盾構(gòu)下穿運營鐵路施工關(guān)鍵技術(shù)探討

周德明

（中鐵隧道股份有限公司，湖南 長沙 410013）

盾構(gòu)下穿運營鐵路施工關(guān)鍵技術(shù)探討

周德明

（中鐵隧道股份有限公司，湖南 長沙 410013）

本文以某城市軌道建設(shè)為例，對穿越施工工程實踐中的土壓力、推進速度、同步注漿、隧道監(jiān)測等盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述。

盾構(gòu)穿越；運營地鐵；關(guān)鍵技術(shù)

隨著城市軌道交通建設(shè)的不斷發(fā)展，新建隧道穿越既有鐵路的案例越來越多。本文所舉例工程通過采取一系列的施工關(guān)鍵技術(shù)，良好的控制了運營鐵路的沉降。

1 工程概況

1.1 盾構(gòu)區(qū)間概況

某市軌道交通區(qū)間單線全長1978m，線路縱斷面呈“V”字坡，隧道頂埋深約10.0m～23.8m，區(qū)間設(shè)置1座聯(lián)絡(luò)通道，在區(qū)段線路最低點設(shè)置1座聯(lián)絡(luò)通道及泵站。本工程隧道為單圓隧道，區(qū)間隧道的外徑為6600mm，內(nèi)徑為5900mm，鋼筋砼襯砌的厚度采用350mm，環(huán)寬為1200mm。襯砌環(huán)全環(huán)由封頂塊、兩塊標準塊、兩塊鄰接塊及一塊拱底塊構(gòu)成，通縫拼裝。

1.2 穿越段概況

（1）穿越段區(qū)間隧道概況。本區(qū)間上、下行線在里程SDK33+696.091附近穿越某干線鐵路，區(qū)間隧道與鐵路為45度夾角斜向穿越。該干線鐵路路基基礎(chǔ)底埋深4.0m，基礎(chǔ)底標高1.23m。穿越區(qū)域隧道上、下行隧道平面距離27.8～31.4m，隧道頂與干線鐵路路基底凈距為20.3m，軌道正下方穿越長度約14m。穿越段鐵路周邊環(huán)境相對良好，東西兩側(cè)各80米范圍為空地。隧道曲線：豎向為5‰穩(wěn)坡向下，平面為緩和曲線。

（2）穿越段水文地質(zhì)概況。穿越段掘進土層涉及灰色粉質(zhì)粘土、暗綠色粉質(zhì)粘土，層土為高壓縮性土，受擾動后沉降較大，穩(wěn)定時間長；層土無側(cè)限抗壓強度較高，盾構(gòu)在軟硬不均土層推進時，姿態(tài)較難控制。

2 工程特點、難點

盾構(gòu)區(qū)間施工時，上、下行線隧道將從運營中的干線鐵路下方穿越。該干線鐵路是客貨運的重要干線，日行車約80～90對，其中客車約50對，其余為貨車，客車最快行車速度為250km/h，貨車為70km/h。因此，穿越施工重點為控制鐵路沉降，保障鐵路安全運營。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 盾構(gòu)機選型

選用兩臺外徑φ6760mm小松土壓平衡盾構(gòu)機，為配合穿越施工，盾構(gòu)機下井前增加如下功能：針對層土增加先行刀，提高刀盤切削能力；針對穿越勻速、慢速推進要求，新增加慢速掘進泵；針對同步注漿準確性，采用4點獨立注漿系統(tǒng)。

