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復雜條件下盾構穿越既有鐵路線隆沉控制

文檔作者：陳松潔文檔來源：無錫地鐵集團有限公司建設分公司		更新日期： 2026年05月19日	點擊數：
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·72· | 工程技術與應用 | Engineering Technology and Application 2020 年第22 期
作者簡介：陳松潔，男，碩士，工程師，研究方向為隧道及
地下空間工程。
復雜條件下盾構穿越既有鐵路線隆沉控制
陳松潔
（無錫地鐵集團有限公司建設分公司，江蘇 無錫 214000）
摘 要：江蘇省某城市地鐵建設過程中，地鐵線路與既有鐵路線形成交叉重疊，在盾構機處于大縱坡爬坡、小半徑曲線轉彎、
中等埋深掘進的情況下，需連續穿越火車站出站軌行區的多股道及多道岔既有鐵路線。為了保證鐵路運行安全，過程中
需嚴格控制保證地面隆沉。在實際施工中，通過分析地面隆沉變化影響因素、制定施工方法和設定及優化施工過程中的
掘進參數，找到了地面隆沉變化與盾構施工的規律和關系。在此項目工況下，文章形成了一套合適的施工方案和掘進參數，
成功將普鐵單次測量沉降速率控制在2mm 以下、累計隆沉變化控制在10mm 以下，高鐵單次測量沉降速率控制在1mm 以下、
累計隆沉變化控制在2mm 以下，完成對既有鐵路線的安全穿越，可為以后類似項目的施工提供參考。
關鍵詞：盾構穿越既有鐵路線；大縱坡；小半徑；中等埋深；多股道；多道岔；隆沉控制
中圖分類號：U455 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789（2020）22-0072-02
隨著城市軌道交通的進一步規劃和發展，新建地鐵
線路不可避免地與既有鐵路線出現交叉重疊，故在建設
施工過程中需要使用盾構機完成盾構區間對既有鐵路線
的穿越。由于鐵路運行的特殊性和對安全性的要求，其
對地面隆沉變化極為敏感，因此在盾構穿越施工中需要
對施工方法和施工參數進行嚴格的控制。通過地面監測
數據的反饋，分析地面隆沉變化與盾構施工的規律和關
系，不斷優化調整施工方法和參數，找到關鍵性的影響
因素，分析造成影響的機制，實現對地面及鐵路隆沉變
化的有效控制。
1 工程簡介
江蘇省某城市地鐵項目，“三院站—火車站”盾構
區間使用直徑為6.4m 的土壓平衡式盾構機施工，始發后，
先以半徑R=300m 左轉，后以半徑R=300m 右轉及28‰
坡度上坡，途中依次斜穿京滬普速鐵路和滬寧城際高鐵，
最終到達火車站完成盾構接收。
該工程穿越的京滬普速鐵路和滬寧城際高鐵為正常
運營中的既有鐵路線，具體情況如下：
（1）京滬普速鐵路共6 股道（2 股正線，4 股到發
線），含2 副道岔，平面斜穿角度為60°，基礎為未經
加固處理的砕石道床。盾構開挖面為全斷面⑥ 1 黏土，
其上層依次為④ 2 砂質粉土、③ 2 粉質黏土、① 1 雜填土，
對施工有影響的地下水主要為賦存在④ 2 砂質粉土的微
承壓水。此段隧頂埋深15.5 ～ 16.4m。
（2）滬寧城際高鐵共7 股道（2 股正線，5 股到發線），
含2 副道岔，平面斜穿角度為40°，部分區域基礎使用
混凝土板加固，除了#7 股道及1 副道岔，其余股道和
道岔均位于混凝土板加固范圍內。盾構開挖面為⑥ 1 黏
土（占比20%）和④ 2 砂質粉土地層（占比80%），其
上層依次為④ 2 砂質粉土、③ 2 粉質黏土、① 1 雜填土。
此段隧頂埋深12.9 ～ 14.3m。
