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【摘 要】 在武汉地铁建设中，盾构在高水头承压水全断面粉细砂层中掘进并下穿位于软弱地层中的地铁既有线为首例，针对武汉地区的特殊地质情况无相关施工技术的指导经验，通过研究，一方面可以迅速掌握富水的软土、粉细砂层中地铁隧道下穿既有隧道施工方法与工艺；另一方面保证既有隧道结构安全；同时，对类似地质条件的下穿既有隧道施工技术具有一定的指导和借鉴意义。
【关键词】 盾构隧道；下穿越；高承压水；粉砂地层；施工监测
1、引言
面临武汉轨道交通建设规模不断扩大，轻轨1号线、地铁2号线投运以及4号线、3号线、6、7号线开工建设，轨道交通逐渐由原来的直线模式交叉形成具有一定规模的轨道交通网络，在这之中，越来越多的地铁隧道、车站面临交叉、重叠。在2号线与3号线形成网络化的过程中形成的武汉市轨道交通首个“地下立交”的形势下，开展的对富水砂层中盾构隧道近距离下穿地铁既有线工程中的克服工程风险、难点及措施方法的研究。
2、工程概况
2.1工程简介
王～范区间里程范围为右DK16+550.461～右DK17+256.00，右线全长705.539m；隧道埋深8.8～18.7m，最大线间距14m，区间共设2个半径R=400m的曲线，最大纵坡为15.79‰，最小坡度为2‰。区间在右DK16+900.00里程处设置一个联络通道。盾构隧道外径6000mm，内径5400mm，管片厚度300mm，管片宽度1500mm，强度C50，防水等级P10。
下穿段里程范围（隧道中线里程）：3号线左线：右DK17+210.790～右DK17+224.730；3号线右线：右DK17+217.760～右DK17+231.920。3号线王～范区间左线隧道与2号线范～汉区间左、右线隧道水平角度为114°，右线隧道与2号线范～汉区间左、右线隧道水平角度为115°，王～范区间隧道埋深约为18m，范～汉区间隧道结构底为10.1m，隧道间净距为2.07m～2.5m。
2.2工程环境
下穿段工程位于里程右DK17+210.790～右DK17+231.920范围，距离范湖站接收井口里程右DK17+256.000处约24.08～45.21m（线路中线交点距离），对应地表位置为青年路范湖转盘。
2.3工程地质
场地内（3-3）淤泥质粉质粘土层和（3-4）粉质粘土夹粉土层易发生软土剪切破坏而产生深层滑动，摩擦角6～15度，抗剪强度低。2号线被下穿段隧道位于该地层软土中，基本承载力为85～105Kpa、隧道底板为软基，工程运营过程中车辆震动有可能产生震陷，隧道施工时易发生塑性破坏增加隧道衬砌的难度，区间隧道顶板有较厚软土可能使地表沉陷值增大。3号线下穿段隧道全断面位于（4-1）粉细砂层中，基本承载力150Kpa，隧道顶部与2号线隧道底间地层为约1.5m（3-5）层，0.8m（4-1）层。
2.4水文地质
本标段沿线地下水主要类型有上层滞水、潜水及承压水，上述几类地下水中，以长江和汉江两岸I级阶地覆盖层中孔隙承压水对拟建工程的影响最为突出。
2.5周围管线
在里程右DK17+210.790～DK17+231.920段分别下穿二号线范～汉区间右线、左线隧道地层为富水砂层且地面为10KV电力管线、电信光缆群及直径为600mm的给水管线，见表1。
表中阴影部分管线、建构筑物为盾构进洞接收影响最大部分。
3 土压平衡盾构机下穿既有隧道施工技术研究
3.1试验段确定的盾构机推进参数
