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摘要：近几年，全国城市交通工程建设越来越多。当城市地面建筑不可破坏，地下管线复杂时，采用盾构隧道是常用解决方案，但传统圆形隧道断面尺寸小、空间利用率低、线间距大，不能有效保证未来城市交通需求，相比之下，矩形盾构隧道的优势就很明显。通过对管片预制和拼接精度控制，控制掘进参数应对矩形盾构隧道下穿既有铁路的不利因素，控制沉降变形，保证施工安全质量，是本文研究的重点。
关键词：大断面;矩形盾构;穿既有线;纠偏控制
一、前言：
随着城市建设发展的进程，盾构隧道建设将会越来越多，隧道断面尺寸也将会越来越大，针对大断面矩形盾构隧道下穿既有线施工的特点，对其进行研究，并针对其特点做出对应的措施，确保工程质量及安全，填补大断面矩形盾构下穿既有铁路的空白，为今后类似工程提供了重要的借鉴作用。
二、工法特点及适用范围
1、工法特点
（1）本工法有效优化大断面矩形盾构的施工工艺，确保下穿既有铁路线施工的安全要求，保证盾构工程顶进精度及结构的安全性。
（2）本工法解决了大体积矩形盾构预制管片接缝处理难题，指导大断面管片拼接顶进施工。
（3）本工法有效保证了矩形盾构掘进各项参数，保证盾构刀盘切削花岗岩地层正常，保证了矩形盾构长距离，短覆土下穿铁路的安全要求。
2.适用范围
本工法适用于下穿既有铁路线或建（构）筑物条件下的矩形盾构隧道工程，尤其是下穿距离长，覆土埋深浅，开挖面位于中风化硬岩地层的工点。
三、施工工艺及关键技术
1、管节预制精度、强度控制工艺
矩形盾构管节采用C50P10钢筋混凝土现场预制而成，断面尺寸为12.6×7.65m，管节宽度1.5m，宽度800mm，单片管节重116.4t，顶推最大长度260m，累计误差影响大，需控制管节三环拼装环向缝间隙误差±1mm。
采取的关键技术：
（1）采用激光高精度机床加工的钢模板预制隧道管节，模板模块化分段，采用螺杆快拆加固体系，自制工装对预留预埋位置精度控制。
（2）对预制完成的混凝土管节进行蒸汽养护，以确保管节预制精度和管节预制速度。
2、顶管盾构机轴线纠偏工艺。
顶管隧道推进距离长，结构断面大，推进过程中矩形断面内渣土流动性差难以保证土仓压力均匀，易造成顶管机发生轴线偏转。
采取的关键技术：
（1）进过程中采用激光束及监测器监测轴线变化，随时监控、随时纠偏。
（2）严格控制螺旋机出土量，通过调整油顶顶力、铰接调节油缸伸长量等措施进行姿态纠偏，保证顶管推进姿态良好。
（3）采取顶管盾构机刀盘正反转、调节转速，来控制土仓左右压力实现水平辅助调向。
（4）当顶推机发生中线偏转、纠偏能力不足时，可借助于机头和管节上预留的触变泥浆孔及纠偏泥浆注入系统，在需要的位置向地层注入纠偏泥浆，调整顶推周围的地层压力，依靠地层压力的偏差和地层的微量压缩性进行纠偏。
（5）纠偏应从小角度缓慢过渡到大角度，纠偏过程应加强对地面沉降位移的监测。
3、下穿既有铁路线沉降变形控制工艺。
本工程盾构在既有运营铁路和新建高铁的路基下穿过，确保既有铁路的沉降控制在允许范围，是本工程的重难点。
采取的关键技术：
（1）顶管机刀盘与壳体间开挖无间隙，壳体与管片预留10mm空隙，压入泥浆形成泥浆套，起到润滑减阻支撑地层等作用，遵循“随顶随压，逐孔压浆，浆量均匀，浆压适宜”的原则，确保地层稳定。采用电子阀门精准控制泥浆量。
（2）顶推过程中主要控制顶力、顶进速度、出土量，在顶管穿越铁路线之前的100米试验段施工中，及时总结出顶管所穿越土层的地质条件，掌握顶管推进施工参数和同步压浆量，并且通过实践不断对其进行优化，以求达到顶管以最合理的施工参数穿越杭深线。盾构机前端设置土压传感器，及时反馈调整，采用螺旋机出土流量计控制、土斗方量、吊车渣土称重计体积质量多重控制出土量。
