地鐵盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離下穿高速、普速鐵路多股道營(yíng)業(yè)線(xiàn)施工技術(shù)

楊濤

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京 100018）

1 工程概況

常州軌道交通1號(hào)線(xiàn)火車(chē)站～博愛(ài)路站區(qū)間上行右線(xiàn)長(zhǎng)度535.9m，下行左線(xiàn)長(zhǎng)度539.8m，埋深范圍9.9～15.8m，最小曲線(xiàn)半徑R=400m。區(qū)間在SK22+779.900～SK23+026.810范圍下穿常州火車(chē)站，下穿范圍包括京滬普速鐵路6股道，滬寧城際鐵路6股道以及站臺(tái)、雨棚等建構(gòu)筑物，下穿影響范圍共計(jì)154m。其中京滬鐵路線(xiàn)路等級(jí)為Ⅰ級(jí)，客貨混運(yùn)，正線(xiàn)速度為160km/h，正線(xiàn)與到發(fā)線(xiàn)均為碎石道床。滬寧城際鐵路于2010年7月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)高速鐵路，運(yùn)營(yíng)最高速度300km/h。正線(xiàn)為CRTS-I型板式無(wú)砟軌道，到發(fā)線(xiàn)采用寬枕有砟道床。

隧道主要位于⑥3粘土層，隧道拱部部分位于⑤2粉砂層，隧道上方地層依次為⑤2粉砂層、⑤1砂質(zhì)粉土夾粉砂層和③2粘土層。

圖1 常州軌道交通1號(hào)線(xiàn)博～常區(qū)間下穿常州火車(chē)站線(xiàn)路平面圖

2 下穿鐵路前的加固保護(hù)及管片設(shè)計(jì)

2.1 京滬普速鐵路注漿加固

盾構(gòu)穿越京滬普速鐵路段，覆土深度約15.5m。采用袖閥管垂直注漿對(duì)停運(yùn)股道加固，WSS斜向注漿對(duì)站臺(tái)下方及運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路加固。加固深度：軌面下5m開(kāi)始注漿加固，加固深入至粉土、粉砂層下方的粉質(zhì)粘土層約1m。其中袖閥管注漿孔縱橫間距1.2×1.2m，擴(kuò)散半徑0.8m；WSS注漿孔縱橫間距0.4×0.4m，水平夾角約35～90°，擴(kuò)散半徑0.8m。注漿壓力均為0.2～0.5MPa。

注漿加固后土體28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。注漿后應(yīng)具有良好填充效果，注漿加固體滲透系數(shù)小于10-6。

2.2 滬寧城際鐵路預(yù)加固

滬寧城際鐵路建設(shè)市常州地鐵1號(hào)線(xiàn)線(xiàn)路規(guī)劃已確定，故在滬寧城際鐵路施工期間已對(duì)1號(hào)線(xiàn)博～常區(qū)間下穿滬寧城際區(qū)段的到發(fā)線(xiàn)和正線(xiàn)進(jìn)行了預(yù)加固。加固設(shè)計(jì)為2股正線(xiàn)和2股到發(fā)線(xiàn)（（3）、I、II、（4）股道）下方設(shè)1.5m厚鋼筋混凝土筏板，筏板長(zhǎng)43.4m×寬24.5m。筏板下方采用1.0m鉆孔灌注樁和0.5m樁徑CFG樁進(jìn)行了地基加固。兩側(cè)到發(fā)線(xiàn)（（5）、（6）股道）下方采用0.5m樁徑攪拌樁加固。路基采用A、B組填料：γ＝20kN/m，Cu=10kPa，φu＝30°，并采用堆載預(yù)壓處理不均勻沉降，預(yù)壓土柱高于路基面2.0m，預(yù)壓期不小于6個(gè)月。