隧道掘进过程中，合理的选择掘进参数能较好的控制地面的沉降。因此，选择右DK17+10.790～右DK17+175.790（165m）盾构穿越地层相似段为试验段，将此设为按控制二号线隧道沉降的标准对地面沉降进行控制对掘进参数进行试验，总结掘进参数和沉降的变化关系，使得在下穿通过二号线既有隧道时选择最佳的掘进参数。根据统计，采用的掘进参数如下：
推力：1200～1870T；扭矩：100±20T.m；刀盘转速：1.3～1.5rpm；掘进速度：40±5mm/min；土仓压力：1.7～2.0bar；排土量：3.5～4渣斗/环；
3.2下穿段掘进参数
考虑到下穿段范围地质条件与试验段相同，因此，在下穿段推进过程中除考虑常规掘进各环节之外应根据电子水平尺监测情况重点控制掘进速度、土仓压力、同步注浆（二次注浆）等参数。
3.3关键技术要点
（1）严控土仓压力
土仓压力波动值以监测沉降值0.5mm变化量为参考，并在整环推进的过程中及拼装期间，土仓压力最大、最小值相差不宜大于0.4bar。本工程实践土压力范围1.8～2.2bar。
（2）合理选用注浆工艺
根据在距三号线下穿二号线的前8环管片至距范湖站端头10m范围（DK17+201～DK17+249.908）的管片，A型管片、B型管片每块增设4个注浆孔，即每环增设20个注浆孔，一环共计26个注浆孔（左线39环，右线35环）。
3.4下穿期间掘进参数
下穿过程中盾构掘进参数可参考范围为（排除最大、最小值）：土仓压力1.8～2.2bar，掘进速度范围15～35mm/min，总推力1700～2000T，扭矩范围1900～2700MNm。
3.5效果检验
3.5.1穿越期间沉降
（1）电子水平尺监测
本次自动化监测数据表明，盾构穿越对已运营隧道的扰动影响主要表现为隧道的竖向位移，自动监测可以连续记录位移变化，因此本技术以电水平自动监测数据来分析。
3号线左线：2012年11月21日开始进行监测，盾构机刀盘抵达2号线右线影响区，2号线右线隧道开始下沉，分析为盾构推进时，导致穿越区内2号线下方地层损失，而后随着盾构的持续推进，2号线的沉降量进一步加大，穿越结束后，施工单位开始注浆，隧道开始上抬，经过一段时间后，趋于稳定。
【关键词】 盾构隧道；下穿越；高承压水；粉砂地层；施工监测
1、引言
面临武汉轨道交通建设规模不断扩大，轻轨1号线、地铁2号线投运以及4号线、3号线、6、7号线开工建设，轨道交通逐渐由原来的直线模式交叉形成具有一定规模的轨道交通网络，在这之中，越来越多的地铁隧道、车站面临交叉、重叠。在2号线与3号线形成网络化的过程中形成的武汉市轨道交通首个“地下立交”的形势下，开展的对富水砂层中盾构隧道近距离下穿地铁既有线工程中的克服工程风险、难点及措施方法的研究。
2、工程概况
2.1工程简介
王～范区间里程范围为右DK16+550.461～右DK17+256.00，右线全长705.539m；隧道埋深8.8～18.7m，最大线间距14m，区间共设2个半径R=400m的曲线，最大纵坡为15.79‰，最小坡度为2‰。区间在右DK16+900.00里程处设置一个联络通道。盾构隧道外径6000mm，内径5400mm，管片厚度300mm，管片宽度1500mm，强度C50，防水等级P10。
下穿段里程范围（隧道中线里程）：3号线左线：右DK17+210.790～右DK17+224.730；3号线右线：右DK17+217.760～右DK17+231.920。3号线王～范区间左线隧道与2号线范～汉区间左、右线隧道水平角度为114°，右线隧道与2号线范～汉区间左、右线隧道水平角度为115°，王～范区间隧道埋深约为18m，范～汉区间隧道结构底为10.1m，隧道间净距为2.07m～2.5m。
2.2工程环境