（3）土体为全风化，和易性差，在刀盘注入改良剂的同时，需注入黏土泥材料制成的泥浆，泥浆的注入量在开挖体积的15-30%之间，使得土体具有较好的塑性 、流动性和止水性 。
（4）边坡堆载。既有铁路线均存在变坡，土压力差较大，顶进到该位置易产生边坡上口沉降，边坡下口隆起。遂在边坡下口堆沙袋反压，减少路堤结构土压差，控制沉降及隆起。
（5）顶管推进过程中，设置自动化监测系统，对地表沉降变形情况进行监测，监测数据实时反馈，以便指导施工。主要监测项包括地表沉降、管片结构竖向位移、管片结构水平位移、管片结构净空收敛、接触网沉降量测、接触网倾斜量测、轨道静态几何形位等内容。
4、长距离、淺覆土地段下穿工艺。
矩形顶管断面截面大，最大顶力约为118800kN，平均覆土厚度小于5m，与宽度比值小于0.4，属于超浅覆土顶进，容易形成管顶背土，会造成覆土层变形过大。
采取的关键技术：
（1）在每条隧道设置一道中继间作为顶进应急措施，严格控制触变泥浆配比，形成泥浆套确保润滑减阻。
（2）设置多路注浆系统，制定分段分类型注浆方案，避免背土形成，确保在超浅覆土中能成功顶进施工。
（3）严格控制顶进参数，确保开挖面土压力设定符合要求，根据顶进中实时地面变形动态调整，辅以合适的注浆工艺，能确保地面、铁路的变形控制在设计范围内。
5、硬岩地层盾构掘进工艺。
矩形顶管不同于圆形顶管，无法形成全断面切削（一般切削率为90%以上），有切削盲区。对于岩石地层，盲区将对顶管顶进造成很大的困难，部分地段存在孤石、中风化的花岗岩，单轴抗压强度超过65MPa。 采取的关键技术：
（1）设备的设置需要根据地层情况、覆土厚度、变形要求、顶进长度有针对性的设计。设计阶段，与厂家共同确定刀盘形式、数量、扭矩;铰接油缸的数量、铰接类型、密封类型;远程控制内容、土压力计、传感器数量及位置等。通过在切削盲区增设滚筒刀以应对全断面的地层顶进，同时设置削切满足100MPA硬岩的专用刀具。
（2）东侧始发井端约30m中风化花岗岩，在福厦高铁路基处打孔静力裂解处理。西侧接收井采用大管棚支护暗挖施工（约11m长），破除岩石形成通道，再进行顶管施工或者提前水平静力爆破。
（3）加大螺机口径，目前能解决50cm尺寸。开工前尽量加密地勘，同时盾头上超前地质雷达确认前方卵石，有条件下进行地面处理。刀盘上可设置滚刀、撕裂刀，应对可能遇到的大孤石，增设超前注浆孔，顶管盾构机设置多个人孔，在必要时可開仓处理孤石。
四、应用实例
莆田火车站南北广场东西两侧地下通道涉铁预埋工程位于福建省莆田市秀屿区莆田火车站东西侧，呈南北走向，采用盾构顶管法施工。东、西侧通道均采用双孔分离式矩形顶管盾构形式，自北向南沿线依次下穿既有杭深线（10股道）和在建福厦高铁。隧道大部位于全/半风化花岗岩地层，全长944m，最小覆土厚度约4.0m。单孔矩形盾构工程断面尺寸为11.0m（净宽）×6.05m（净高），单片管节长1.5m，厚度0.8m，采用C50P10砼，每环管片整体现浇预制，地下水位在地面以下约4.5m。
面对以上难题，项目部通过严格控制管片预制和拼装精度，做好盾构刀盘设计，通过调整盾构掘进参数，圆满完成了工期节点及下穿铁路线结构安全质量的要求。
五、结束语
综上分析，我们对大断面矩形盾构下穿既有线施工技术有了基本的了解，目前矩形盾构工程越来越多，或多或少都会遇到下穿既有线的难题，只要掌握好上述技术要点，严格按工艺流程施工，就能有效保证下穿安全，实现经济社会效益最大化。
六、参考文献
[1]贾连辉.超大断面矩形盾构顶管设计关键技术[J].隧道建设，2014，34（11）：1098-1106.
