漏；對管線受損情況進行配合搶險。

后勤保障小組：應急搶險所需的材料、物資、設備協(xié)調(diào)保障。

信息匯總小組：對監(jiān)測信息進行匯總、分析和研判，及時上報。

②應急響應。

三級響應：地鐵隧道累計變形超過 15 mm，根據(jù)需要對掘進參數(shù)以及注漿等進行優(yōu)化調(diào)整。

二級響應：地鐵隧道累計變形超過 18 mm、地鐵隧道局部破碎滲漏、盾構(gòu)機盾尾出現(xiàn)滲漏等險情，根據(jù)需要對掘進參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，并適時進行壁后二次注漿；立即上報應急指揮部，同時對地鐵隧道進行微擾動注漿。

一級響應：地鐵隧道累計變形超過 20 mm、地鐵隧道管片嚴重碎裂滲漏險情、盾構(gòu)隧道內(nèi)出現(xiàn)重大險情，立即上報應急指揮部，啟動一級響應。

③應急處置。

a.成型隧道管片上浮。加強對隧道上浮情況監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)適當減緩掘進速度，保證后方漿液及隧道穩(wěn)定后再推進；通過壓鐵等措施對盾構(gòu)機機頭及首節(jié)車架進行壓重，增強抗浮能力；打設環(huán)箍，對脫出盾尾的管片壓注雙液漿，穩(wěn)固后方隧道，提高隧道整體穩(wěn)定性；對于管片錯臺較大處，采取種筋焊接筋板，增強隧道整體穩(wěn)定性。

b.盾尾滲漏。采用特種海綿填充管片與盾尾間的間隙，封堵滲漏通道；采取壓注聚氨酯的措施，形成止水保護圈，封堵滲漏。

c.地鐵隧道沉降。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，針對不同位置沉降，可采取以下注漿措施。

盾構(gòu)機殼體注漿：盾構(gòu)機設計預留3道殼體注漿孔，每道 14 個注漿孔，第一道位于前盾，第二、三道位于中盾位置。沉降點位于盾構(gòu)機殼體上方，沉降量超過 10 mm，啟動注漿。

二次注漿：管片脫出盾尾后，軌交沉降量超預警值，可采取二次注漿的方式對主線隧道進行加固。在管片內(nèi)弧面增設的注漿孔壓注適量水泥漿，及時對隧道上方 150°范圍土體進行注漿，控制軌交隧道沉降。

微擾動注漿：穿越前，在軌交隧道內(nèi)預先打設沉降微擾動注漿孔（上下行線均為 40 環(huán)，每環(huán)開孔 2 孔，共計 160 孔）。當軌交隧道沉降超預警值時，在軌交停運期間，可采用微擾動注漿工法，控制軌交隧道 沉降［6］。

d.上抬超標應急處置。做好軌交隧道上抬趨勢分析，軌交隧道上抬超過 10 mm 時，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整推進速度和正面泥水壓力；同時優(yōu)化調(diào)整同步注漿參數(shù)，如注漿量、注漿壓力、注漿點位分配等。

2.4 實施效果

1）穿越施工情況。本次盾構(gòu)穿越地鐵 11 號線的過程劃分為 3 個階段：第 1 階段：盾構(gòu)切口到達 11 號線投影范圍前 20 m；第 2 階段：盾體穿越 11 號線投影范圍，從切口進入到盾尾離開（44 m）；第 3 階段：盾尾離開 11 號線投影范圍到影響完全消失（30 m）。

盾構(gòu)于 2018 年 11 月 16 日（星期五）正式開始穿越，至 2018 年 11 月 19 日（星期一）成功穿越地鐵 11 號線保護區(qū)。

本次穿越過程中，刀盤進入 11 號線投影范圍前采用 2.5～4 環(huán)/天速度推進，盾構(gòu)機穿越 11 號線投影范圍內(nèi)采用5～7.5 環(huán)/天速度推進，盾尾離開 11 號線投影范圍后采用 3～6 環(huán)/天速度推進。