圖2 滬寧城際正線(xiàn)預(yù)加固橫斷面圖

3 下穿施工風(fēng)險(xiǎn)分析

本次下穿為國(guó)內(nèi)最為繁忙的普速及高鐵運(yùn)營(yíng)鐵路線(xiàn)路，下穿距離長(zhǎng)、沉降控制要求高，一旦出現(xiàn)異常影響列車(chē)運(yùn)行，將會(huì)造成極大負(fù)面輿論和經(jīng)濟(jì)損失。如何減小地層沉降，將鐵路軌道變形控制在允許范圍之內(nèi)，避免因沉降過(guò)大而影響既有鐵路正常運(yùn)營(yíng)是本施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn)所在。

表1 下穿期間鐵路線(xiàn)路主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目目標(biāo)控制值

4 下穿期間主要技術(shù)、安全措施

4.1 線(xiàn)路限速

經(jīng)對(duì)常州市軌道交通1號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)穿越鐵路常州站工程技術(shù)方案審查后確定，盾構(gòu)穿越期間，上海鐵路局將對(duì)滬寧城際高鐵正線(xiàn)按限速120km/h考慮，并根據(jù)高鐵軌道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況及時(shí)調(diào)整；盾構(gòu)穿越以及鐵路地基注漿加固施工期間，京滬普速鐵路正線(xiàn)按限速60km/h考慮。

4.2 下穿過(guò)程中的主要參數(shù)控制

（1）土壓力控制

正面平衡壓力：Po=K0γh

Po：平衡壓力（包括地下水）；γ：土體的平均重度（kN/m3，下穿區(qū)段取1.9kN/m3）；

h：隧道埋深（m）；K0：土的靜止土壓力系數(shù)，取 K0=0.6；

在下穿過(guò)程中，按照滿(mǎn)倉(cāng)土壓平衡模式掘進(jìn)，上部土壓1號(hào)傳感器波動(dòng)值控制在0～-0.1bar，以防止土壓過(guò)大，造成路基、軌道隆起。選擇博～常區(qū)間穿京滬普速鐵路、滬寧城際鐵路各6個(gè)斷面，進(jìn)行理論土壓計(jì)算。

通過(guò)下穿前試驗(yàn)段參數(shù)校正以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)，下穿期間土壓參數(shù)控制為京滬普速鐵路1.7bar，滬寧城際鐵路1.7～1.8bar。

（2）出土量控制

本工程采用管片寬度為1.2m，經(jīng)計(jì)算每環(huán)理論土方為38.97m3，考慮松散系數(shù)1.2～1.3，為46.76～50.66m3每環(huán)，實(shí)際掘進(jìn)中每環(huán)出土量控制在47m3左右。

（3）同步注漿控制

管片拼裝后每環(huán)壁后理論空隙為2.86m3，下穿期間采用惰性同步漿液，注漿采用壓力與注漿放量雙控，實(shí)際每環(huán)注漿量控制在6m3，確保注入率不低于200%，終止注漿壓力在0.35～0.4MPa。

表2 同步漿液配合比及性能指標(biāo)

（4）二次注漿管理

①二次跟蹤注漿

選取在管片脫出盾尾后4～5環(huán)位置的范圍，主要目的為對(duì)同步注漿層做進(jìn)行填充加固，確保同步注漿層范圍填充密實(shí)，減小管片脫出盾尾后沉降。注漿點(diǎn)位選擇3～9點(diǎn)以上孔位。注漿壓力0.35MPa。

②二次控制注漿

選取管片脫出盾尾后5～15環(huán)位置進(jìn)行注漿加以控制。以地面沉降監(jiān)測(cè)情況為指導(dǎo)，遵循“及時(shí)、少量多次”的原則，對(duì)沉降明顯地段進(jìn)行跟蹤注漿，注漿壓力控制在0.35～0.4MPa。