下穿段工程位于里程右DK17+210.790～右DK17+231.920范围，距离范湖站接收井口里程右DK17+256.000处约24.08～45.21m（线路中线交点距离），对应地表位置为青年路范湖转盘。
2.3工程地质
场地内（3-3）淤泥质粉质粘土层和（3-4）粉质粘土夹粉土层易发生软土剪切破坏而产生深层滑动，摩擦角6～15度，抗剪强度低。2号线被下穿段隧道位于该地层软土中，基本承载力为85～105Kpa、隧道底板为软基，工程运营过程中车辆震动有可能产生震陷，隧道施工时易发生塑性破坏增加隧道衬砌的难度，区间隧道顶板有较厚软土可能使地表沉陷值增大。3号线下穿段隧道全断面位于（4-1）粉细砂层中，基本承载力150Kpa，隧道顶部与2号线隧道底间地层为约1.5m（3-5）层，0.8m（4-1）层。
2.4水文地质
本标段沿线地下水主要类型有上层滞水、潜水及承压水，上述几类地下水中，以长江和汉江两岸I级阶地覆盖层中孔隙承压水对拟建工程的影响最为突出。
2.5周围管线
在里程右DK17+210.790～DK17+231.920段分别下穿二号线范～汉区间右线、左线隧道地层为富水砂层且地面为10KV电力管线、电信光缆群及直径为600mm的给水管线，见表1。
表中阴影部分管线、建构筑物为盾构进洞接收影响最大部分。
3 土压平衡盾构机下穿既有隧道施工技术研究
3.1试验段确定的盾构机推进参数
隧道掘进过程中，合理的选择掘进参数能较好的控制地面的沉降。因此，选择右DK17+10.790～右DK17+175.790（165m）盾构穿越地层相似段为试验段，将此设为按控制二号线隧道沉降的标准对地面沉降进行控制对掘进参数进行试验，总结掘进参数和沉降的变化关系，使得在下穿通过二号线既有隧道时选择最佳的掘进参数。根据统计，采用的掘进参数如下：
推力：1200～1870T；扭矩：100±20T.m；刀盘转速：1.3～1.5rpm；掘进速度：40±5mm/min；土仓压力：1.7～2.0bar；排土量：3.5～4渣斗/环；
3.2下穿段掘进参数
考虑到下穿段范围地质条件与试验段相同，因此，在下穿段推进过程中除考虑常规掘进各环节之外应根据电子水平尺监测情况重点控制掘进速度、土仓压力、同步注浆（二次注浆）等参数。
3.3关键技术要点
（1）严控土仓压力
土仓压力波动值以监测沉降值0.5mm变化量为参考，并在整环推进的过程中及拼装期间，土仓压力最大、最小值相差不宜大于0.4bar。本工程实践土压力范围1.8～2.2bar。
（2）合理选用注浆工艺
根据在距三号线下穿二号线的前8环管片至距范湖站端头10m范围（DK17+201～DK17+249.908）的管片，A型管片、B型管片每块增设4个注浆孔，即每环增设20个注浆孔，一环共计26个注浆孔（左线39环，右线35环）。
3.4下穿期间掘进参数
下穿过程中盾构掘进参数可参考范围为（排除最大、最小值）：土仓压力1.8～2.2bar，掘进速度范围15～35mm/min，总推力1700～2000T，扭矩范围1900～2700MNm。
3.5效果检验
3.5.1穿越期间沉降
（1）电子水平尺监测
本次自动化监测数据表明，盾构穿越对已运营隧道的扰动影响主要表现为隧道的竖向位移，自动监测可以连续记录位移变化，因此本技术以电水平自动监测数据来分析。
3号线左线：2012年11月21日开始进行监测，盾构机刀盘抵达2号线右线影响区，2号线右线隧道开始下沉，分析为盾构推进时，导致穿越区内2号线下方地层损失，而后随着盾构的持续推进，2号线的沉降量进一步加大，穿越结束后，施工单位开始注浆，隧道开始上抬，经过一段时间后，趋于稳定。