2）地鐵隧道結(jié)構(gòu)隆沉情況。自盾構(gòu)進入 11 號線影響范圍內(nèi)開始，距離穿越區(qū)域較近的上行線表現(xiàn)為下沉趨勢，最大下沉量 -0.38 mm，隨著盾構(gòu)繼續(xù)推進，盾構(gòu)推進至隧道正下方時，11 號線隧道開始抬升，隨著盾構(gòu)的一直推進，11 號線上行線最大上抬 9.6 mm，隨著推進距離上行線越來越遠，上行線也隨后開始下沉，下沉量達到 3.02 mm。下行線趨勢與上行線趨勢基本一致，下行線在推進過程中最大上抬量達到 12.58 mm，隨著盾構(gòu)機的遠離，隧道結(jié)構(gòu)逐漸開始下沉，最大下沉量 2.2 mm。

3）地鐵隧道結(jié)構(gòu)收斂變形情況。在盾構(gòu)推進過程中收斂變化表現(xiàn)為先增大后減小，穿越過程中上行線收斂值最大變化量為 +4.8 mm，穿越后收斂值又減小為 +0.7 mm。下行線穿越過程中收斂最大變化量為 +6.4 mm，穿越后收斂值又減小為 +1.1 mm。在穿越過程中收斂數(shù)據(jù)變化比較明顯。

3 穿越軌道交通7號線

3.1 穿越概況

北橫通道在常德路和新會路交叉口處將下穿運行的軌道交通 7 號線隧道（昌平路～長壽路站），兩隧道軸線夾角 89°。地鐵 7 號線隧道底標高為 -19.8 m，北橫隧道頂標高為 -26.96 m，兩層隧道的最小凈距為 7.16 m。7 號線上、下行線隧道軸線相距 15.21 m，兩隧道外邊線相距 21.7 m（見圖 5）。北橫盾構(gòu)主線自西向東掘進，先下穿上行線，再下穿下行線。

圖5 北橫通道與 7 號線相對位置圖

被穿越地鐵為 7 號線昌平路～長壽路站區(qū)間，隧道外徑 6.2 m，管片厚 0.35 m，環(huán)寬 1.2 m。穿越節(jié)點中心距離長壽路車站端頭井 17.5 m。

軌道交通 7 號線投影面積的范圍對應北橫隧道 1 407～1 418 環(huán)?？紤]到盾體的長度約為 14 m，盾構(gòu)在掘進拼裝第 1 402 環(huán)時，刀盤已經(jīng)進入到投影面正下方，掘進至 1 420 環(huán)時盾尾才完全離開投影范圍，所以本次穿越范圍為 1 402～1 420 環(huán)，共 19 環(huán) 38 m。

該節(jié)點處地鐵 7 號線的覆土厚度為 16.3 m，北橫隧道的覆土厚度為 29 m。北橫隧道斷面（盾構(gòu)刀盤切割的范圍）土層為 ⑦1、⑦2、⑧1-1土，北橫隧道頂部為 ⑤1、⑥ 土；7 號線地鐵隧道位于 ⑤1層中，7 號線隧道上方依次為 ①1、②1、③、④ 土層。

北橫通道隧道與軌交 7 號線于新會路與常德路交叉處相交，穿越區(qū)域主要建筑物為：下穿亞新生活廣場（混 4，底樓為商鋪、樓上為辦公）、側(cè)穿常德名園 1 號樓（混 27，底樓為商鋪、樓上居民樓，水平凈距 11.6 m）、側(cè)穿寶華大廈（混 24，商務樓，水平凈距 13.6 m）和側(cè)穿同德公寓 1 號樓（混 24，底樓為商鋪、樓上居民樓，水平凈距 8.7 m）。具體位置示意如圖 6 所示。