[2]龚颖，孔德凡.大截面矩形顶管下穿河道施工技术[J].施工技术，2018，47（S4）：1331-1334.
关键词：大断面;矩形盾构;穿既有线;纠偏控制
一、前言：
随着城市建设发展的进程，盾构隧道建设将会越来越多，隧道断面尺寸也将会越来越大，针对大断面矩形盾构隧道下穿既有线施工的特点，对其进行研究，并针对其特点做出对应的措施，确保工程质量及安全，填补大断面矩形盾构下穿既有铁路的空白，为今后类似工程提供了重要的借鉴作用。
二、工法特点及适用范围
1、工法特点
（1）本工法有效优化大断面矩形盾构的施工工艺，确保下穿既有铁路线施工的安全要求，保证盾构工程顶进精度及结构的安全性。
（2）本工法解决了大体积矩形盾构预制管片接缝处理难题，指导大断面管片拼接顶进施工。
（3）本工法有效保证了矩形盾构掘进各项参数，保证盾构刀盘切削花岗岩地层正常，保证了矩形盾构长距离，短覆土下穿铁路的安全要求。
2.适用范围
本工法适用于下穿既有铁路线或建（构）筑物条件下的矩形盾构隧道工程，尤其是下穿距离长，覆土埋深浅，开挖面位于中风化硬岩地层的工点。
三、施工工艺及关键技术
1、管节预制精度、强度控制工艺
矩形盾构管节采用C50P10钢筋混凝土现场预制而成，断面尺寸为12.6×7.65m，管节宽度1.5m，宽度800mm，单片管节重116.4t，顶推最大长度260m，累计误差影响大，需控制管节三环拼装环向缝间隙误差±1mm。
采取的关键技术：
（1）采用激光高精度机床加工的钢模板预制隧道管节，模板模块化分段，采用螺杆快拆加固体系，自制工装对预留预埋位置精度控制。
（2）对预制完成的混凝土管节进行蒸汽养护，以确保管节预制精度和管节预制速度。
2、顶管盾构机轴线纠偏工艺。
顶管隧道推进距离长，结构断面大，推进过程中矩形断面内渣土流动性差难以保证土仓压力均匀，易造成顶管机发生轴线偏转。
采取的关键技术：
（1）进过程中采用激光束及监测器监测轴线变化，随时监控、随时纠偏。
（2）严格控制螺旋机出土量，通过调整油顶顶力、铰接调节油缸伸长量等措施进行姿态纠偏，保证顶管推进姿态良好。
（3）采取顶管盾构机刀盘正反转、调节转速，来控制土仓左右压力实现水平辅助调向。
（4）当顶推机发生中线偏转、纠偏能力不足时，可借助于机头和管节上预留的触变泥浆孔及纠偏泥浆注入系统，在需要的位置向地层注入纠偏泥浆，调整顶推周围的地层压力，依靠地层压力的偏差和地层的微量压缩性进行纠偏。
（5）纠偏应从小角度缓慢过渡到大角度，纠偏过程应加强对地面沉降位移的监测。
3、下穿既有铁路线沉降变形控制工艺。
本工程盾构在既有运营铁路和新建高铁的路基下穿过，确保既有铁路的沉降控制在允许范围，是本工程的重难点。
采取的关键技术：
（1）顶管机刀盘与壳体间开挖无间隙，壳体与管片预留10mm空隙，压入泥浆形成泥浆套，起到润滑减阻支撑地层等作用，遵循“随顶随压，逐孔压浆，浆量均匀，浆压适宜”的原则，确保地层稳定。采用电子阀门精准控制泥浆量。
（2）顶推过程中主要控制顶力、顶进速度、出土量，在顶管穿越铁路线之前的100米试验段施工中，及时总结出顶管所穿越土层的地质条件，掌握顶管推进施工参数和同步压浆量，并且通过实践不断对其进行优化，以求达到顶管以最合理的施工参数穿越杭深线。盾构机前端设置土压传感器，及时反馈调整，采用螺旋机出土流量计控制、土斗方量、吊车渣土称重计体积质量多重控制出土量。
（3）土体为全风化，和易性差，在刀盘注入改良剂的同时，需注入黏土泥材料制成的泥浆，泥浆的注入量在开挖体积的15-30%之间，使得土体具有较好的塑性 、流动性和止水性 。