3.2 地基加固

為保證在穿越鐵路時的施工安全，同時也為了確保鐵路運輸按規(guī)定速度不間斷安全運行，在穿越前對該范圍內(nèi)路基采用高壓旋噴樁及袖閥管注漿加固。地基加固范圍鐵路路基兩側(cè)采用高壓旋噴樁（雙排）形成水泥墻帷幕，長95.7m，樁徑0.8m，樁中心距0.6m，樁長31.6m。高壓旋噴樁帷幕間采用袖閥管注漿加固地基，加固范圍沿鐵路方向長95.7米，深度為盾構(gòu)頂上12米及底下2米范圍，盾構(gòu)穿越影響范圍8.6米內(nèi)不加固。袖閥管注漿加固區(qū)，包括斜孔注漿和直孔注漿斜孔注漿點分別距既有線路堤坡腳1.46m、2.46m、3.46m，每個注漿點分別設(shè)3、3、1個袖閥管注漿孔。注漿斜孔與垂線夾角0°～37°，沿鐵路方向間距1.5m，注漿引孔長16.5～33.1m，注漿段長2.6～21.8m。直孔注漿點分別距既有線路堤坡腳3.46m、5.46m，注漿孔垂直于地面，縱向間距1.5m，注漿引孔長度31.6m，注漿段長20.6m。

3.3 施工準備

（1）技術(shù)準備。盾構(gòu)施工前，制定盾構(gòu)下穿滬昆鐵路專項施工方案，組織專家對方案的可行性進行評審，待評審?fù)ㄟ^后，做為指導(dǎo)施工的技術(shù)性文件。在盾構(gòu)機通過該區(qū)域過程中，向鐵路相關(guān)部門申請，邀請鐵路專業(yè)人員及時檢查鐵路線路軌距、方向、水平、高低等幾何姿態(tài)，判斷盾構(gòu)隧道影響范圍內(nèi)的鐵路是否完好。與監(jiān)測單位及時溝通，保證盾構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時可靠。進入影響區(qū)前，向鐵路部門匯報，申請執(zhí)行穿越期間列車限速80km/h措施。

（2）物資設(shè)備準備。對盾構(gòu)及后配套設(shè)備進行一次全面細致的檢修。對存在故障隱患的部位及時排除。特別是對注漿管路進行清洗疏通，避免輸送管在盾構(gòu)下傳鐵路時堵塞，導(dǎo)致漿液供應(yīng)中斷，從而造成盾構(gòu)機停機，同時對盾尾密封系統(tǒng)進行檢查，確保下穿鐵路時不發(fā)生漏漿現(xiàn)象，從而保證注漿量。

（3）人員準備。盾構(gòu)掘進至鐵路附近時，加強人員的管理力度，重視強化作業(yè)層作用，由于盾構(gòu)施工的特殊性，每臺盾構(gòu)機都配有相應(yīng)的作業(yè)人員，作業(yè)人員掌握了盾構(gòu)施工技能，對項目質(zhì)量、進度等有很大影響，對于關(guān)鍵崗位人員，穿越鐵路階段禁止請假，保證盾構(gòu)掘進安全順利。為保證盾構(gòu)掘進順利安全，成立下穿施工應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，采取項目領(lǐng)導(dǎo)值班制，加強現(xiàn)場指揮協(xié)調(diào)。在進入鐵路前，組織人員進行一次應(yīng)急演練，邀請鐵路部門和參建各方加入演練隊伍，保證出現(xiàn)險情時，各部門人員到位。

3.4 推進速度設(shè)定

保持推進速度2cm/min，該速度下盾構(gòu)機各項參數(shù)相對較易控制及調(diào)整，有利于盾構(gòu)機“勻速”、“慢速”掘進，減少對周圍環(huán)境的擾動。實際穿越施工時，在前期沉降控制較好的情況下，盾構(gòu)機曾提速至4cm/min，當日有明顯的沉降和位移變化，后續(xù)恢復(fù)至2cm/min，變化速率降低。因此，推進速度不宜過快。