圖6 北橫通道與軌道交通 7 號線平面圖

3.2 軌道交通11號線與7號線穿越對比

1）兩次穿越運行中的軌道交通，周邊環(huán)境和盾構(gòu)機的掘進土層和市政管線情況基本相同。

2）穿越軌道交通 11 號線兩軸線夾角為 68°，本次穿越軌道交通 7 號線兩軸線夾角為 89°，并沿新會路正下方直線穿越。本次穿越較 11 號線穿越線型較好。

3）穿越 11 號線時，盾構(gòu)機運行狀態(tài)相關(guān)較好，本次穿越盾構(gòu)機由于長時間的施工，設備故障率有所提高，存在盾尾漏漿現(xiàn)象，現(xiàn)在已采用海綿條堵漏有效技術(shù)措施，確保穿越過程中不漏漿。

3.3 風險分析

1）軌道交通設施保護標準要求高。軌道交通 7 號線是上海市南北方向主要軌交運行線路和換乘線路，具有線路長、運量大、密度高的特點，對設施保護要求高，在穿越過程中不能發(fā)生停運事件。本次穿越施工必須將風險降到最低，確保運行安全。

2）超大直徑盾構(gòu)穿越運行軌道交通需進一步研究和分析。超大直徑盾構(gòu)已經(jīng)穿越了軌道交通 11 號線，積累了一定的經(jīng)驗，將對本次穿越施工具有較強的借鑒與指導意義。

本次穿越軌道交通 7 號線工況條件與穿越地鐵 11 號線十分相似，但直徑 15 m 級泥水盾構(gòu)下穿運行地鐵的經(jīng)驗還是相對缺乏，需要進一步研究和探索的內(nèi)容還很多，在穿越軌道交通 7 號線時仍需要引起重視和采取相應的措施，保證軌道交通的安全和順利運行。

3）周邊環(huán)境復雜。北橫通道穿越運行的軌道交通 7 號線隧道區(qū)域內(nèi)，同時先后下穿亞新生活廣場、側(cè)穿寶華大廈及商住兩用建筑（常德名園 1 號樓、同德公寓 1 號樓），及周邊的市政管線（包括直徑 2 000 mm 污水管等），風險產(chǎn)生疊加效應。此外，穿越區(qū)域范圍內(nèi)還有一處在建工地（金地基坑），需要考慮基坑開挖對盾構(gòu)施工的影響。

3.4 對策

由于穿越 7 號線與穿越 11 號線周邊環(huán)境和盾構(gòu)機的掘進土層和市政管線情況基本相同，本次穿越采取的對策比較相似，以下針對不同點進行敘述。

1）總體籌劃。通過對穿越 11 號線的研究和分析，考慮穿越過程中及穿越后地鐵隧道結(jié)構(gòu)的沉降情況，本次穿越將按照盾構(gòu)連續(xù)穿越的總體原則進行施工，為減少對 7 號線客流的影響，充分利用雙休日穿越運行軌道交通 7 號線，在穿越期間由穿越 11 號線的經(jīng)驗調(diào)整為 5～6 環(huán)/天的進度均衡勻速通過。

2）建立施工控制標準。為保證穿越施工的可行性與可靠性，穿越前各參建單位對以往盾構(gòu)穿越運行地鐵線的工程案例，結(jié)合北橫通道穿越軌道交通 11 號線和穿越房屋建筑的經(jīng)驗進行了研究，并通過典型案例分析、施工參數(shù)對比、數(shù)值模擬計算結(jié)合施工經(jīng)驗，最終提出盾構(gòu)下穿軌道交通 7 號線，地鐵隧道變形仍舊采用穿越 11 號線時 -20～+20 mm 的控制標準。

3）盾構(gòu)施工技術(shù)參數(shù)。本次穿越軌道交通 7 號線，在穿越 11 號線的盾構(gòu)設定參數(shù)的基礎上，結(jié)合穿越過程中的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)優(yōu)化盾構(gòu)施工技術(shù)參數(shù)，調(diào)整推進速度，適當降低每日推進的環(huán)數(shù)，減少軌道交通 7 號線的變形。

