西安地鐵下穿隴海鐵路盾構(gòu)隧道施工技術(shù)

【摘要】結(jié)合西安地鐵二號線一期工程安遠(yuǎn)門-北大街盾構(gòu)隧道下穿隴海鐵路工程，從鐵路線路安全控制標(biāo)準(zhǔn)、軌道加固措施、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選擇及監(jiān)控量測等方面介紹了西安地質(zhì)條件下盾構(gòu)下穿隴海鐵路施工技術(shù)，并通過各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)及地面沉降分析，證明該措施安全有效，能有效控制地面沉降，保證了既有鐵路的正常運(yùn)行，可為后續(xù)同類工程提供有益參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)；隴海鐵路；施工技術(shù)

引言

在城市地下工程施工中，受施工場地、道路交通、市政建設(shè)，既有鐵路等城市環(huán)境因素的限制，傳統(tǒng)隧道施工方法難以普遍適用，而盾構(gòu)法施工因其交通影響小、地層適應(yīng)性強(qiáng)、地表沉降易于控制、管線干擾小等優(yōu)點(diǎn)，使其工法得到了廣泛的應(yīng)用。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地鐵下穿既有鐵路越發(fā)普遍[1，2]，地鐵施工過程中為控制鐵路區(qū)段特殊沉降要求及行車安全，應(yīng)采取鐵路預(yù)加固措施[3]，優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)，保證工程施工及鐵路行車安全。

1、工程概況

西安地鐵二號線安遠(yuǎn)門-北大街區(qū)間左線ZDK11+319.2～+341.54、右線YDK11+322.803 ～ +345.823區(qū)段盾構(gòu)隧道下穿隴海鐵路軌道群，位置關(guān)系及隧道縱剖面如圖1、圖2所示。

隧道穿越地層主要為古土壤和老黃土，黃土濕陷等級為I級（輕微），覆土約為16.5m，地下水位為4.6～7.6m，隧道選用管片外徑6m，厚度300mm，采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。鐵路軌道群共5股，其中2股為正線采用60kg/m鋼軌，3股為配線，采用50kg/m鋼軌，正線及配線均采用預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕碎石道床。

2、工程風(fēng)險及鐵路控制標(biāo)準(zhǔn)

盡管盾構(gòu)施工對地層擾動較小，地表沉降易于控制，但盾構(gòu)施工勢必引起地表的移動及變形[4]，且運(yùn)營鐵路對沉降較為敏感，若沉降量超出鐵路行業(yè)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，則造成鐵路整體軌道或軌道沉降差異過大、軌道前后高低不平順及損害鐵路設(shè)備等，給鐵路運(yùn)營帶來極大風(fēng)險。而鐵路線路的不平順將加大輪軌間的沖擊力，路基內(nèi)動應(yīng)力加大，增大隧道結(jié)構(gòu)附加動應(yīng)力，危及地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全。

因此盾構(gòu)施工時必須采用一定的預(yù)防加固措施，并研究合理的盾構(gòu)施工技術(shù)，以減小鐵路軌行區(qū)沉降量，確保鐵路運(yùn)營安全及隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

相對地鐵施工沉降控制標(biāo)準(zhǔn)+10～-30mm而言，鐵路行業(yè)有更嚴(yán)格的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)及線路維修規(guī)則，如表1所示。

3、施工措施

3.1鐵路軌道預(yù)加固措施

根據(jù)盾構(gòu)施工引起沉降槽寬（30m）以及西安地鐵二號線下穿隴海鐵路地段的最大線間距（90m），確定隴海鐵路每股道線路防護(hù)的長度均為150m，即地鐵與鐵路交叉范圍南側(cè)的右線右側(cè)30m及左線左側(cè)30m范圍以內(nèi)，防護(hù)設(shè)計的單線總長為750m。具體鐵路軌道加固具體措施如下。

1）盾構(gòu)下穿前全面檢查鋼軌、扣件及道床等，使鐵路軌道狀態(tài)滿足《鐵路線路修理規(guī)則》要求，并詳細(xì)記錄無縫線路鎖定軌溫以及縱向位移情況。

2）根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》中相關(guān)軌溫技術(shù)要求，將施工影響范圍內(nèi)無縫鐵路更換為準(zhǔn)軌線路。

3）列車通過時限速為45km/h，位于沉降槽中部的每股線路均設(shè)置373扣軌防護(hù)措施（如圖3所示），并預(yù)埋注漿管以備沉降超限時注漿。

4）預(yù)先加固接觸網(wǎng)線桿及地面光（線）纜、給水井及管道等。

3.2盾構(gòu)施工措施

為保證盾構(gòu)穿越隴海鐵路時減少盾構(gòu)下穿施工時地層損失及周圍土體的擾動，采取如下措施：

1）制定詳細(xì)的盾構(gòu)及后配套設(shè)備的檢修保養(yǎng)計劃，在到達(dá)鐵路群前20m處停機(jī)檢修保養(yǎng)，確保盾構(gòu)連續(xù)穿越鐵路。

2）選取相近地質(zhì)及工況區(qū)段實(shí)踐，優(yōu)化施工參數(shù)。在穿越鐵路前50m范圍內(nèi)，選取與鐵路下方相近地質(zhì)及工況區(qū)段作為實(shí)踐推進(jìn)區(qū)。根據(jù)開挖面土壓力理論[5]、工況相近段實(shí)踐及沉降分析，并考慮到土倉壓力的波動和衰減，初步確定盾構(gòu)下穿掘進(jìn)土壓為0.15～0.18Mpa，停機(jī)土壓在0.15Mpa以上。