（4）边坡堆载。既有铁路线均存在变坡，土压力差较大，顶进到该位置易产生边坡上口沉降，边坡下口隆起。遂在边坡下口堆沙袋反压，减少路堤结构土压差，控制沉降及隆起。
（5）顶管推进过程中，设置自动化监测系统，对地表沉降变形情况进行监测，监测数据实时反馈，以便指导施工。主要监测项包括地表沉降、管片结构竖向位移、管片结构水平位移、管片结构净空收敛、接触网沉降量测、接触网倾斜量测、轨道静态几何形位等内容。
4、长距离、淺覆土地段下穿工艺。
矩形顶管断面截面大，最大顶力约为118800kN，平均覆土厚度小于5m，与宽度比值小于0.4，属于超浅覆土顶进，容易形成管顶背土，会造成覆土层变形过大。
采取的关键技术：
（1）在每条隧道设置一道中继间作为顶进应急措施，严格控制触变泥浆配比，形成泥浆套确保润滑减阻。
（2）设置多路注浆系统，制定分段分类型注浆方案，避免背土形成，确保在超浅覆土中能成功顶进施工。
（3）严格控制顶进参数，确保开挖面土压力设定符合要求，根据顶进中实时地面变形动态调整，辅以合适的注浆工艺，能确保地面、铁路的变形控制在设计范围内。
5、硬岩地层盾构掘进工艺。
矩形顶管不同于圆形顶管，无法形成全断面切削（一般切削率为90%以上），有切削盲区。对于岩石地层，盲区将对顶管顶进造成很大的困难，部分地段存在孤石、中风化的花岗岩，单轴抗压强度超过65MPa。 采取的关键技术：
（1）设备的设置需要根据地层情况、覆土厚度、变形要求、顶进长度有针对性的设计。设计阶段，与厂家共同确定刀盘形式、数量、扭矩;铰接油缸的数量、铰接类型、密封类型;远程控制内容、土压力计、传感器数量及位置等。通过在切削盲区增设滚筒刀以应对全断面的地层顶进，同时设置削切满足100MPA硬岩的专用刀具。
（2）东侧始发井端约30m中风化花岗岩，在福厦高铁路基处打孔静力裂解处理。西侧接收井采用大管棚支护暗挖施工（约11m长），破除岩石形成通道，再进行顶管施工或者提前水平静力爆破。
（3）加大螺机口径，目前能解决50cm尺寸。开工前尽量加密地勘，同时盾头上超前地质雷达确认前方卵石，有条件下进行地面处理。刀盘上可设置滚刀、撕裂刀，应对可能遇到的大孤石，增设超前注浆孔，顶管盾构机设置多个人孔，在必要时可開仓处理孤石。
四、应用实例
莆田火车站南北广场东西两侧地下通道涉铁预埋工程位于福建省莆田市秀屿区莆田火车站东西侧，呈南北走向，采用盾构顶管法施工。东、西侧通道均采用双孔分离式矩形顶管盾构形式，自北向南沿线依次下穿既有杭深线（10股道）和在建福厦高铁。隧道大部位于全/半风化花岗岩地层，全长944m，最小覆土厚度约4.0m。单孔矩形盾构工程断面尺寸为11.0m（净宽）×6.05m（净高），单片管节长1.5m，厚度0.8m，采用C50P10砼，每环管片整体现浇预制，地下水位在地面以下约4.5m。
面对以上难题，项目部通过严格控制管片预制和拼装精度，做好盾构刀盘设计，通过调整盾构掘进参数，圆满完成了工期节点及下穿铁路线结构安全质量的要求。
五、结束语
综上分析，我们对大断面矩形盾构下穿既有线施工技术有了基本的了解，目前矩形盾构工程越来越多，或多或少都会遇到下穿既有线的难题，只要掌握好上述技术要点，严格按工艺流程施工，就能有效保证下穿安全，实现经济社会效益最大化。
六、参考文献
[1]贾连辉.超大断面矩形盾构顶管设计关键技术[J].隧道建设，2014，34（11）：1098-1106.
[2]龚颖，孔德凡.大截面矩形顶管下穿河道施工技术[J].施工技术，2018，47（S4）：1331-1334.