4）運行列車控制措施。根據(jù)穿越 11 號線的經(jīng)驗調(diào)整了 7 號線列車的運行速度。在盾構(gòu)穿越 7 號線的正常工況下，7 號線列車以 25 km/h 限速通過長壽路站－昌平路站穿越區(qū)段。搶險工況下，將啟動調(diào)整列車運行應急預案。

5）盾尾漏漿處理。盾構(gòu)機經(jīng)過長距離推進，設備故障率有所提高，盾尾已經(jīng)出現(xiàn)滲漏跡象，通過對盾尾密封的改造和密封處理，盾尾無滲漏。

盾尾油脂壓注采取壓注壓力和壓注量雙控，每環(huán)的壓注量 180 kg。當發(fā)現(xiàn)盾尾有少量漏漿時，應對漏漿部位及時進行補壓盾尾油脂。

6）微擾動注漿。根據(jù)之前的穿越經(jīng)驗，本次穿越前，在軌交隧道內(nèi)預先打設沉降微擾動注漿孔（上下行線均為 7 環(huán)，每環(huán)開孔 2 孔，共計 28 孔）。當軌交隧道沉降超預警值時，在軌交停運期間，可采用微擾動注漿工法，控制軌交隧道沉降。

3.5 實施效果

1）穿越施工情況。本次盾構(gòu)穿越地鐵 7 號線的過程劃分為 3 個階段。第 1 階段：盾構(gòu)刀盤切口到達前 15 環(huán)（30 m）；第 2 階段：盾構(gòu)穿越投影范圍，從刀盤進入到盾尾離開，共 19 環(huán) 38 m；第 3 階段：盾尾離開 7 號線投影范圍到影響完全消失（30 m）。

盾構(gòu)于 2019 年 6 月 21 日正式開始穿越，至2019 年 6 月 24 日成功穿越地鐵 7 號線保護區(qū)。

2）地鐵隧道結(jié)構(gòu)隆沉情況。自盾構(gòu)刀盤進入 7 號線影響范圍，距離穿越區(qū)域較近的上行線表現(xiàn)為上抬趨勢，最大上抬量 +1.18 mm；自盾構(gòu)刀盤進入 7 號線正下方，7 號線隧道開始下沉，最大下沉量 -2.08 mm；根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過進一步優(yōu)化注漿技術(shù)參數(shù)，7 號線上行線開始上抬，最大上抬 +6.8 mm。隨著盾構(gòu)推進，盾尾脫出 7 號線正投影段，上行線開始下沉，并逐步趨于穩(wěn)定，3 個月后累計沉降量為 +0.8 mm。

下行線趨勢與上行線趨勢基本一致，下行線在推進過程中最大上抬量達到 +6.52 mm，隨著盾構(gòu)推進，盾尾脫出 7 號線正投影段，下行線開始下沉，并逐步趨于穩(wěn)定，最大下沉量 -1.55 mm。穿越完成 3 個月后，上行線下沉最大值 -0.2 mm，下行線下沉最大值 -2.1 mm。

3）地鐵隧道結(jié)構(gòu)收斂變形情況。在盾構(gòu)推進過程中收斂變化表現(xiàn)為先增大后減小，穿越過程中上行線收斂值最大變化量為 +4.1 mm，穿越后收斂值又減小為 +2.7 mm；下行線穿越過程中收斂最大變化量為 +5.0 mm，穿越后收斂值變化較小為 +5.1 mm。次變化量均 ＜1 mm，下行線累計變量＞5 mm。

4 兩次穿越總結(jié)分析

鑒于直徑 15 m 級泥水平衡盾構(gòu)下穿運行地鐵線尚無先例，工程難度大、風險高，在北橫通道先后兩次成功穿越運行軌道交通 11 號線、7 號線的過程中，工程建設各方就被穿越地鐵區(qū)間的現(xiàn)狀、列車振動對盾構(gòu)掘進施工的影響、地鐵的保護標準、應急預案等問題開展了多輪的專題研究，在確保安全的情況下順利完成了穿越施工。現(xiàn)在對兩次穿越過程中的一系列措施和對策進行總結(jié)，主要內(nèi)容如下。