表3 二次注漿漿液配合比

（5）掘進(jìn)速度控制

一定土倉(cāng)壓力下，推進(jìn)速度過(guò)快，對(duì)總推力和刀盤(pán)扭矩要求大，同步注漿就不及時(shí)。推進(jìn)速度過(guò)慢，機(jī)身對(duì)土體擾動(dòng)產(chǎn)生的第一、二階段就越大，經(jīng)試驗(yàn)段試掘進(jìn)后，推進(jìn)速度控制在20mm/min，每天掘進(jìn)環(huán)數(shù)最高控制在8環(huán)。

5 信息化監(jiān)測(cè)

5.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

（1）地面沉降監(jiān)測(cè)：鐵路股道東西兩側(cè)垂直股道方向各設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)縱斷面，每處站臺(tái)中部附近設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)橫斷面，測(cè)點(diǎn)間距約10m。

（2）軌枕的監(jiān)測(cè)：每條股道為1條監(jiān)測(cè)軸線(xiàn)，每條軸線(xiàn)上布1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，埋設(shè)監(jiān)測(cè)棱鏡，點(diǎn)位間距10m。同時(shí)，在軌枕中部埋設(shè)垂直位移復(fù)查點(diǎn)，定期對(duì)監(jiān)測(cè)成果復(fù)核。

（3）滬寧城際鐵路無(wú)站臺(tái)柱雨棚柱每處測(cè)點(diǎn)數(shù)量不小2個(gè)。

（4）京滬普速鐵路站臺(tái)雨棚柱每處測(cè)點(diǎn)數(shù)量不小2個(gè)。

（5）京滬普速鐵路出站口雨棚柱每處測(cè)點(diǎn)數(shù)量不小于2個(gè)。

（6）接觸網(wǎng)立柱每處測(cè)點(diǎn)數(shù)量不小于2個(gè)。

（7）監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)與第三方監(jiān)測(cè)單位共用，以便數(shù)據(jù)對(duì)比校核。

5.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

鑒于下穿期間，京滬普速及滬寧城際均在運(yùn)營(yíng)，本工程采用全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動(dòng)動(dòng)計(jì)算變形結(jié)果，并包括計(jì)算結(jié)果的超限檢查，實(shí)現(xiàn)24h自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

圖3 全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖4 固定觀(guān)測(cè)墩設(shè)站

圖5 已知點(diǎn)設(shè)置

圖6 普速軌枕監(jiān)測(cè)點(diǎn)

圖7 城際軌枕監(jiān)測(cè)點(diǎn)

5.3 監(jiān)測(cè)頻率

表4

6 結(jié)語(yǔ)

2017年12月底常州市1號(hào)線(xiàn)博～常區(qū)間左線(xiàn)順利完成對(duì)京滬普速鐵路、滬寧城際鐵路的第一次穿越。根據(jù)監(jiān)測(cè)成果顯示盾構(gòu)下穿期間京滬普速鐵路、滬寧城際鐵路沉降均在目標(biāo)控制值范圍內(nèi)，線(xiàn)路運(yùn)行平穩(wěn)。通過(guò)左線(xiàn)下穿既有鐵路線(xiàn)情況總結(jié)得出：①采用WSS斜向注漿可實(shí)現(xiàn)對(duì)既有普速線(xiàn)路的加固，加固過(guò)程中需嚴(yán)格控制注漿壓力，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；②盾構(gòu)下穿過(guò)程中應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)理論計(jì)算土壓及盾構(gòu)土壓傳感器顯示值進(jìn)行校正，總結(jié)二者偏差規(guī)律，達(dá)到通過(guò)土壓傳感器顯示值可準(zhǔn)確判斷地表沉降的效果；③二次跟蹤注漿是控制盾尾沉降關(guān)鍵，必須及時(shí)跟進(jìn)，注漿壓力需結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制；④監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)充分考慮站內(nèi)運(yùn)營(yíng)需求，點(diǎn)位位置、布設(shè)形式須提前由車(chē)站安全、運(yùn)營(yíng)部門(mén)確認(rèn)。