2 施工難點
在該工程盾構穿越既有鐵路線施工中，條件復雜、
標準嚴苛，施工難度高，具體分析如下：
（1）鐵路情況復雜。在該工程中，所穿越的既有鐵
路線位于火車站進出站區，線路多、車流量大，有4 副
道岔，施工過程中需連續穿越。鐵路基礎情況復雜，部
分為未加固碎石基礎，部分為混凝土板基礎。
（2）盾構線路特殊。在盾構穿越段，線路正處于
R=300m 小半徑轉彎和28‰上坡，盾構機姿態控制難度
高，周圍土體擾動較一般情況下增大，另外盾構機受轉
彎影響，一些設備會出現一定的不適。穿越段的地層處
于變化段，從單一地層向多地層變化，兩種地層物理性
能差別極大，施工參數需實時調整。
（3）隆沉變化控制標準嚴苛。根據相關規范及鐵路
單位要求，京滬普鐵單次測量沉降速率預警值為2mm，
累計變化預警值為10mm；滬寧城際高鐵單次測量沉降
預警值為1mm，累計變化預警值為2mm。
3 隆沉變化控制
在盾構施工中，地面隆沉變化主要來自盾構施工對
土體的擾動，而造成土體擾動的因素很多，不同因素的
影響程度也不盡相同，為了控制地面隆沉變化，就要分
析造成土體擾動的不同因素的影響機理和程度，制定合
適的施工方法和施工參數。
3.1 造成土體擾動的因素
（1）刀盤切削土體。刀盤切削土體時，對土體主要
有刀盤剪切擠壓、土倉壓力傳遞等作用，主要體現在盾
構機前方，因而當監測顯示盾構機前方出現變化時，可
以認為是刀盤造成的。刀盤剪切和擠壓土體與刀盤轉速
和推進速度有關，當轉速與推進速度相匹配或者略高當
前推進速度所需的切削速度時，刀盤的切削擠壓所帶來
的土體擾動都很小，可以忽略此時對土體帶來不利影響。
土倉壓力主要受螺旋機出土速度和推進速度之間的匹配
程度以及添加劑（氣、水、泡沫劑和膨潤土等）的影響，
設定土倉壓力時，既不能因太小而導致前方土體失穩滑
移坍塌，又不能因太高而導致土體受擠壓向四周隆起。
（2）同步注漿。同步漿液主要用于填充刀盤開挖
形成的空間與管片之間的空隙，按照理論計算量乘以合
適的充填系數進行設定。當注漿量過大時，漿液擠壓周
邊土體會造成地面隆起，反之則會造成地面沉降。由于
漿液作用于盾尾，因此當監測數據顯示盾尾出現變化時，
可以認為是同步注漿造成的。
（3）盾體擠壓土體。當盾構機處于轉彎或者上下
坡時，由于盾構姿態不斷變化，盾體在土體中會出現橫
2020 年第 22 期 Engineering Technology and Application| 工程技術與應用 | ·73·
向位移或滾動，對土體產生擠壓作用，因此當監測顯示
盾體上方變化時，可以認為是盾體擠壓土體造成的。
（4）管片擠壓土體。盾構機向前推進時，推力來
自管片所提供的反力，管片受力后會發生位移，對土體
造成擠壓，在轉彎或者變坡段時尤為明顯。除了管片受
盾構機推力造成位移，自身上浮時也對上方土體有擠壓
作用，因而當監測數據顯示后部成型隧道上方變化時，
可以認為是管片擠壓土體造成的。刀盤與土體、管片與
土體之間作用力如圖1 所示。
3.2 施工方法的制定
盾構施工參數設定時，雖然部分參數可以通過計算
得出，但無法保證能夠完全適合當前工況，故應選取合
適位置進行試推進，通過試推進檢驗預先設定的參數，
提前進行調整以得出最合適的一套參數。在選取試推進
位置時，應考慮土層、埋深、線路情況等，力求與穿越
鐵路段相類似，這樣才能更好地發揮預測作用。
在該工程施工時，選取此區間前半部某一段作為試
推進段，此段與實際穿越段相比：（1）土層分布相似，
部分開挖斷面為全段面⑥ 1 黏土，部分為⑥ 1 黏土和
④ 2 砂質粉土地層；（2）埋深類似，實際穿越段埋深