1）需建立市級及具體實施單位構(gòu)成的領(lǐng)導小組和工作小組，建立不同層級的應急管理體系及各級應急預案。建立的聯(lián)合應急保障工作機制、應急管理體系和專家團隊，在穿越全過程中提供了有效的保障和技術(shù)支撐，出現(xiàn)異常情況時可及時做出響應。在領(lǐng)導小組的牽頭下，各相關(guān)單位相應建立應急預案、信息上報制度、值班制度等。

2）發(fā)揮各相關(guān)單位的主體責任，落實相關(guān)的工作和注意事項，做好全過程穿越各類信息上報工作和穿越后的工作總結(jié)與分析。

3）建立的全過程貫徹信息共享機制，有效保障了穿越期間各方的工作開展?，F(xiàn)場實行合署辦公制度，縮短了溝通路徑，極大程度地提升了管理效率，出現(xiàn)問題時第一時間得到了解決。

4）穿越前確定的 -20～+20 mm 的控制標準是合理的，既符合當前超大盾構(gòu)施工控制的實際水平，也滿足運行地鐵隧道安全保障的要求。

5）采取的“連續(xù)均衡穿越”的策略起到了預期的效果。充分利用周五軌交客運高峰過后和 2 d 雙休日時段進行穿越掘進，最大限度地降低了列車限速對工作日客運高峰時段旅客疏散的壓力。

6）通過不斷優(yōu)化穿越過程中盾構(gòu)掘進參數(shù)，減小盾構(gòu)施工產(chǎn)生的影響，包括控制切口壓力和掘進速度，及時適量進行同步注漿，穩(wěn)定推力，保證盾構(gòu)姿態(tài)正確等。

5 結(jié)論與建議

北橫通道工程建設規(guī)模大、施工周期長、技術(shù)難度和風險高，其中盾構(gòu)隧道又是整個北橫通道的重中之重。涉及超大斷面盾構(gòu)的急曲線轉(zhuǎn)彎，近百次緊鄰穿越敏感建（構(gòu)）筑物，工程風險世界罕有。通過分析和總結(jié)，形成主要結(jié)論如下。

1）健全穿越施工安全管控體系。針對盾構(gòu)穿越軌道交通涉及的部門及單位眾多的特點，建立科學合理的安全管控體系，明確體系中參與的部門和單位以及各自的職責分工。確保穿越施工的籌劃與實施過程中指令暢通，體系運轉(zhuǎn)高效。

2）建立軌道交通變形控制標準。通過對現(xiàn)有大量運行地鐵隧道結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)研的基礎上，建立既能保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全，又符合當前超大斷面盾構(gòu)施工水平控制標準，作為今后穿越施工的控制參考指標。

3）完善盾構(gòu)穿越施工關(guān)鍵技術(shù)。盾構(gòu)穿越施工是安全管控的重中之重，應重點研究盾構(gòu)機的針對性選型、襯砌管片的針對性設計、盾構(gòu)掘進施工參數(shù)的優(yōu)化與匹配以及穿越過程中的信息化施工與管控等技術(shù)。

4）深化穿越安全應急保障體系。針對穿越施工風險高的特點，由行業(yè)主管部門牽頭制定完善的具有可操作性的軌道交通應急保障體系，包括各種異常情況下的預警、報警機制，列車限速、列車停運以及隧道結(jié)構(gòu)搶修等應急方案。

5）北橫通道主線東段還涉及穿越多條運行的軌道交通，今后將進一步跟蹤東段主線盾構(gòu)施工，繼續(xù)深化研究超大直徑盾構(gòu)穿越運行中的軌道交通，為以后制定標準規(guī)范積累經(jīng)驗。

6 結(jié)語

本文通過對上海市北橫通道工程兩次穿越運行中的軌道交通為研究對象，針對穿越運行中的軌道交通的對策和方法等進行研究、分析、評估，積累了寶貴的經(jīng)驗，為今后超大直徑盾構(gòu)穿越運行中的軌道交通提供了有價值的參考。