浙江省建投交通基础建设集团有限公司
摘要：新建隧道采用盾构机掘进下穿既有隧道时，如果盾构机在此地层中施工参数控制不当易发生开挖面失稳造成地表沉陷，同时影响既有隧道安全。
通过分析易发生的风险，参建各方单位需采取对策，针对新建隧道下穿既有隧道施工过程采取保护措施，包括施工措施和技术措施，主要控制同步注浆技术参数、土舱压力、隧道地基加固、推进速度。
关键词：下穿；隧道安全；风险；保护措施
引言：这几年随着城市建设的发展，地下空间建设中两条隧道之间容易产生叠交现象。由于地下空间条件和施工技术水平的限制，两条隧道之间的距离不等，有时会产生交叉现象，这时对既有隧道会产生各种影响，容易产生各种安全隐患。当今，这类问题已经越来越引起国内外专家学者的重视，开展了一系列理论和实践的分析。
一、盾构下穿既有隧道施工风险分析及对策
1、盾构开挖面失稳
盾构下穿既有隧道时，盾构机在此地层中施工参数控制不当，特别是渣土改良参数控制不当时易发生开挖面失稳造成地表沉陷。
当发生盾构机开挖面失稳的情况时，盾构机应立即停止出土，刀盘停止转动，使用液压油缸将盾构机顶至开挖面，确保土压稳定，遏制失稳；同时采取进行地面处理措施（封闭现场、疏散人员、禁止通行等），并安排巡视员24小时对周边环境进行监控巡查[1]。
2、盾尾密封失效
盾尾密封作为一项重要的工作，当密封失效时，盾构机外部的地下水容易进入区间内，导致周边土体孔隙水减少，发生地面塌陷。针对盾尾密封失效的情况，项目部一般采取以下风险措施：
①准备水泵，保证隧道内积水可以及时排掉；
②盾尾部分采用盾尾刷密封，盾尾刷采用不锈钢材质避免锈蚀；
③盾构机自动加油系统定期保养，确保油脂能够及时机打至盾尾；
④机打密封油脂时注意控制压力，避免过大损坏盾尾刷；
⑤在推进一定环数后，检查盾尾刷情况，必要时更换受损设备；
⑥管片拼装时注意位置准确，表面盾尾间隙过大或过小导致密封困难；
⑦盾构始发前，检查盾尾渗漏水部位，对油脂注射口和易漏水点采用盾尾防水油脂进行涂抹[2]。
二、盾构下穿既有隧道施工措施
1、前期准备工作
首先，研究清楚地质勘察资料，分析盾构施工的技术参数选择应该采用什么标准。开始掘进以后，根据盾构机上显示的各种数据，实时调整技术参数，到下穿前20环调整到最佳。
2、试推进阶段
将下穿前20环到开始下穿时这过程作为试推进阶段，通过不断调整掘进参数和控制注浆量，将变形控制在最小，并将经验作为下穿掘进过程中进行参考。
3、下穿阶段
在下穿阶段，监测单位需要加密既有隧道上方地表土竖向位移监测点数量，对既有隧道本身结构也需要进行监测，过程中根据监测结果及时调整参数。
在下穿时，需要对各种施工参数进行控制。其中主要参数如下：
①土舱压力的控制；
②出土量的控制；
③盾构纠偏量的控制；
④渣土改良；
⑤拼装速度；
⑥同步注浆的控制[3]。
三、盾构下穿既有隧道技术措施
1、管片及螺栓
正常段所用的管片为C50P10，为保证防水效果，下穿既有隧道的管片采用C50P12，二次注浆区域管片增加注浆孔。
管片螺栓使用合金加强形式，强度等级为8.8级，螺母的强度为8.0级[4]。
2、二次注浆
盾构通过既有隧道后，对所在区域进行监测，根据地面沉降情况以及隧道内管片稳定情况来确定是否二次注浆[5]。
3、设备检修
施工前，对设备进行全面维修。一般在距下穿交叉点前20环左右停止掘进，对盾构机上土舱压力测量仪、液压马达、刀盘刀具和同步注浆管路进行检查，要求其达到良好状态[6]。
①刀具的检查及更换
在距离下穿节点20环处开仓检查，根据岩层情况此处为常压开仓，检查各种刀具的磨损情况。若磨损率低于0.015mm/m则不需要更换，若高于0.015mm/m，则需装备新品。
②测量自动导向系统的检查