12.9 ～ 16.4m，試驗段埋深12 ～ 14m；（3）線路情況
部分類似，實際穿越段為右轉彎和上坡，試驗段為左轉
彎和下坡。平面線形同為轉彎，可以較好地反映轉彎段
掘進情況，縱坡條件不同，不具有明顯參考意義。
通過試推進段施工，得到一套施工參數：土倉壓
力0.20 ～ 0.21MPa， 推進速度20 ～ 30mm/mim， 推力
10000 ～ 11500kN，刀盤轉速1.1r/min，刀盤扭矩2300 ～
2600kN·m，出土量37.5 ～ 40m3，同步注漿量3.3 ～ 3.7m3。
3.3 施工參數設定及調整
在刀盤距離京滬普速鐵路20 環時，考慮到試推進
段與當前段埋深不同，土壓繼續按照當前保持，其他參
數按照試推進段所取得的參數進行掘進，同時關注監測
數據，實時調整，在此選取其中一次調整過程進行闡述：
（1）當掘進至472 環時，盾構機位于滬寧城際高
鐵下方，地面監測數據顯示3 股道出現隆起，單次變化
量已接近預警值，有繼續增加的趨勢。
（2） 對當前施工參數收集： 推力為11000 ～
13000kN、掘進速度為20 ～ 30mm/min、土壓為2.1 ～
0.23MPa、注漿量為4.0 ～ 4.2m3、注漿壓力為0.3 ～ 0.32MPa。
（3）研判當前監測數據，發現出現隆起的監測點
多數位于盾尾，初步推測同步注漿量過多。另有少部分
監測點位于刀盤附近，由于當前處于上坡階段，因此埋
深不斷減小，推測土壓設定值偏高。
（4）根據初步推測，土壓減小至0.20 ～ 0.21MPa，
同步注漿量調整為3.6 ～ 3.8m3，其他暫不調整。
（5）以此參數推進1d 后，發現隆起的監測點增多，
一部分仍為之前的監測點，隆起速率有所降低，另一部
分為新出現的，距離盾尾較近。據此分析，在盾構剛進
入高鐵時，僅有盾構前方向上的分力間接作用于混凝土
板，隨著盾尾進入高鐵下方，盾構機后方管片徑向應力
逐漸產生，在兩個應力作用下，原有混凝土板結構受力
平衡被打破，后方監測點變化速率加大，采取措施后，
逐漸降低，趨于平穩，隨著脫離筏板下方，作用在筏板
上的垂直分力和后方管片徑向應力逐漸消失，最終平衡
后穩定。
（6）根據以上分析，需要減小盾構機對后方管片
的作用力，降低推進速度，從而減小推力，同時將推進
過程分為3 次完成，每推進0.4m 后停機10min，推進完
成后交替收回推進油缸，借此釋放推進油缸與管片之間、
后部相鄰管片之間應力，減小盾體和后方隧道對土體的
擠壓。
（7）采取以上措施后，監測數據恢復正常，后方
監測點變化速率明顯減小，說明此次原因分析正確、調
整措施合適。
4 結論
此次施工過程中單次和累計隆沉變化值均未達到預
警，鐵路運行正常，盾構施工質量和進度滿足要求，總
體施工成功，總結如下：（1）在進行穿越既有鐵路線
施工前，選取工況相似段進行試推進，獲得一套經過驗
證的成熟的施工參數，用以指導后續施工；（2）密切
關注監測數據，一旦出現異常及時組織分析，根據分析
結果做出第一次參數調整，隨后利用監測數據進行驗證，
視情況再次進行調整，直至數據恢復正常；（3）關注
影響地面變化的關鍵施工參數，如土壓、同步注漿量，
這兩個參數對土體作用較為直接，對地面隆沉變化影響
較大；（4）結合具體工況，考慮盾體、管片對土體的
作用力，對推進和拼裝方法做出調整，以適應當前條件
下施工。
參考文獻：
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圖1 刀盤與土體、管片與土體之間作用力示意圖

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