3.5 正面土壓力設(shè)定

常規(guī)推進理論正面平衡土壓力：P1=k0γh

式中：P1為平衡壓力（包括地下水）；γ為土體的平均重度；h為隧道埋深，m；k0為土的側(cè)向靜止平衡壓力系數(shù)。

實際穿越施工時，正面土壓力比理論值提高約0.02MPa。

3.6 同步注漿量設(shè)定

穿越段隧道所處土層的理論空隙=π（R2-r2）×1.2≈2.08m3，若注漿不足，則盾尾后后期沉降較明顯，實際注漿取理論值150%=3m3。

3.7 運營鐵路監(jiān)測技術(shù)

（1）監(jiān)測手段。本工程對鐵路軌道及接觸網(wǎng)立柱的監(jiān)測方式采用全站儀自動化監(jiān)測。NET05自動全站儀可自動照準目標。初始化時只要照準目標的大致方位，瞄準和對焦工作就完全由NET05全站儀來自動完成。初始化后可以自動觀測目標。自動全站儀采用蓄電池蓄電，實時控制、采集、儲存測量數(shù)據(jù)，同時通過數(shù)據(jù)線傳送實時數(shù)據(jù)至辦公室服務(wù)器進行計算和沉降數(shù)據(jù)輸出。

（2）監(jiān)測頻率。刀盤距鐵路線路30～20m：2次/天；刀盤距鐵路線路20～10m：6次/天；刀盤距鐵路線路10m～盾尾離開鐵路線路10m：12次/天；盾尾離開鐵路線路10～20m：6次/天；盾尾離開鐵路線路20～30m：2次/天；盾尾離開鐵路線路30m以上：1次/天。

（3）監(jiān)測報警值（如表1）。

（4）監(jiān)測布點。因干線鐵路為有砟軌道結(jié)構(gòu)，考慮到有砟軌道的特點及監(jiān)測環(huán)境的影響，在鐵路線路軌枕上各布設(shè)一排測點斷面每10米設(shè)置一個觀測點，沉降監(jiān)測點與水平位移監(jiān)測點同點,每條股道布置11個監(jiān)測點，共22個監(jiān)測點。每根接觸網(wǎng)立柱布置2個監(jiān)測點，監(jiān)測范圍內(nèi)共4根立柱，共計8個點 ?？傆嫴贾?0個監(jiān)測點，2個后視點。將棱鏡與固定厚度鋼板焊接，用強力膠水將鋼板與混凝土支撐層側(cè)面粘結(jié)牢固。對施工影響范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)立柱進行沉降和水平傾斜觀測，每根接觸網(wǎng)立柱布置兩個監(jiān)測點，測點位置擬布設(shè)在接觸網(wǎng)立柱基礎(chǔ)表面及接觸網(wǎng)立柱側(cè)面上方約2米處。對施工影響范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)立柱都需要進行觀測。在盾構(gòu)左右線中心點位及每條線的中心布置路肩觀測點，每條軌道3個路肩觀測點，兩條軌道總計6個路肩觀測點。

表1 監(jiān)測報警值

3.8 穿越施工沉降分析

盾構(gòu)刀盤在距離鐵路大于10m時，對鐵路的變形影響比較小。盾構(gòu)在即將進入鐵路時，盾構(gòu)對土體的壓力會使鐵路出現(xiàn)一定的隆起變形，當盾構(gòu)穿越鐵路線，但盾尾尚未脫離鐵路影響范圍時，軌道會出現(xiàn)一定的沉降，當盾構(gòu)穿越鐵路影響范圍兩周后，鐵路的變形趨于穩(wěn)定。電化桿立柱傾斜較穩(wěn)定，最終傾斜率最大為-0.24%，遠小于報警值。推進速度不宜過快，在前期沉降控制較好的情況下，盾構(gòu)提速至4cm/min，當日有明顯的沉降和位移，后續(xù)恢復(fù)2cm/min，變化速率降低。

4 結(jié)語

目前，該工程隧道已進入軌道鋪軌階段，自穿越施工以來，監(jiān)測數(shù)據(jù)一直較穩(wěn)定，對運營鐵路影響很小。

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