在距离下穿节点20环时，检查自动测量导向系统。采用人工复测的方式进行复核。
在测量自动导向系统校核后，每环掘进时再进行一次人工复核，一般连续5次复核数据无误，没有偏差，后面可以放宽复核频率。
③盾构机同步注浆系统、泡沫剂注射系统维修
（1）检查盾构机同步注浆系统的管路，保证注浆时浆液流动畅通。
（2）检查盾构机注浆泵，保证可正常注浆使用。
（3）检查泡沫剂注射系统，确保遇到不良地质需要改良土体时可以正常进行泡沫剂注射。
④土压平衡和数据传输系统
在盾构机下穿过程中，土舱压力显示器必须正常，通过监控系统将土舱压力数据传输至地面，地面管理人员可以通过土舱压力数据判断出盾构掘进情况。注意以下几方面：
（1）检查土舱压力传感器，施加不同等级的土压力进行实验，观察数据是否精确；
（2）检查数据传输系统，从土舱一直到监控室的线路进行检查，使用前进行测试，确保线路系统数据传输不中断。
⑤盾构油脂注入系统
施工前和停机检查时，重点检查管路系统是否畅通。
⑥隧道内排水排污系统
在盾构机推进过程中，渣土传输过程中会有土方遗落至地面，管片容易发生漏水现象，需要建立一整套排水排污系统，能够将污水及时排走。
⑦后配套检查、维修
在下穿前，不仅要检查盾构机情况，还要对电瓶车组、龙门吊、砂浆中转站进行检查。电瓶车组重点检查电瓶和动力系统，确保能正常行驶。龙门吊检查吊钩和吊绳，确保50t的龙门吊能正常吊起渣土车和管片。砂浆中转站保证正常搅拌均匀，能够供应同步注浆所需[7]。
4、掘进模式及参数
在掘进前，经过方案论证，比选国内外几种盾构机品牌，从效率最优角度考虑选择盾构机品牌。考虑下穿时新建隧道距既有隧道距离，为保证安全，掘进时尽量不扰动土体，因此掘进模式采用微扰动模式。
掘进时，土舱压力需保持合理区间。如果发现大于掘进面压力，应将一定渣土排出，放入空气；如果发现小于掘进面压力了，应再填入渣土，保证周边环境稳定[8]。
盾构机在下穿前，需制定掘进技术参数，并在下穿前20环左右位置根据试推段情况进行精细调整。
①刀盘转速：在下穿时，既要考虑到正常掘进刀盘切削岩土，又要考虑到不产生太大的摩擦力对刀盘造成损坏。
②蓄水压力：在掘进过程中，土舱中和掘进面的水压力应保持平衡，否则容易造成掘进面上方塌孔或者水土流失等。
③推力扭矩：为保证掘进顺利，同时避免刀具过度磨损。同时为避免扰动地层，刀盘扭矩设置在1500kNm左右，掘进速度设置在20-30mm/min，推力设置在1000-1500kN左右，在掘进过程中，根据传感器反映的扭矩变化等数据进行实时调整。
④皮带机转速：刀盘切削下的渣土排入土舱后，再通过皮带传送到渣土车上。由于土压失去平衡时，容易导致掘进面前方失稳，因此需控制皮带机转速，讲皮带机电动马达转速控制在5-7r/min左右，实际根据压力显示器的波动情况进行控制。
参考文献：
[1]T/CCMA 0063—2018，盾构机操作、使用规范[S].
[2]张琼方.盾构近距离下穿对已建地铁隧道的位移影响及施工控制[J]岩土力学，2016，37（12）：3561-3568.
[3]孟长跃.盾构机用空气自动保压系统的模拟试验[J]现代制造技术与装备，2018，9（262）：176-177.
[4]刘义.膨胀性岩土盾构隧道开挖面稳定性分析[D].广州：暨南大学，2016：2-6.
[5]张铁成.超深盾构井施工中对特殊建筑的保护[J]天津建设科技，2010，002（245）：34-36.
[6]王助锋.复杂岩石地层盾构施工技术探析[J]建筑机械化，2013，7：64-67.
[7]张顶锋.越江隧道保护区内新建平行隧道对既有隧道的影响机理及控制技术研究[D].上海：上海交通大学，2011：36-37.
[8]钟山.盾构法隧道施工监测数据处理与预警、报警研究[D].上海：同济大学，2006：24-25.