随着城市轨道交通发展,下穿既有线成为地铁施工中不得不面对的高风险工程,深圳地铁9号线分别于上梅林车站端头始发后近距离下穿地铁4号线、于红岭站端头上软下硬地层近距离下穿地铁3号线接收,均体现了近始发/到达端头、下穿既有线、地层复杂的多层级风险工程特征。这些风险因素均为城市地铁盾构工程施工的高风险因素,如何在多层级风险因素叠加情况下,获得施工安全风险控制的关键因素,并进而采取针对性风险控制措施,对于依托工程的安全、顺利施工有重大意义,同时,对于国内迅猛发展的地铁工程在类似条件下的设计和施工等也有重要参考价值。本文主要开展了以下工作:(1)依托深圳地铁9号线,以上梅林车站端头始发段富水地层条件下近距离下穿地铁4号线、红岭车站端头接收阶段上软下硬地层条件下穿地铁3号线为研究对象,对富水地层、上软下硬地层、近始发/到达端头、近距离下穿既有运营地铁等条件下的土压平衡盾构施工多层级风险因素进行了风险因素辨识和分析,提出了多层级风险因素状态下的盾构风险控制概念,并研究形成了风险因素调查专家问询表。(2)以多层级风险因素控制理论为基础,通过不同专业、广泛层级专家咨询开展书面调查,在盾构工程风险评价中采用网络分析法,以专家调查结果为依据,构建地铁盾构工程风险评价模型,揭示了多层级风险因素条件下,风险控制技术的不同层级权重排序。研究表明,盾体环向间隙无有效填充、端头加固效果不佳与富水地层不良影响等3项二级风险指标为最高风险权重排序。然后采用专家打分法对风险因素进行了风险等级评价,佐证了网络分析法获得的权重排序用于穿越工程施工安全风险评价是合适的,采取钢套筒技术与盾(壳)外环向克泥效注浆技术等控制技术降低该3项风险是必要的。(3)对盾构始发/到达端头钢套筒作用机理、钢套筒预置压力参数和影响范围以及钢套筒密闭技术适应性等进行了研究,获得了钢套筒预置压力参数对地层沉降、地层应力释放率、地层应力状态等方面的影响情况。总结归纳了钢套筒的作用机理:钢套筒预置压力可显著影响始发段工作面水平位移大小,提高预置压力值可有效减小工作面水平位移;在预置压力影响范围内,提高预置压力可以减少始发段地层沉降对地层强度参数的敏感性;预置压力的提高可以大幅度降低盾构出加固段后的地层沉降值。同时,论文提出了钢套筒预置压力的影响区域和作用范围,论证了盾构端头始发时,单独采用钢套筒密闭技术的可行性。(4)就盾体环向间隙克泥效注浆的关键工艺参数影响及参数优化、克泥效注浆技术风险控制效果等进行了研究。研究表明,克泥效注浆压力对盾构施工过程中的地层第三阶段沉降影响很大,当拱顶克泥效注浆压力由125k Pa增加到170k Pa时,地表第三阶段沉降最大值可降低70%;克泥效注浆压力对地层应力释放率、地层应力状态以及地层破坏形态、地层破坏区域等有直接影响,建议克泥效注浆质量控制宜以注浆压力为主,且应对克泥效注浆压力进行施工过程监测。为精确控制盾构下穿过程中的地层第三阶段沉降,应通过提高拱部克泥效注浆压力、优化注浆压力分布形式、补充在下穿隧道结构地层进行注浆加固等综合措施来有效降低盾构下穿对既有运营地铁隧道的干扰和影响,最大限度降低施工安全风险。