3）在盾構(gòu)穿越過程中對監(jiān)測點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測并進(jìn)行沉降分析，及時優(yōu)化調(diào)整各項(xiàng)施工參數(shù)。

嚴(yán)格控制土倉壓力和推進(jìn)速度，減小盾構(gòu)刀盤前方沉降；在推進(jìn)過程中根據(jù)地面沉降情況，嚴(yán)格控制注漿施工，及時調(diào)整注漿部位、注漿量、注漿壓力、漿液配合比及凝固時間，并在距盾尾4.5米處對管片進(jìn)行二次注漿，以控制后期沉降。

4）嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)。在穿越鐵路群之前必須將盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整自最佳，在掘進(jìn)過程中按照線路要求，做好姿態(tài)預(yù)判及控制，減少糾偏調(diào)整量。

5）保證管片拼裝質(zhì)量。在盾構(gòu)下穿鐵路前后，根據(jù)線路特點(diǎn)及掘進(jìn)趨勢，優(yōu)化管片選型、拼裝點(diǎn)位及拼裝質(zhì)量，并多次復(fù)緊管片螺栓。

4、施工監(jiān)測及沉降分析

4.1監(jiān)測內(nèi)容與頻率

盾構(gòu)下穿隴海鐵路施工監(jiān)測由隧道內(nèi)檢測和周圍環(huán)境監(jiān)測兩部分組成，主要包括隧道拱頂沉降及收斂、地面沉降、軌面沉降，并在盾構(gòu)下穿鐵路前后需對鐵路進(jìn)行動態(tài)跟蹤檢測，在距鐵路50m左右取得基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在鐵路群前后20m范圍之內(nèi)監(jiān)測每2小時1次，在鐵路群前后20～50m范圍內(nèi)監(jiān)測每天2次，在在鐵路群前后大于50m范圍監(jiān)測每周2次。

4.2監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

按照地鐵施工設(shè)計，地面沉降點(diǎn)原則上要在盾構(gòu)下穿鐵路的整個區(qū)段推進(jìn)軸線上每4.5米布置一排地面沉降監(jiān)測點(diǎn)，但在鐵路軌道范圍內(nèi)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)難度大，且此段隴海鐵路南側(cè)緊挨繞城高速，經(jīng)反復(fù)對比研究，最終確定選擇在鐵路軌道以外并盡可能靠近鐵路北側(cè)布設(shè)地表沉降監(jiān)測斷面，如圖4、圖5所示。隧道拱頂沉降及收斂按每環(huán)（1.5米）布設(shè)，監(jiān)測頻率同上。軌面沉降等項(xiàng)目則有鐵路部門監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋給地鐵盾構(gòu)施工單位，以及時進(jìn)行盾構(gòu)施工參數(shù)調(diào)節(jié)。

4.3監(jiān)測數(shù)據(jù)沉降分析

為便于分析研究，地面沉降點(diǎn)選取靠近鐵路的左線Z29-4、Z30-6、及Z30-7等7個點(diǎn)及右線Y36-4、Y36-5及Y36-6等4個點(diǎn)作為研究監(jiān)測點(diǎn)，其左右線地面沉降與盾構(gòu)掘進(jìn)關(guān)系如圖6、7所示。

從圖6、7可看出，盾構(gòu)下穿鐵路引起的線路沉降與一般情況下盾構(gòu)推進(jìn)引起的地面沉降數(shù)值有較大的差距，但趨勢基本相同，盾構(gòu)在到達(dá)監(jiān)測點(diǎn)之前擾動土體，地面略有下沉，在到達(dá)監(jiān)測點(diǎn)點(diǎn)附近，地面出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，隨著盾構(gòu)掘進(jìn)及管片脫出盾尾，沉降明顯加大，當(dāng)?shù)侗P經(jīng)過檢測點(diǎn)約50m開始，沉降基本趨于穩(wěn)定。盾構(gòu)右線Y36-4監(jiān)測點(diǎn)沉降最大，累計沉降為-3.8mm；因左線盾構(gòu)通過時間晚于右線，對原地層進(jìn)行了二次擾動，故施工引起的沉降值較右線大，Z31-8點(diǎn)沉降最大，累計達(dá)-7.8mm。根據(jù)鐵路部門對鐵路軌道監(jiān)測顯示，軌道沉降小于4.2mm，且未引起軌面不平順等情況，為此預(yù)埋的注漿管并未啟動沉降超限注漿措施，隴海鐵路運(yùn)營未受到影響。

5、結(jié)論

本區(qū)間施工通過采取各項(xiàng)技術(shù)及管理措施，左右線盾構(gòu)機(jī)分別于2009年8月和9月安全通過隴海鐵路軌道群。為此，地鐵盾構(gòu)隧道穿越既有鐵路前，應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)、隧道埋深、鐵路狀況等因素，制定合理的軌道及路基預(yù)加固方案，控制盾構(gòu)施工引起的地表變形和軌道位移，應(yīng)對穿越過程進(jìn)行全程嚴(yán)密監(jiān)控，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)沉降分析，實(shí)行動態(tài)管控，保證工程施工及既有鐵路的行車安全。